A qualidade dos materiais utilizados pelas indústrias na fabricação de celulares, carros, aviões, instrumentos musicais e cirúrgicos, entre outros equipamentos das mais diversas áreas, depende da boa usinagem para garantir a resistência e leveza das peças.
Em entrevista, o pesquisador Arthur Alves Fiocchi, docente na Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia (Femec/UFU), explica sobre a criação de um processo híbrido mecânico-eletroquímico para usinagem de ultraprecisão, desenvolvido na UFU e, agora, disponível para o mercado.
Confira a entrevista na íntegra aqui!
Qual é a área de aplicação principal dessa tecnologia?
A tecnologia batizada de “processo híbrido mecânico-eletroquímico de usinagem de ultraprecisão” aplica-se a todos os materiais condutores de eletricidade que podem ter sua superfície modificada por meio de reações eletroquímicas. Exemplos de materiais que podem se beneficiar desta tecnologia incluem os metais puros (por exemplo, alumínio, cobre, estanho, ferro), as ligas metálicas (formado por dois ou mais elementos, sendo que pelo menos um deles é um metal, por exemplo os aços que são ligas ferro-carbono), os materiais compósitos (mistura de um ou mais materiais dissimilares, por exemplo a fibra de carbono), o grafeno (e outros derivados de carbono), os polímeros especiais e as cerâmicas elétricas.
Essa inovação pode ser aplicada nas mais diversas áreas como, por exemplo, automotiva, aeroespacial, médica, eletrônica, fotônica, telecomunicação e de micro e nano dispositivos eletromecânicos (MEMS e NEMS, respectivamente). Todas essas áreas demandam que seus materiais sejam extremamente lisos ou com baixa rugosidade e sejam isentos de danos capazes de diminuir a vida do produto, ou seja, evitar que o produto se quebre durante o uso ou tenha aplicação inviabilizada.
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Com o aumento da demanda e da oferta de materiais de engenharia mais resistentes e leves, e que são tipicamente difíceis de serem obtidos puramente por usinagem mecânica, conformação, fundição, soldagem ou manufatura aditiva (impressão 3D), os processos híbridos de fabricação também devem avançar tecnologicamente para que seja possível aplicar esses materiais de maneira econômica, rápida e com alta qualidade.
Como foi o processo de desenvolvimento da tecnologia? Quais foram os principais marcos alcançados durante esse processo?
O desenvolvimento foi motivado pela demanda de mercado e pela minha experiência como pesquisador na área de processos de fabricação de ultraprecisão, inclusive com orientação de pesquisas na graduação e pós-graduação na área, sobretudo a partir do credenciamento como docente do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica com nota Capes 7 (nota máxima de avaliação), orientação de estudantes e fomentos à pesquisa conquistados em editais de financiamento não-reembolsáveis e parcerias com empresas e outras universidades nacionais e internacionais.
A tecnologia prevista na patente foi desenvolvida a partir do doutorado do engenheiro mecânico Walter dos Santos Motta Neto para atender a demanda da indústria por processo de acabamento que pode reduzir o número de etapas da fabricação para acabar peças de materiais considerados de difícil usinagem em uma única etapa, alcançados resultados de rugosidade 60% menores (tipicamente na faixa nanométrica) e sem danos mecânicos, térmicos e químicos típicos dos processos tradicionalmente usados na indústria.
Que problemas ou necessidades a tecnologia busca solucionar?
Há demandas por processos e técnicas de fabricação que sejam capazes de processar os materiais sem que ocorra a introdução de defeitos nas superfícies geradas. Essas novas tecnologias fazem parte da chamada manufatura avançada. A maioria dos materiais avançados são considerados de difícil processamento. Alguns desses apresentam elevada dureza, fragilidade e não são bons condutores de calor, características essas que dificultam que processos de usinagem (remoção de material) sejam empregados para conferir forma e acabamento superficial. Quando processados por meio de técnicas tradicionais (mais antigas) suas superfícies sofrem danos permanentes que reduzem a vida em aplicação da peça, principalmente em situações que envolvem vibrações. Os processos tradicionais também são lentos e não conseguem entregar a qualidade necessária que a indústria atual demanda. Além disso, esses processos precisam ser encadeados em etapas que aumentam o tempo e os custos de produção. Dessa forma, a presente patente soluciona essas dores, permitindo alcançar resultados melhores, mais rápidos e com qualidade para aplicação em nanotecnologia.
Qual o aspecto inovador ou diferenciado na abordagem adotada por esta tecnologia em comparação com as soluções convencionais?
O aspecto inovador está relacionado ao uso da eletroquímica (reações químicas produzidas por corrente elétrica) para alterar a superfície dos materiais (sem que ocorra remoção por eletroquímica) em associação com a usinagem mecânica, formando, assim, um processo híbrido de usinagem. O hibridismo se dá por meio da aplicação da eletroquímica para modificar a superfície da peça e a usinagem para remover essa camada modificada. Todos os processos puramente mecânicos de usinagem que dão forma e dimensão por meio da remoção de material com a formação de cavaco (resíduo da usinagem) deixam “cicatrizes” nas superfícies e subsuperfícies dos materiais. O processo híbrido de fabricação descrito na patente combina, portanto, a ação mecânica de uma ferramenta de corte e a ação eletroquímica de passivação do material, realizada anterior ou simultaneamente à etapa de usinagem, para produzir peças de alta qualidade sem danos mecânicos, químicos e térmicos.
Como a tecnologia pode impactar o mercado?
A tecnologia tem potencial para impactar positivamente o mercado nacional que busca produzir peças com maior qualidade em materiais que precisam estar isentos de defeitos de fabricação. Destacam-se, consequentemente, as aplicações com alta responsabilidade de desempenho e que não podem falhar em operação.
Os destaques da presente tecnologia desenvolvida na Universidade Federal de Uberlândia envolvem: (1) reduzir a introdução de defeitos na peça usinada; (2) aumentar o volume de produção por meio da redução do consumo de ferramentas e redução do número de etapas de fabricação; (3) otimizar o parque industrial já instalado sem necessariamente envolver a aquisição de novas máquinas; (4) reduzir o tempo de fabricação; (5) ser ecologicamente mais eficiente, sustentável e acessível; e (6) reduzir a dependência tecnológica estrangeira.
O desenvolvimento de tecnologia nacional consolida-se como pilar estratégico para a soberania industrial e a prosperidade socioeconômica do país, catalisando impactos multidimensionais: na educação, fomenta a formação de recursos humanos altamente qualificados, alinhando currículos acadêmicos às demandas da indústria 4.0; no empreendedorismo, gera ecossistemas inovadores, onde startups e pequenas e médias empresas transformam conhecimento em produtos competitivos globalmente; na retenção de talentos, cria ambientes de alto desempenho técnico-científico, mitigando a fuga de cérebros e atrai investimentos estrangeiros diretos; na indústria nacional, assegura autonomia produtiva, redução de dependência externa e inserção em cadeias de valor de alta complexidade; e, por meio do licenciamento tecnológico e transferência de know-how, acelera a inovação ao converter pesquisa acadêmica em soluções tangíveis para a sociedade — elevando a competitividade sistêmica, fortalecendo a marca-país e construindo uma economia baseada no conhecimento, resiliente e sustentável.
Qual é o estágio atual de desenvolvimento da tecnologia?
Nível de maturidade tecnológica (TRL) 7, com demonstração de protótipo tecnológico em ambiente operacional real. A tecnologia está pronta para licenciamento tecnológico ou transferência de know-how.
