Impressão 3D e nanomateriais: novas tecnologias prometem "turbinar" aeronaves

O objetivo é reduzir custos, tornar os aviões mais eficientes e menos poluentes

Vilhena Soares

postado em 24/12/2021 06:00

(crédito: Reprodução)

Os aviões são meios de transporte eficientes, mas difíceis de serem fabricados. Além disso, o peso e o refinamento dos materiais usados pelas aeronaves fazem com que o transporte aéreo seja mais caro do que os concorrentes. Graças a avanços tecnológicos, essas limitações tendem a ser cada vez menores. Pesquisadores têm usado técnicas inovadoras, como a impressão 3D, e explorado materiais menos agressivos ao meio ambiente para impulsionar a construção de uma nova frota aérea. O objetivo é reduzir custos, tornar os aviões mais eficientes e menos poluentes.

A fuselagem de um avião, que pode ser definida como sua casca e corresponde a maior parte da aeronave, é criada por meio de um processo complexo. O material usado é formado por várias folhas de diferentes materiais, criando uma espécie de massa folhada. Depois que essas camadas são empilhadas e moldadas, as estruturas são transportadas para fornos e autoclaves (tanques aquecidos) do tamanho de armazéns, onde todo o material se funde.

Avião (foto: Editoria de Arte do Correio)

"Se você está fazendo uma estrutura grande, como uma asa, precisa de fornos do tamanho de um prédio de dois ou três andares, o que requer muito dinheiro e tempo no processo de produção", detalha Brian Wardle, professor de aeronáutica e astronáutica no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos. Wardle faz parte de uma equipe de cientistas que busca facilitar esse processo.

Para isso, o grupo envolveu as folhas em um filme ultrafino de nanotubos de carbono (CNTs) e, em seguida, aplicou uma corrente elétrica, como um cobertor de calor, que fez com que os materiais internos se fundissem. O processo se deu com a mesma qualidade do realizado em fornos, mas com um forte diferencial: gastando apenas 1% da energia do método tradicional. "A forma original desse processo exige uma grande infraestrutura. Agora, podemos fazer materiais de estrutura primária sem ter todo esse trabalho, menos dependentes desses recursos, que também apresentam um custo alto", ressalta Wardle.

Os pesquisadores destacam que mais estudos precisam ser feitos para garantir que a tecnologia possa ser usada com segurança e adiantam que se dedicam ao desenvolvimento de um novo tipo de material, também feito de carbono, que poderá tornar as peças produzidas ainda mais resistentes. "Estamos focados no desenvolvimento de redes nanoporosas. São filmes ultrafinos feitos de material microscópico alinhado, como os nanotubos de carbono, que podem ser projetados com propriedades excepcionais, incluindo cor, força e capacidade elétrica. Eles seriam capazes de agregar valor ainda maior e resistência às peças que compõem os aviões", conta Wardle.

Controle do calor

Outro objetivo dos profissionais do transporte aéreo é fazer com que as aeronaves sejam extremamente mais rápidas, sendo capazes de fazer voos hipersônicos. Para realizar essa proeza, é necessário controlar o calor que se acumula nos aviões durante a queima acelerada de combustíveis, uma tarefa difícil para a engenharia, mas que pode se tornar realidade com o auxílio de um novo material inteligente desenvolvido por pesquisadores da Austrália. Eles criaram e imprimiram em 3D peças de um catalisador normal, dispositivo que filtra gases tóxicos produzidos no motor de aviões, feitas de ligas metálicas, mas revestidas com um mineral sintético chamado zeólito.

Em simulações, quando replicadas as temperaturas e as pressões extremas experimentadas pelo combustível em velocidades hipersônicas, observou-se que, quando as estruturas aqueciam, a presença do zeólito fazia com que uma quantidade maior de calor fosse absorvida, evitando, assim, superaquecimentos. "Nossos testes em laboratório mostram que os catalisadores impressos em 3D são muito promissores para alimentar o futuro do voo hipersônico", afirma Selvakannan Periasamy, principal autor do estudo e pesquisador da Universidade de Melbourne.

Apenas alguns aviões experimentais alcançaram velocidade hipersônica. Os pesquisadores australianos acreditam que o projeto em andamento poderá ajudar a tornar essas viagens reais. "É uma direção nova e empolgante para a catálise, mas precisamos de mais pesquisas para entender totalmente esse processo e identificar a combinação de ligas metálicas que pode render o melhor resultado", pondera Periasamy. "Nosso próximo passo é desenvolver novos designs ainda mais complexos, algo que antes não era possível, mas pode se tornar realidade graças à impressão 3D", acrescenta.

Marcelo L. Ribeiro, especialista em estruturas aeroespaciais pela Universidade de São Paulo (USP), vê os avanços obtidos na área com bons olhos. Segundo ele, novos materiais e técnicas avançadas podem render ganhos importantes para o setor. "No caso da produção, reduzir custos é uma grande vantagem, devido ao trabalho que envolve todo esse processo. Isso também chama a atenção das empresas, que buscam aeronaves mais eficazes e de custo menor", afirma. Mas os recursos que se mostram promissores precisam de tempo para se tornarem uma alternativa sólida, que possa substituir os processos atuais, pondera o especialista. "Novas peças e novos métodos necessitam de uma análise mais ampla, e o setor aéreo apresenta um sistema de regulação muito rigoroso, com uma avaliação que garante a segurança de novos produtos", justifica.