Sector automóvel: Produção híbrida em carbono resulta em componentes mais leves e com melhor acabamento

E se os automóveis fossem menos poluentes, mais bonitos e também consumissem menos? Certamente seria um cenário bem agradável quer para consumidores, quer para fabricantes. E o futuro aponta nesse sentido.

Sustentabilidade, descarbonização, eficiência, design, segurança são preocupações constantes no sector automóvel, que tem vindo a enfrentar novos requisitos, cada vez mais exigentes. Para os fabricantes, é urgente agir em conformidade: produzir mais rápido, com qualidade excecional, com menos custos e menor impacto ambiental. Para os consumidores, a estética continua a ser um fator determinante, assim como o consumo de combustível e, cada vez mais, também a preocupação com o impacto ambiental.

Uma das tecnologias já amplamente utilizada no sector para ir ao encontro destas necessidades é o processo de SMC - Sheet Moulding Compound. A sua popularidade reside no facto de permitir a produção de componentes com compósitos reforçados, tradicionalmente com fibras de vidro descontínuas, garantindo rigidez e resistência específicas adequadas, além de assegurar uma cadência produtiva elevada a custos reduzidos.

Nova tecnologia de produção híbrida vai melhorar o desempenho global dos componentes

O crescimento da procura global por componentes fabricados com materiais compósitos de elevado desempenho está a espoletar um novo método, que consiste em combinar o processo convencional de SMC com a incorporação de pré-impregnados de fibras de carbono contínuas e orientadas.

Esta nova abordagem permite uma produção híbrida, que garante elevada produtividade, excelente reprodutibilidade de peças, eficiência e otimização, assim como componentes mais leves e resistentes, com geometrias complexas e funções integradas*.

Porém, ainda não existe uma solução híbrida comercial, essencialmente devido à necessidade de reduzir o custo de produção*, e o tempo despendido na fase de preparação de cada moldação.

Em todo o caso, é esperado que, num futuro próximo, estas desvantagens sejam melhoradas, particularmente devido aos avanços tecnológicos relacionados com a automação de processos*.

Além disso, serão privilegiados benefícios como:

• a redução do consumo de combustível ou aumento da autonomia, no caso da mobilidade elétrica, conseguidos graças à redução de peso dos componentes,

• a sustentabilidade da produção promovida pela utilização de fibras de carbono recicladas,

• ou a melhoria do acabamento e, consequentemente, da estética dos componentes, possibilitada pelo aumento da liberdade do design das peças.

INEGI já validou o processo híbrido de SMC com o parceiro da indústria automóvel

Durante o projeto AEROCAR, no qual o INEGI - Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial participou, foi demonstrada a viabilidade técnica do processo SMC híbrido, uma solução também muito desejada pelo sector aeronáutico.

Desenvolveu-se um protótipo de um assento de automóvel, em parceria com uma empresa do sector, recorrendo à produção híbrida e combinando CF-SMC (Carbon Fibre Sheet Moulding Compound) com pré-impregnados de carbono, em duas etapas. Na primeira, as camadas de pré-impregnado são empilhadas e formadas num pré-formato, similar ao final. Na segunda, o empilhamento de fibras de carbono é combinado e moldado em conjunto com as de CF-SMC, para obter a estrutura híbrida desejada. Para validar esta metodologia, o componente final foi comparado com um semelhante, produzido de forma convencional pelo parceiro*.

Verificou-se que a solução híbrida demonstra, em geral, melhoria das propriedades mecânicas do produto, designadamente um aumento significativo das propriedades de adesão e maior rigidez específica, bem como melhoria da estética das partes estruturais visíveis, além de registar uma redução de 25% no seu peso total. A principal desvantagem prendeu-se com o custo, como era esperado*.

Na ausência de uma tecnologia híbrida SMC específica para o sector automóvel no mercado, a produção de componentes com materiais compósitos deve ser desenvolvida e adaptada aos requisitos de cada aplicação específica*.

*Silva, J.N., Pina, L. Sousa, S. P. B. (2021). Hybridization Process of Carbon Fibre Sheet Moulding Compound with Carbon Fibre Prepregs: a Case Study. Materiales Compuestos, 5(3), 17-22.

Texto: Jorge Silva (Engenheiro de desenvolvimento de produto e sistemas), Luís Pina e Susana Sousa (Investigadores do INEGI na área dos materiais e estruturas compósitas)
Publicação: Revista Molde 131