Fabricação em Órbita Avançando com Impressão 3D de Metal

Metal 3D printing techniques have come a long way over the last 5 years. Advancements in material sciences, delivery methods, and automation have made 3D printing more prevalent in the economy. Now, 3D printing is prepared to venture outside the atmosphere. Here’s what you need to know.

Impressão 3D é um Grande Negócio

A indústria de impressão 3D continua a expandir suas operações. Pesquisadores da BGC previram que o setor ultrapassará US$ 95 bilhões em valor até 2032. Esse aumento representa um crescimento massivo em relação a 2022, quando o mercado era avaliado em US$ 18 bilhões. Agora, o mercado está pronto para alcançar novos patamares à medida que as principais equipes de exploração espacial do mundo buscam soluções para seus problemas de viagem.

Impressão 3D de Metal

Existem muitos estilos de impressão 3D em uso hoje. Notavelmente, a impressão 3D de metal recebeu algumas das atualizações mais importantes nos últimos anos. As impressoras 3D de metal são criadas adicionando camadas sucessivas de metal aquecido em um padrão pré-determinado antes de deixá-lo esfriar e assumir a forma. Esse método de impressão pode produzir itens de baixa massa complexos que podem ser usados em componentes de aeronaves e médicos.

Fonte – ESA

Impressão no Espaço

As futuras equipes de exploração espacial precisam usar dispositivos como este para compensar a falta de recursos. Por isso, esforços concentrados foram direcionados ao estudo da impressão 3D em condições atmosféricas fora da Terra. Assim, pesquisadores da ESA quiseram estudar os efeitos de diferentes forças gravitacionais sobre materiais e processos.
Imprimir itens no espaço tem o potencial de impulsionar os esforços da humanidade para novos destinos. Esses dispositivos ajudam a reduzir o desperdício, melhorar a flexibilidade e diminuir o peso. Claro, a impressão no espaço tem seus problemas que precisam ser superados antes de alcançar seu verdadeiro potencial. Especificamente, a falta de pressão e de forças gravitacionais dificulta a camada de material.

Primeira Impressão 3D de Metal na Estação Espacial

Este mês marca um marco importante para o setor de impressão 3D espacial, pois a ESA (Agência Espacial Europeia) anunciou a impressão bem-sucedida de múltiplos componentes metálicos 3D em microgravidade para a Estação Espacial Internacional. Esta notícia representa uma das primeiras vezes que a indústria de impressão 3D entrou na arena espacial. Atualmente, a UE lidera esse mercado com sua pesquisa mais recente, oferecendo potencial para revolucionar o setor.

O Demonstrador de Tecnologia da Impressora 3D de Metal

A equipe inovadora de pesquisa da ESA criou uma impressora 3D de metal feita sob medida para acomodar cenários de microgravidade neste teste. O dispositivo de 180 kg utiliza um fio de aço inoxidável para criar produtos e ferramentas metálicas rígidas em camadas minúsculas aplicadas sequencialmente. Em seguida, foi integrado um laser potente para aquecer o fio. Esse laser é forte o suficiente para converter o metal em líquido, que escorre para uma poça de fusão que alimenta o aplicador de impressão.

Recursos de Segurança

Alguns recursos de segurança essenciais integrados a esta impressora são exclusivos para viagens espaciais. Por exemplo, o dispositivo está totalmente fechado dentro de uma caixa projetada para absorver e impedir que o calor escape para a cabine. Essa proteção também evita que vapores se espalhem pela nave, o que poderia ser potencialmente fatal para exploradores de espaço profundo.

Monitoramento Virtual

Outro recurso interessante da impressora 3D aprimorada é a automação total e o controle a partir do controle terrestre. A tripulação pode relaxar enquanto a equipe de solo cuida de todos os requisitos técnicos. O único passo que os astronautas precisam executar é abrir o gás nitrogênio, garantindo que haja ventilação adequada na nave.
Um dos principais motivos pelos quais esse método de controle é vital é que ele permite viagens espaciais longas, mesmo que um determinado pesquisador não possa continuar. A equipe de solo pode fornecer a logística e o suporte material adequados aos membros da tripulação que permanecem, quando necessário.

Testes

Quatro peças foram projetadas e enviadas à impressora da estação espacial a partir da Terra como parte do processo de teste. O processo de impressão 3D em escala completa foi iniciado, controlado, monitorado e revisado pela equipe de controle terrestre com sucesso. As unidades impressas agora seguem para testes adicionais.
Especificamente, duas das quatro unidades vão para o Centro Europeu de Astronautas e para a Universidade Técnica da Dinamarca, DTU. As duas últimas impressões serão testadas no prestigioso Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos da ESTEC, nos Países Baixos. Lá, serão comparadas às versões impressas na Terra para examinar possíveis diferenças em qualidade, durabilidade, consistência ou outros fatores que possam comprometer missões futuras.

Instalação da Impressora 3D

Outro aspecto interessante da avançada impressora 3D de metal é sua modularidade. A impressora foi concebida para se encaixar diretamente no European Draw Rack Mark II dentro do módulo Columbus. Essa abordagem torna essas unidades prontas para uso em todas as agências espaciais compatíveis. Notavelmente, foi o astronauta da ESA Andreas Mogensen quem foi encarregado da instalação.

Estação Espacial Internacional

Lançada em nov 2000, a ISS (Estação Espacial Internacional) serve como um farol de cooperação internacional. Esta massiva nave de 460 toneladas possui 6 quartos de dormir, uma academia completa e mede cerca de 100 jardas de comprimento. Notavelmente, este laboratório científico orbita a Terra 16 vezes ao dia a impressionantes 28.800 km/h. Essa velocidade faz com que os passageiros vejam 16 amanheceres a cada 24 horas a bordo da nave. O melhor é que eles podem desfrutar desses momentos deslumbrantes da grande janela panorâmica de 360 graus da estação espacial.

Atividades de Pesquisa Científica

Hoje, a ISS é um componente vital da pesquisa e teste de novas tecnologias no espaço. O laboratório flutuante oferece um local único para testar itens sob microgravidade prolongada. Foram realizados milhares de experimentos e testes desde o lançamento da estação, e ela continua sendo um dos poucos lugares onde se pode obter uma experiência realmente prolongada de microgravidade.

Verificando a Qualidade em Baixa Gravidade

A principal razão pela qual esses testes são vitais para a exploração futura é que os pesquisadores têm dados limitados sobre como a impressão 3D de metais funciona no espaço. Em cenários de gravidade normal, os dispositivos podem facilmente aplicar camadas de seus materiais compostos. Esse processo torna-se mais difícil ao lidar com microgravidade, turbulência e outras condições.
Um aspecto fundamental que os pesquisadores desejam testar é quão duráveis os dispositivos impressos podem ser em comparação com seus equivalentes terrestres. Eles estão ansiosos para descobrir se as condições de microgravidade podem afetar negativamente o material metálico, especialmente durante o processo de camadas. Por isso, há muita expectativa em torno da revisão final desses itens impressos.

Vantagens das Impressoras 3D de Metal no Espaço

A revelação de que já existem impressoras 3D de metal em operação no espaço é surpreendente. Os benefícios desses dispositivos são tão grandes que, há anos, agências espaciais e empresas de impressão 3D colaboram para tentar desvendar as inúmeras complexidades de criar itens em gravidade mínima.
Notavelmente, uma das principais vantagens da impressão 3D é que os itens necessários podem ser criados no local. Para os viajantes espaciais, esta será a melhor opção. Ao contrário das séries de TV de exploração espacial, as chances de um membro da tripulação ser transportado para um planeta para reabastecimento são altamente improváveis. Na maioria das vezes, os astronautas precisarão ser capazes de criar o que precisam a partir do que está na nave. Aqui estão alguns outros benefícios a conhecer.

Menor Peso/Custo

O custo de levar uma única libra ao espaço está na casa dos milhares. Assim, não há muito orçamento para dispositivos de reparo de baixa tecnologia, como chaves de boca, chave de fenda e outros equipamentos necessários, mas talvez não sempre necessários. A impressão 3D oferece uma alternativa viável que é mais rápida e custa menos do que enviar um foguete com suprimentos para a órbita.

Novo Design de Ferramentas

Outra vantagem incrível desta impressora 3D de metal é a capacidade de criar novos tipos de ferramentas e instrumentos à medida que são inventados. É provável que futuros viajantes espaciais precisem de ferramentas feitas sob medida para lidar com ambientes raros e inimagináveis. As impressoras 3D de metal permitiriam que essas equipes fossem flexíveis e se adaptassem quando necessário para cumprir os requisitos de sua missão.

Reduzir Resíduos

Ironicamente, a eliminação de lixo é um dos componentes mais vitais das operações de viagens espaciais futuras. Ao contrário da Terra, onde você pode simplesmente jogar o lixo à beira da estrada e esperar que ele se dissolva lentamente no ambiente, o lixo espacial pode causar sérios problemas para viajantes futuros.

O menor fragmento de lixo espacial viaja rápido o suficiente para danificar satélites, espaçonaves e outros itens sensíveis, incluindo astronautas. Infelizmente, a órbita baixa da Terra já está inundada de lixo espacial. A impressão 3D poderia ajudar a reduzir o desperdício, o que, por sua vez, ajudaria a prevenir o lixo espacial.

A impressão 3D de metal avançada poderia ser usada para fundir itens já produzidos e reutilizar seu material para fabricar outros dispositivos. Imagine um astronauta usando uma chave de boca antes de fundir o item novamente e imprimi-lo em outra ferramenta valiosa necessária para concluir a tarefa. Essa visão elimina o desperdício desnecessário e abre caminho para viagens espaciais mais seguras no futuro.

Pesquisadores

Pesquisadores da ESA, incluindo Rob Postema, Sébastien Girault e outros engenheiros altamente respeitados, conduziram esses testes para descobrir áreas-chave de melhoria para a impressão 3D de metal no espaço. Notavelmente, o projeto foi possível graças ao financiamento da Airbus. A Airbus é uma das empresas automáticas de melhor desempenho no mundo e a principal concorrente na UE.

O Futuro da Impressão 3D de Metal

O futuro da impressão 3D de metal parece promissor. Esses avanços recentes, combinados com maior integração de IA, continuam a reduzir as barreiras técnicas e financeiras dessa tecnologia. Notavelmente, alguns pesquisadores vislumbram um futuro onde moradias, ferramentas, peças de reposição e até órgãos humanos são impressos.

Empresas Pioneiras na Impressão 3D

A indústria de impressão 3D é mais do que apenas fabricantes de impressoras. Muitas empresas se especializam em produtos avançados de impressão 3D. Existem fornecedores de materiais em bobinas, designers, desenvolvedores de software e muito mais. Todos esses componentes trabalham juntos para impulsionar a integração da impressão 3D. Aqui estão algumas empresas que podem se beneficiar das pesquisas mais recentes sobre impressão 3D no espaço.

1. Desktop Metal

Desktop Metal é um dos principais fornecedores de hardware de impressão 3D do mundo. A empresa foi fundada em 2015 com o objetivo de reunir os componentes da indústria de impressão 3D da época. Notavelmente, a empresa garantiu US$ 438 milhões em financiamento de investidores de destaque, incluindo Google Ventures, BMW e Ford Motor Company (F ).

Este fabricante baseado em Massachusetts projeta impressoras 3D de metal e fibra de carbono para clientes industriais. Atualmente, possui clientes em grandes empresas automotivas e aeroespaciais. Dessa forma, a empresa recebeu considerável reconhecimento, incluindo estar listada nas 50 Empresas Mais Inteligentes da MIT Technology Review e receber apoio do Fórum Econômico Mundial.

As ações da DM são consideradas uma boa compra devido ao posicionamento da empresa no mercado e à expansão do setor de impressão 3D de metal. Esses fatores, combinados com o forte apoio ao projeto, tornam a Desktop Metal uma adição inteligente com potencial.

2. Eastman Chemical Company

EMN Gráfico de preços

A Eastman Chemical Company (EMN ) fornece produtos químicos e outros materiais necessários para a impressão 3D. Esta empresa tem reputação de oferecer serviços e produtos de qualidade a clientes industriais desde sua fundação em 1920 por George Eastman. Hoje, continua sendo uma força pioneira no mercado.
Notavelmente, a Eastman Chemical Company recebeu múltiplos reconhecimentos por suas realizações passadas. Por exemplo, em 2013, o American Chemistry Council (ACC) concedeu-lhe o cobiçado prêmio “Empresa de Cuidados Responsáveis do Ano”. Esses fatores tornam a Eastman Chemical Company uma adição inteligente a qualquer portfólio equilibrado.

Impressão 3D de Metal Avançada – Uma Tecnologia Pronta para Implantação

Existem muitas razões pelas quais a impressão 3D de metal é a opção ideal para viajantes espaciais e para aqueles em locais de difícil acesso. A capacidade de criar e produzir designs quase ilimitados torna essas ferramentas um ativo valioso para qualquer operação. No futuro, o preço das impressoras 3D continuará a cair, graças a melhorias adicionais em materiais e processos. Assim, é prudente manter-se atualizado sobre a indústria de impressão 3D para aproveitar mais oportunidades no futuro.

Saiba mais sobre outras Tecnologias de Fabricação Tecnologia