As vantagens da impressão 3D estão bem documentadas. A tecnologia permite que os produtos sejam criados no local onde são necessários. Ajuda a lidar com problemas de eficiência, fazendo com que as cadeias de suprimentos avancem sem problemas. Isso pode ter um impacto enorme na redução dos recursos e do tempo necessário para fabricar produtos.
As empresas de foguetes usaram a impressão 3D, formalmente conhecida como manufatura aditiva, durante a maior parte da última década, começando com o desenvolvimento da SpaceX em 2013 de uma parte impressa em 3D do motor de foguete SuperDraco.
Este artigo segue a história do uso da impressão 3D em novas empresas espaciais. No final do artigo, também veremos outra técnica de fabricação avançada usada por essas empresas: fundição sob pressão.
Definição de impressão 3D
Vamos começar com um lembrete do que a tecnologia de impressão 3D envolve. Não há lugar melhor para procurar a definição de impressão 3D do que dos mestres da impressão 3D, Autodesk.
A Autodesk define a impressão 3D como “um processo pelo qual objetos físicos são criados depositando materiais em camadas com base em um modelo digital”. A mesma fonte acrescenta que “a tecnologia de impressão 3D pode ser usada para criar tudo, desde protótipos e peças simples até produtos finais altamente técnicos, como peças de avião …, edifícios ecológicos, implantes médicos que salvam vidas e até órgãos artificiais usando camadas de células humanas”.
A Autodesk identifica três métodos principais empregados ao fabricar itens usando 3D:
Fabricação de filamento fundido (FFF): Principalmente na fabricação de produtos de consumo, este método aquece e extrude material plástico em camadas que formam o produto necessário. Também é chamado de modelagem de deposição fundida (FDM).
Estereolitografia (SLA): Usa luz UV para endurecer ou curar elevações, uma camada após a outra.
Sinterização seletiva a laser (SLS): Fuse materiais em pó usando lasers, camada por camada.
Por que os fabricantes de espaço estão se voltando para a impressão 3D
O fornecedor de software de manufatura aditiva, AMFG, fornece alguns insights sobre o impacto da fabricação 3D no campo de viagens espaciais. A empresa observa que os “fabricantes de espaçonaves enfrentam o desafio de acelerar o desenvolvimento e a produção de foguetes, ao mesmo tempo em que reduzem custos e aumentam a eficiência”.
A AMFG diz que o processo tradicional de fabricação de foguetes envolve vários ciclos de prototipagem e fases de produção, tornando o processo caro e demorado. A mesma fonte diz que o processo de fabricação 3D pode reduzir o tempo de fabricação de peças de um período tradicional de 14 semanas para apenas algumas semanas, dando aos fabricantes economias significativas no tempo e nos custos.
A fabricação 3D também garante a precisão das peças, o que é uma tarefa desafiadora ao usar métodos de fabricação tradicionais.
A primeira peça impressa em 3D no espaço
Elon Musk estabeleceu a SpaceX em 2002. Sua missão era reduzir o custo de viajar para o espaço para que os seres humanos pudessem eventualmente colonizar Marte. De acordo com a SpaceX, isso seria alcançado através do uso de “veículos de lançamento totalmente reutilizáveis que serão os mais poderosos já construídos, capazes de transportar humanos para Marte e outros destinos no sistema solar”.
Em 5 de setembro de 2013, Musk anunciou por meio de um tweet que “a câmara de foguete SpaceX SuperDraco Inconel com jaqueta de resfriamento de regeneração emerge da impressora de metal EOS 3D”.
A fonte de notícias sobre exploração espacial, inovação e astronomia, Space.com relata que “SpaceX enviou sua primeira peça impressa em 3D para o espaço no início deste ano [2014].” A mesma fonte acrescenta que “A parte, uma válvula de oxidante principal do motor de foguete, voou a bordo do lançamento da SpaceX em 6 de janeiro de um foguete Falcon 9 transportando o satélite comercial de telecomunicações Thaicom 6 para órbita.”
A praticidade de usar a impressão 3D para fazer peças de foguetes foi validada pelo fato de que a válvula funcionou conforme necessário sob condições extenuantes, inclusive sob temperaturas extremamente baixas.
A SpaceX também está usando a tecnologia de impressão 3D para produzir outros acessórios, como capacetes. De acordo com a 3Dnatives.com, “Cada capacete possui uma viseira, válvulas, fechaduras e microfones”.
Blue Origin: Fazendo investimentos significativos na impressão 3D
Blue Origin é o fabricante aeroespacial estabelecido pelo fundador da Amazon, Jeff Bezos. A empresa foi lançada em 2000 em Kent, Washington. “Estamos comprometidos em construir uma estrada para o espaço para que nossos filhos possam construir o futuro”, diz a declaração de missão da empresa.
A Blue Origin também diz que está cumprindo sua declaração de missão desenvolvendo “veículos de lançamento parcialmente e totalmente reutilizáveis que são seguros, de baixo custo e atendem às necessidades de todos os clientes civis, comerciais e de defesa”.
Uma parte importante de garantir que os produtos de viagens espaciais da Blue Origin de baixo custo e seguros se tornem a norma é a tecnologia de impressão 3D. A 3DPrintingIndustry.com cita o presidente da Blue Origin, Rob Meyerson, que diz que sua empresa “fez um investimento significativo na impressão 3D”. Ele acrescenta: “Estamos todos em adotar novas tecnologias e aproveitar ao máximo as possibilidades”.
A 3DPrintingIndustry.com também relata que Meyerson ilustrou, em uma apresentação, os benefícios de economia de tempo e custo introduzidos pela impressão 3D em comparação com os métodos tradicionais de fundição. Na apresentação, Meyerson mostra uma parte que levou três meses para ser feita usando a impressão 3D. A mesma parte leva mais de 12 meses usando métodos tradicionais de fundição.
Motor impresso em 3D leva a primeira mulher à superfície da Lua
Em dezembro de 2020, a 3Dprint.com informou que “a Blue Origin criou uma sonda de três estágios que poderia levar a primeira mulher e o próximo homem à superfície da Lua até 2024”.
A parte emocionante é que o motor BE-7 que alimenta o sistema de aterrissagem lunar foi fabricado usando a tecnologia 3D. Isso é confirmado por Bezos, que diz: “O BE-7 é um motor de pouso lunar de hidrogênio líquido / oxigênio líquido de alto desempenho, fabricado aditivamente, com 10.000 lbf de impulso – reduzindo profundamente para 2.000 lbf para um pouso preciso na Lua”.
Mas isso não é tudo. Bezos usou um vídeo do Instagram para anunciar que “Este é o motor que levará a primeira mulher à superfície da Lua”. De acordo com o Washington Post, essa mulher era Wally Funk, que perdeu a chance de ir ao espaço em 1961 porque “NASA não tinha programa para astronautas do sexo feminino”.
Funk pode não ter pousado na superfície da Lua, mas ela acabaria tendo a chance de viajar para o espaço em 20 de julho de 2021. Ela tinha 82 anos. Funk foi um dos três passageiros que viajaram com Bezos no que a Blue Origin apelidou de seu “primeiro voo humano”.
Lançando um foguete totalmente impresso em 3D em órbita
A Relativity Space é uma empresa espacial criada em 2015. A empresa indicou seu objetivo de ser “a primeira empresa espacial a lançar com sucesso um foguete totalmente impresso em 3D em órbita”.
Mas o que significa “foguete totalmente impresso em 3D” na realidade. Denrie Perez, que escreve para Engineering.com, tem a resposta: “Desde os motores até a fuselagem, a Relativity está automatizando quase todo o processo de fabricação.”
Perez acrescenta que a impressão 3D permitiu à Relativity a capacidade de modificar seus projetos rapidamente. Ela observa que, para vencer concorrentes como a SpaceX, a empresa está vendendo personalização. “O uso da impressão 3D permitiria que a empresa modificasse repetidamente as cápsulas para se adequar a qualquer tipo de satélite”, escreve ela.
Tim Ellis, CEO da Relativity, diz que “com a impressão 3D, somos capazes de fazer foguetes mais rapidamente, com uma fábrica menor e mais enxuta e menos processos”.
Em 8 de junho de 2021, Alex Knapp da Forbes.com informou que a Relativity arrecadou US $ 650 milhões em uma rodada de empreendimentos da Série E. Ele relata que o “capital é voltado para acelerar o desenvolvimento do foguete Terran R da empresa, que será completamente impresso em 3D e capaz de lançar cargas úteis maiores do que o foguete Falcon 9 de Elon Musk”.
Outras empresas espaciais que usam impressão 3D
Com os benefícios da impressão 3D no campo espacial, não é surpreendente que todas as empresas espaciais sérias pareçam estar fazendo algo sobre a fabricação de peças usando a tecnologia.
Michael Petch, em artigo para 3DPrintingIndustry.com, relata que o presidente e CEO da Virgin Galactic, George Whitesides, lhe disse numa entrevista que o “objetivo da empresa é reduzir o tempo necessário para produzir os motores: de muitos meses para, eventualmente, algumas semanas”. Petch indicou que a impressão 3D teria um papel importante para alcançar esse objetivo.
Rocket Lab é uma empresa de viagens espaciais descrita pela MIT Technology Review como “A pequena empresa que lançou a revolução espacial impressa em 3D”. Peter Beck estabeleceu a empresa em 2006.
Seis dos foguetes [Rocket Lab] foram lançados com sucesso até agora – cada um equipado com nove motores Rutherford que são criados principalmente usando impressão 3D de metal, assim como vários outros elementos a bordo.
Há espaço para outros métodos?
Mesmo que as novas empresas espaciais estejam avançando com as tecnologias 3D, parece que outros métodos que foram usados por eras ainda têm espaço na indústria.
Um exemplo de uma tecnologia que tem sido usada há muitos anos, mas ainda é relevante hoje é a moldagem por injeção de plástico.
A prova de que esses métodos ainda têm um futuro pode ser vista em um posto de trabalho recente da SpaceX, indicando que a empresa está contratando engenheiros e técnicos versados em tecnologias relevantes.
O anúncio afirma que esses engenheiros e técnicos “trabalharão em estreita colaboração com nossas equipes de engenharia nas fases iniciais do desenvolvimento de processos de fundição sob alta pressão e comissionamento de equipamentos e impulsionarão o desenvolvimento de fundição sob pressão de alumínio na empresa”.
A partir dos esforços e investimentos feitos por novas empresas espaciais, é claro que a impressão 3D será uma parte significativa do futuro. Para organizações como a NASA, a impressão 3D pode resolver o desafio de enviar peças de reposição para a Estação Espacial Internacional, tornando possível que algumas delas sejam fabricadas ali mesmo na ISS usando a impressão 3D.
