Publicado 20/08/2025

A relação peso/volume em peças impressas em 3D

Na indústria aeronáutica, peso é sinónimo de custo. Um avião mais leve consome menos combustível, aumenta a sua autonomia e pode transportar maior carga útil. Reduzir apenas um quilograma num avião comercial pode representar uma poupança considerável de combustível por ano. É aqui que entra em jogo a relação peso/volume, um indicador que mede a densidade efetiva de uma peça: quanto pesa em função do seu tamanho.

A fabricação aditiva permite abordar este desafio com soluções impossíveis de alcançar através de métodos tradicionais. Ao contrário da usinagem, que geralmente requer blocos maciços de material, a impressão 3D constrói peças camada a camada, integrando cavidades internas, estruturas reticulares e geometrias otimizadas. Isto não só reduz o peso e o consumo de material, como mantém — ou até melhora — a resistência mecânica.

Estratégias de design para peças leves em impressão 3D

Uso de preenchimento e estruturas ocas (impressão FDM/FFF e SLA/resina)

Fonte: Fabbaloo.Com.

Em tecnologias como FDM (Modelagem por Deposição Fundida), o segredo está na percentagem de preenchimento ou infill. Uma peça impressa a 100% de preenchimento é maciça, mas se reduzirmos este valor para 20%, o interior é composto por padrões como hexágonos ou giróides, deixando amplos espaços de ar. Isto reduz drasticamente o peso sem alterar as dimensões externas.

Em SLA (Estereolitografia), as peças podem ser projetadas ocas desde o início, adicionando orifícios de drenagem para eliminar resina não curada. Isto é ideal para componentes grandes, por exemplo, carcaças para sensores, onde são utilizadas peças ocas que apenas necessitam de uma parede exterior robusta.

Estruturas reticulares e celulares: geometrias complexas para imprimir peças mais leves

As estruturas reticulares — inspiradas em favos de mel ou esponjas naturais — são o grande aliado do lightweighting. Estas malhas internas distribuem as cargas de forma eficiente, eliminando material excedente sem comprometer a funcionalidade e mantendo os requisitos mecânicos. Em impressoras SLS (Sinterização Seletiva a Laser), onde o pó não utilizado atua como suporte durante o fabrico, é possível criar peças metálicas ou de nylon com estruturas que seriam impossíveis de criar com uma fresadora ou com um molde.

Um exemplo emblemático são os suportes de motor em titânio para foguetes espaciais: através de estruturas reticulares, empresas como a SpaceX conseguiram reduzir em 40% o peso destes componentes, melhorando a relação impulso-peso.

Na aeronáutica, a Airbus utiliza preenchimentos giróides em componentes estruturais do A350, alcançando poupanças de 30% em comparação com peças tradicionais.

Otimização topológica e design generativo

Fonte: Infinitiaresearch.Com.

E se um algoritmo eliminasse automaticamente o material desnecessário de uma peça? A otimização topológica faz precisamente isso: analisa as zonas de carga e elimina tudo o que não contribui para a resistência dessas zonas chave. O resultado são designs orgânicos, que lembram o esqueleto humano e outros padrões que ocorrem na natureza, e que hoje em dia só podem ser criados através de impressão 3D.

O design generativo, impulsionado por inteligência artificial, vai um passo além. Propõe múltiplas iterações de uma peça, otimizadas para minimizar peso e maximizar desempenho. A Airbus aplicou esta técnica numa divisória de cabine, reduzindo o seu peso em 45% em relação ao design original. Na indústria automóvel, a General Motors redesenhou um suporte de assento utilizando esta metodologia, conseguindo uma peça 50% mais leve e 20% mais resistente.

Materiais de alto desempenho: a chave para peças leves e resistentes

A escolha do material é fundamental na otimização do peso. Não basta redesenhar geometrias: os polímeros avançados, compósitos e ligas metálicas adaptadas à impressão 3D, completam o círculo, permitindo melhorias notáveis na relação peso/volume.

Alguns destes materiais estão disponíveis em formatos compatíveis com diferentes tecnologias de impressão 3D. Por exemplo, o Nylon reforçado com fibras de carbono pode ser utilizado como filamento para impressoras FDM/FFF e também como para sinterização SLS.

A seguir, apresentamos uma tabela de alguns dos materiais que estão a redefinir as fronteiras:

Material Vantagens Aplicações Típicas Requisitos de Impressão
PEEK - Densidade: 1,3 g/cm³ (vs 2,7 g/cm³ do alumínio)
- Resistência a 250°C
- Não corrosivo, retardador de chama
Componentes estruturais em motores, cabines Impressoras FDM profissionais com hot-end capaz de atingir 400-500°C e câmara aquecida (>130°C)
Ultem 9085 - Cumpre a normativa FST (baixa emissão de fumos/toxicidade)
- Alta relação resistência/peso
Condutas de ar, suportes em cabine
PEKK - Resistência química superior
- Compatível com esterilização
Peças médicas, componentes aeroespaciais
(PEKK/PEEK/PEI) + Fibra Contínua - Resistência comparável ao alumínio
- Peso 60% menor
Componentes estruturais críticos Impressoras FDM profissionais especiais com suporte para impressão de filamentos com fibra contínua.
Nylon + CF - Rigidez aumentada em 200% vs nylon padrão
- Peso reduzido em 40%
Chassis de drones, suportes robóticos Impressoras FDM profissionais, ou impressoras de gama média com boa retenção de calor. Bicos reforçados.
PETG + CF - Ideal para prototipagem rápida
- Baixo custo
Ferramentas leves, protótipos funcionais Impressoras FDM domésticas com bico reforçado.
Resinas Cerâmicas - Estabilidade térmica até 1000°C
- Baixa condutividade elétrica
Revestimentos de motores, ferramentas Impressoras SLA/DLP com pós-cura em forno
Titânio (Ti6Al4V) - Relação resistência/peso ótima (4,5 g/cm³)
- Biocompatível
Suportes estruturais, turbinas Impressoras DMLS/SLM com laser de alta potência
Alumínio (AlSi10Mg) - Leve (2,7 g/cm³)
- Boa condutividade térmica
Carcaças, suportes de antenas

Aplicações na aeronáutica: casos de sucesso

Componentes estruturais em aviões comerciais

A Airbus lidera a adoção da impressão 3D em componentes críticos. No A350 XWB, substituiu suportes metálicos usinados por versões impressas em titânio com estruturas alveolares. O resultado: 30% menos peso e a mesma capacidade de carga. Além disso, consolidou múltiplas peças numa só, eliminando juntas pesadas e pontos fracos.

Motores e sistemas de propulsão

O injetor de combustível do motor LEAP da General Electric é um marco na otimização de peças com impressão 3D. Originalmente composto por 20 peças soldadas, foi redesenhado como um único componente impresso em 3D. Esta mudança não só reduziu o seu peso em 25%, como quintuplicou a sua durabilidade. Em turbinas, a impressão 3D permite integrar canais de refrigeração internos, aliviando pás e melhorando a eficiência rotacional.

Interiores e drones

Em cabines, materiais como o Ultem 9085 — um polímero de alta resistência — substituíram metais em condutas de ar e painéis. A Boeing, por exemplo, imprime estes componentes em Ultem, conseguindo uma poupança de peso de 60% em relação ao alumínio. Em drones militares, carcaças de nylon com preenchimento reticular ampliam a autonomia de voo mantendo a resistência estrutural.

Além da aeronáutica: leveza noutras indústrias

  • Automóvel: A BMW utiliza suportes de motor impressos em liga de alumínio, 30% mais leves que os tradicionais, para melhorar a eficiência dos seus veículos elétricos.

  • Energia: Pás de turbinas eólicas com núcleos reticulares criados através de impressão 3D reduzem a inércia e facilitam a sua instalação.

  • Robótica: Braços industriais com estruturas ocas em PEEK permitem movimentos mais rápidos e menor consumo energético.

Fonte: Facfox.Com.

Conclusão: leveza e eficiência, o futuro do fabrico de peças leves.

A impressão 3D não é apenas uma ferramenta de produção, mas uma oportunidade para reimaginar o design industrial. Ao combinar materiais avançados, software de otimização e liberdade geométrica, empresas de todos os setores podem criar peças mais leves, eficientes e sustentáveis.

Na nossa loja, encontrará desde filamentos técnicos como o Ultem 9085 até impressoras capazes de trabalhar com metais e impressoras profissionais para compósitos. Se procura reduzir o peso dos seus componentes sem sacrificar o desempenho, explore as nossas soluções ou contacte a nossa equipa para projetos personalizados.

Deixar um comentário