Desde sua fundação em 1989, a empresa alemã de AM EOS se estabeleceu como uma forte líder em tecnologias de fusão de leito de pó. Com um grande portfólio de sistemas de AM de polímeros e metais, a empresa pode atender às demandas de muitas indústrias e aplicações. No entanto, quando as necessidades específicas da indústria excedem as capacidades de seu portfólio, a EOS tem uma subsidiária dedicada, a AMCM, que faz sistemas personalizados com base nas tecnologias EOS que vão além.
Com uma equipe de especialistas formada por veteranos da indústria e especialistas em óptica laser, desenvolvimento de materiais e design de manufatura aditiva, a AMCM trouxe muitos sistemas inovadores ao mercado para atender aos requisitos de aplicações específicas e às necessidades dos clientes. Portanto, não é nenhuma surpresa que a indústria espacial, que tem algumas das especificações mais exigentes e desafiadoras, tenha se tornado uma importante adotante dos sistemas da AMCM. Recentemente, tivemos a chance de falar com os líderes da AMCM, Martin Bullemer, Diretor Executivo, e Felix Bauer, Chefe de Vendas, para discutir o mais recente (e maior) projeto de desenvolvimento da empresa, o M 8K, e como ele será usado pela empresa líder europeia de lançadores espaciais ArianeGroup.
Uma colaboração de vários anos
A AMCM e sua empresa controladora EOS têm desfrutado de uma colaboração de longa duração com a ArianeGroup, uma joint venture fundada pela Airbus e Safran em 2015. A empresa é uma — se não a — principal participante na indústria espacial da Europa, desenvolvendo soluções inovadoras de veículos de lançamento para a Agência Espacial Europeia (ESA). O mais recente desenvolvimento da ArianeGroup é o foguete Ariane 6, um foguete de dois estágios disponível em uma configuração de propulsor duplo ou quádruplo.
O foguete Ariane 6, que deve ter seu lançamento de estreia em 9 de julho de 2024, é o resultado de muito trabalho duro e inovação. Notavelmente, o ArianeGroup trabalhou com a EOS e a AMCM na fabricação de muitos componentes de foguetes, usando uma série de soluções de AM de metal, incluindo M400 e M290 da EOS, bem como a máquina M 4K da AMCM.
Como Bauer explica: “ArianeGroup e EOS vinham trabalhando juntos há alguns anos em diferentes aplicações. E quando houve a necessidade do sucessor do foguete Ariane 5 — o Ariane 6 — a empresa estava procurando alguém que pudesse fazer uma máquina maior para aqueles motores de foguete maiores. Como somos nós que fazemos essas máquinas especiais, uma colaboração foi iniciada.”
Mais recentemente, a AMCM vem desenvolvendo sua maior máquina até o momento, a M 8K adaptada ao tamanho do componente previsto para atender aos requisitos do motor de foguete Prometheus do ArianeGroup, um motor de foguete reutilizável que funcionará com oxigênio líquido e metano.
Desenvolvendo o M 8K
Em primeiro lugar, o desenvolvimento pela AMCM do M 8K, um sistema de fusão de leito de pó a laser equipado com oito lasers e com um volume de construção sem precedentes de 800 x 800 x 1200 mm, foi possível por meio de uma bolsa nacional, que ajudou a tirar o projeto do papel. Como Bullemer explica: “Foi muito importante para nós obter financiamento inicial para dar o pontapé inicial no projeto. Junto com o ArianeGroup, discutimos onde poderíamos obter algum financiamento inicial e tentamos algumas rotas. Finalmente, funcionou com um fundo da indústria do Ministério do Comércio alemão.”
Essa abordagem cooperativa e o tipo de financiamento resultante significam que o sistema M 8K não está exclusivamente vinculado ao ArianeGroup. Como Bullemer explica, esse tipo de fundo da indústria tem benefícios, como não ter que pagar impostos e não ter que lidar com problemas de PI. “Não estamos vinculados a detalhes contratuais aqui”, acrescenta Bauer. “Podemos vender a máquina e explorar outros mercados, o que é realmente crucial para nós.” Quando questionados sobre outras aplicações potenciais para a impressora 3D de metal maciço, Bauer e Bullemer dizem que a máquina pode ser usada para muitos tipos de trocadores de calor, incluindo resfriamento de fazenda de servidores, bem como sistemas de gerenciamento de fluidos ou ar.
Com o financiamento nacional inicial, a AMCM conseguiu fazer o que faz de melhor: desenvolver uma máquina LPBF sob medida que atende a requisitos antes impossíveis de serem alcançados. Dito isso, houve desafios em aumentar o tamanho do volume de construção do sistema.
“Ao entrar nesses sistemas realmente grandes, há três grandes desafios”, diz Bauer. “O primeiro é o fluxo de ar, ou como cobrimos o leito de pó com um fluxo de gás inerte decente. O segundo é a ótica e garantir que tudo isso funcione de forma produtiva e estável para construções duradouras e materiais desafiadores. E o terceiro é a estabilidade térmica, principalmente porque estamos lidando com materiais desafiadores como ligas de cobre.”
Para lidar com esses desafios, a AMCM extraiu das tecnologias estabelecidas da EOS e as aprimorou por meio de inovações como um design de fluxo de ar proprietário, que é exclusivo da M 8K. Compreensivelmente, Bauer e Bullemer não podem dar muitos detalhes sobre essa tecnologia, pois ela ainda está com patente pendente, mas eles dizem que todo o sistema, incluindo os arranjos de laser e scanner, é construído em torno do design de fluxo de ar.
“Sempre que você amplia algo menor, você tem que ter certeza de que o mantém confiável e maduro”, acrescenta Bullemer. “Porque os riscos são dimensionados com um sistema maior. Tentamos eliminar o máximo de riscos possível por meio de engenharia sólida — eu chamaria de engenharia alemã sólida. Não estamos interessados em cortar custos por si só: pegamos os melhores componentes apenas para ter certeza de que funcionará.”
Em termos de controle de processo e monitoramento de qualidade do sistema M 8K, a AMCM pegou as soluções testadas e comprovadas da EOS, como Smart Fusion e EOSTATE Exposure OT, e as escalou. “A EOS fez um bom trabalho em software e monitoramento de qualidade”, diz Bauer. “Então temos uma espinha dorsal muito forte que podemos usar. Usamos suas tecnologias, apenas escalonadas e reforçadas um pouco para a máquina maior.”
Atendendo aos padrões da indústria espacial
Embora a máquina M 8K não seja destinada exclusivamente para aplicações espaciais, o fato de a AMCM estar desenvolvendo-a junto com a ArianeGroup para imprimir sua câmara de combustão de foguete Prometheus significa que o sistema tem que estar de acordo com os padrões rigorosos da indústria espacial. Para esta máquina em particular, que se tornará a maior impressora 3D de metal LPBF do mercado, há muito terreno novo a ser coberto quando se trata de garantir que certos requisitos sejam atendidos.
De acordo com Bauer, a parceria da AMCM com a ArianeGroup tem sido muito valiosa, pois a empresa espacial ajudou a manter a AMCM no caminho certo. “A parceria com a ArianeGroup nos ajuda muito porque eles nos desafiam perguntando ‘podemos monitorar isso?’, ‘podemos controlar isso?’, ‘como você prova isso ou aquilo?’.” Em outras palavras, a ArianeGroup ajudou a AMCM a navegar pelas necessidades da fabricação espacial.
A AMCM, por sua vez, poderia unir forças com a ArianeGroup para aproveitar ao máximo a manufatura aditiva de metal. “O design inicial para a câmara de combustão é da ArianeGroup, e esse design é mais ou menos fixo”, explica Bullemer. “Além disso, no entanto, você pode melhorar o desempenho do resfriamento interno por meio da manufatura aditiva e isso é algo que nossos especialistas irão avaliar.”
Como muitas empresas aeroespaciais perceberam, a manufatura aditiva tem um papel importante a desempenhar não apenas para tornar a produção em pequenas séries viável para motores de foguete, mas também para otimizar o desempenho e a eficiência. A liberdade de design é uma parte importante disso, pois as tecnologias aditivas permitem a produção de geometrias internas complexas, como canais de resfriamento que podem ser construídos diretamente na estrutura da câmara. No entanto, a capacidade de imprimir materiais com excelentes propriedades de transferência de calor, como ligas de cobre, também é imperativa.
O sistema M 8K da AMCM pode fazer as duas coisas. Especificamente, o M 8K está sendo usado para imprimir o revestimento de cobre dentro da câmara de combustão do Prometheus. “O desafio dentro da câmara é que você tem uma quantidade enorme de energia e então você tem que resfriá-la”, Bullemer elabora. “Isso geralmente é feito com combustível líquido, que corre através do revestimento de cobre, enquanto do lado de fora você terá uma camada muito estável de Inconel.”
“O que todas as empresas de foguetes buscam no momento é ter um design em que haja melhor distribuição de calor no revestimento de cobre”, continua Bauer. Isso é obtido pela integração de redes complexas de canais de resfriamento no revestimento de cobre, que circulam gases resfriados. Isso garante que o calor gerado dentro da câmara de combustão seja dissipado adequadamente e que o revestimento de cobre permaneça intacto.
Claro, o cobre em si é um material desafiador para impressão 3D devido à sua excelente condução de calor e ao comportamento dos lasers. Felizmente, a AMCM tem ampla experiência trabalhando com ligas de cobre. “Quando começamos o projeto M 4K anos atrás, aprendemos a processar ligas de cobre”, diz Bauer. “Durante esse tempo, não aprendemos apenas a ajustar o processo para cobre, mas também aprendemos as armadilhas comuns associadas à impressão de grandes peças de cobre. Agora sabemos onde manter os limites de temperatura dessas ligas e sabemos o quão importante é manter a máquina funcionando em uma faixa de temperatura específica.”
Impulsionar os programas espaciais da Europa
Por fim, os sistemas M 8K, M 4K da AMCM, bem como os sistemas LPBF de metal padrão da EOS estão permitindo que o ArianeGroup progrida em sua missão de permitir o acesso da Europa ao espaço. “Estamos muito orgulhosos de trabalhar com o ArianeGroup e apoiá-los para ultrapassar os limites em termos de tecnologia e custos”, diz Bullemer sobre a colaboração contínua e a produção iminente da câmara de combustão reutilizável Prometheus.
De fato, o programa Prometheus pode mudar o jogo para a Agência Espacial Europeia, pois visa oferecer um motor reutilizável que custa um décimo do valor para fazer motores de foguete existentes como o Vulcain 2. De acordo com o ArianeGroup, a estrutura do motor Prometheus será impressa principalmente em 3D (70% da massa total). Não deixe de acompanhar este espaço para atualizações sobre o desenvolvimento do motor de foguete Prometheus e o lançamento da enorme máquina M 8K. Para saber mais acesse o site.
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