Um dos casos mais pitorescos da história do Brasil, e especificamente do futebol brasileiro, é a taça Jules Rimet. O roubo do troféu, conquistado com o título da Copa 1970, se tornou um marco da bagunça brasileira e contamos essa história aqui. Um projeto da USP São Carlos tem como objetivo a reconstrução deste icônico item do futebol pelo uso de uma técnica inovadora de impressão 3D, com um processo híbrido de manufatura aditiva, que tornaria possível “fabricar produtos complexos, com bom acabamento superficial e alto valor agregado”. Outras quatro instituições de peso colaboram com o projeto: o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer.

A taça Jules Rimet era formada de ouro, com 3,8 quilos, e foi roubada em dezembro de 1983. Para a sua reconstrução, o processo será de deposição direta por energia (Direct Energy Deposition, DED). Nesta técnica de manufatura aditiva, pós de ligas metálicas são fundidas por um laser que atinge tanto o substrato quanto o material de adição, promovendo a fusão e a consolidação de componentes.

O IPT explicou à Trivela, em nota, um pouco de como a pesquisa é relevante e pode trazer inovações importantes à indústria:

Os processos de manufatura aditiva (MA) de materiais metálicos atualmente não produzem componentes com acabamento superficial com tolerâncias dimensionais adequadas às aplicações de produtos mecânicos de precisão e com elevado requisito de propriedades. Por outro lado, a MA de materiais metálicos tem um potencial disruptivo em diversos setores industriais e, portanto, soluções para o desafio de acabamento superficial podem viabilizar aplicações industriais da MA. Os materiais utilizados no projeto são o aço inoxidável AISI 316L e o aço ferramenta AISI H13. Esses materiais já foram estudados nos processos de MA e o projeto não propões alterações nesses materiais.

Nesse cenário, o projeto propõe a aplicação de um processo de manufatura denominado híbrido, no qual o componente com geometria complexa obtido por MA pode passar por uma etapa subsequente de usinagem especificamente desenvolvida para produtos obtidos por MA HSM/G (High Speed Machining/Grinding). Com isso, seria possível fabricar produtos complexos, com bom acabamento superficial e alto valor agregado. Especificamente, o projeto pesquisará a integração de processos de MA com HSM/G (de forma a desenvolver soluções inovadoras, incluindo equipamentos e acessórios necessários para uma solução completa envolvendo dois processos de MA (PDB e DED) e duas sequências de Processo Hibrido- PrH (Robô + MF (máquina-ferramenta) e DED integrado na MF de HSM e de Retificação).

No Brasil não há uma solução disponível no mercado e, além disso, o desenvolvimento de processos híbridos como o proposto no projeto é considerado como estado da arte para viabilização de aplicações de componentes com elevado requisito de propriedades obtidos por MA.

As técnicas e os desafios do processo

O Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT escolheu a técnica de atomização a gás para fabricação do pó destinado a reconstruir a taça, segundo informou o site da instituição. Uma corrente de gás inerte de alta velocidade desintegra um filete de metal líquido e forma um spray que se solidifica na forma de partículas. Os materiais escolhidos para o projeto foram o aço ferramenta AISI H13 e o aço inoxidável AISI 316L.

“A qualidade do produto final na manufatura aditiva é fortemente influenciada pelas características das partículas do pó, como o tamanho e a morfologia”, explica a engenheira de materiais e pesquisadora-visitante do laboratório do IPT, Flavia Costa da Silva. “Este é um dos principais desafios do projeto e, por isso, serão avaliados os efeitos dos parâmetros do processo de atomização na qualidade dos pós metálicos”.

“Existe ainda pouca compreensão dos princípios físicos básicos que envolvem o fluxo de gás em velocidade supersônica e sua interação com o feixe de metal líquido. Além disso, diversas características de projeto dos atomizadores influenciam diretamente a formação do pó”, explica o pesquisador do laboratório do IPT, Moyses Leite de Lima. “Outro desafio é o baixo rendimento na produção de pós que atendam a essa faixa ideal de tamanho das partículas para os processos de impressão tridimensional”.

O laboratório do IPT dispõe de um atomizador a gás inerte e, por meio de modelagem numérica, está fazendo um estudo da técnica trabalhando com ajustes das variáveis: “O objetivo é conhecer os fenômenos de formação das partículas para melhorar o rendimento de produção de pós dentro da faixa granulométrica e da morfologia ideais para a manufatura aditiva”, explica Silva.

O IPT fez alguns testes com o atomizador e conseguiu resultados muito melhores do que o que é hoje comercializado para uso na manufatura aditiva. Além disso, as análises do pó atomizado no IPT apontaram características compatíveis com a formulação comercialmente disponível, em termos de morfologia esférica e livre de defeitos que prejudicam a fluidez. Com isso, a técnico promove uma melhora em relação ao que é feito atualmente no mercado e, portanto, melhorando a qualidade do processo que ficou conhecido como impressão 3D.

“Os primeiros testes apontaram que, com algumas condições de processo de atomização, é possível um rendimento de 55,4%, um índice superior à faixa de 20% a 30% alcançada nos processos atuais de atomização a gás para produzir o pó no intervalo granulométrico ideal”, afirma Lima.

“Além da tecnologia DED, o projeto tem como objetivo o desenvolvimento de processos de manufatura aditiva de materiais metálicos por meio da técnica de fusão seletiva a laser (Selective Laser Melting, ou SLM). Estas técnicas serão avaliadas com relação à sua adequação de aplicação para reparo de moldes para injeção de polímeros e de palhetas de turbinas de geração de energia”, continua o comunicado do IPT.

O projeto começou em 2018 e o laboratório do IPT realizará experimentos que avaliarão efeitos de diversos parâmetros de processo nas características dos pós metálicos e na produção do lote-piloto de pós das ligas e no segundo semestre será iniciada a produção dos pós metálicos. Quando pronta, a réplica da taça será doada à CBF pela comemoração dos 50 anos do tricampeonato na Copa do Mundo de 1970.

Esta taça não será de ouro, mas terá um valor simbólico também pelo uso de uma técnica desenvolvida por uns dos laboratórios mais inovadores e importantes do Brasil. Vamos aguardar que a CBF tenha melhorado muito a sua segurança em relação ao caos que era a CBD em 1983. Seja como for, o maior valor que a taça tem é simbólico. História e memória é algo sempre valioso e, por isso, o trabalho do projeto é muito importante também nesse sentido.