Projeto e desenvolvimento de peça em compósito obtida em moldagem por transferência de resina para aplicação em telescópios.

Abstract

Em face à crescente demanda por inovações tecnológicas em instrumentação para uso em pesquisa astronômica, desafios têm surgido na concepção de instrumentos cada vez de maior porte e, o uso de materiais compósitos vem se tornando cada vez mais frequente. Esses desafios tem se tornado mais comum nas atividades regulares nas áreas de projeto e desenvolvimento, sendo o que motivou a iniciação desse projeto. O mesmo consistiu da seleção de um componente construído originalmente em material metálico, que pudesse ser substituído por um compósito de CFRP (Carbon-fiber-reinforced polymer), com potenciais melhorias na rigidez, na resistência mecânica, na condutividade térmica, no peso e no coeficiente de expansão térmica. Foi selecionado um componente originalmente fabricado em Titânio 6Al-4V e que ofereceu vários aspectos para exploração. Mantendo-se os requisitos originais do projeto como dados de entrada, foi permitida uma abrangente atividade de pesquisa para definição da geometria da peça proposta, dos ferramentais de ensaio e de moldagem, da especificação do compósito e do processo de fabricação, dos ensaios de caracterização e de validação do produto. Nesse contexto, ficaram evidentes as significativas oportunidades de redução de massa, da redução do coeficiente de expansão térmica e da redução dos custos de fabricação. O processo RTM foi adotado por permitir obter peças com maior fração volumétrica de fibras, com relação à maioria dos demais processos de fabricação envolvendo compósitos. Atividades para a caracterização do compósito foram realizadas por meio de ensaios de permeabilidade e de compressibilidade, simulação do fluxo de resina, ensaios de resistência mecânica e exames visuais de tal forma que permitiram a definição completa do projeto. Na avaliação da peça fabricada pode-se confirmar que o tecido de fibra de carbono, o sistema de resina e o processo de fabricação adotados, permitiram a obtenção da peça em conformidade com os requisitos. Notadamente, a redução da massa em cerca de 88 %, redução da expansão térmica em cerca de 67 % e redução dos custos de fabricação em cerca de 70 % foram os principais ganhos destacáveis. O desenvolvimento desse trabalho permitiu a identificação de um projeto que atendeu aos requisitos de engenharia previamente definidos para um material metálico. A viabilidade operacional foi reconhecida uma vez que o processo de fabricação se mostrou factível.