Impressão metálica 3D dá nova vida a engrenagens de turbinas eólicas

O fabrico aditivo metálico por direct laser deposition (DLD) vai permitir reconstruir e reparar dentes de engrenagens de sistemas eólicos, garantindo propriedades mecânicas iguais, ou até superiores, às dos componentes reparados.

Esta capacidade surge de um desafio lançado pela SERMEC Group, empresa da área da metalomecânica de precisão, que desenvolve soluções de manutenção para a indústria eólica.

Com o apoio do INEGI e da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), mobilizou-se para responder a um dos grandes desafios do setor: aumentar a vida útil dos componentes das turbinas eólicas, mantendo os níveis de qualidade e fiabilidade, comparativamente a de um componente novo.

"São componentes propensos a falhas em vários locais de apoio em rolamentos, nos eixos intermediários e nos eixos de alta velocidade, e que resultam em intervenções de manutenção dispendiosas. Os custos elevados de reparação podem chegar às centenas de milhares de euros, e o tempo de inoperabilidade do equipamento é relevante”, explica Ricardo Cardoso, responsável pelo projeto no INEGI.

Fabrico aditivo de metal possibilita reparação de componentes complexos e de alto valor

Para solucionar este problema, a equipa de especialistas do INEGI está a desenvolver um processo integrado de reparação assente na reconstrução 3D de dentes de engrenagens cementadas de grande dimensão através do processamento a laser de pós metálicos.

Além do processo, estão a ser estudadas estratégias de deposição que combinam diferentes materiais para criar materiais funcionais em gradiente, de forma a assegurar compatibilidade entre camadas sucessivas e uma boa adesão entre estas e o substrato.

"Este processo de fabrico aditivo, que surge da tecnologia de revestimento a laser com injeção de pó coaxial, oferece vantagens significativas em relação aos métodos convencionais de reparação”, que passam necessariamente pelo fabrico de um novo componente, salienta João Cruz, responsável pelo projeto na Sermec.

O processo de impressão 3D deverá conduzir a um lead time menor, face à necessidade de re-fabricação dos componentes, e diminuir o custo de reparação, com a redução das operações de fabrico e da aquisição de matéria prima. A reutilização de engrenagens danificadas ou desgastadas contribuí também para uma utilização mais racional dos recursos, seguindo as práticas da economia circular.

O projeto contempla ainda a criação de um modelo numérico, como uma ferramenta preditiva complementar de apoio à definição de parâmetros e otimização de processo, e o desenvolvimento de protocolos de teste para validar qualidade e fiabilidade da reparação.

O projeto "GEAR3D: Reconstrução 3D de dentes de engrenagens de grande dimensão via deposição direta por laser” é cofinanciado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), através do Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI).