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Impressão 3D de componentes para o VLT

10 de Fevereiro de 2014

O ESO usou recentemente a tecnologia inovadora de impressão a 3D [1] para fabricar moldes para dois novos componentes do instrumento MUSE, montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, no Chile, que faz parte do projeto de Infraestrutura de Óptica Adaptativa. A técnica de impressão 3D abre novas oportunidades no fabrico de peças complexas feitas à medida, geralmente necessárias na instrumentação astronómica, fornecendo os componentes mais depressa, com menor custo e maior flexibilidade.

O primeiro componente, que foi fabricado pela empresa alemã voxeljet AG, é a parte estrutural de um novo braço de sensor [2] que foi instalado no telescópio para trabalhar em uníssono com o instrumento MUSE. Esta mudança era também necessária para dar espaço ao módulo de óptica adaptativa GALACSI, que será instalado em 2015. O braço de sensor é uma estrutura metálica que é utilizada para segurar três espelhos planos [3], os quais lançam raios de luz para os sensores que controlam os sistemas de óptica activa do VLT e são utilizados para guiar o telescópio durante as observações.

O componente foi criado usando uma técnica chamada microfusão ou de cera perdida, técnica esta utilizada tradicionalmente para fabricar componentes com formas muito complexas como, por exemplo, pás para motores de turbinas a gás. Com este método de moldagem, o modelo é gerado em software e as suas propriedades mecânicas são analisadas com aproximações industriais standard. Assim que um modelo virtual aceitável é criado, imprime-se um padrão, neste caso específico usando polimetil-metacrilato, um termoplástico rígido, transparente e incolor, mais conhecido pelo nome de vidro acrílico.

Seguidamente, cria-se um molde a partir do padrão plástico infiltrado pela cera, que nos dá um negativo da forma original. O padrão é depois coberto com cerâmica à prova de calor. Durante o processo a cerâmica é tratada e endurecida, o padrão de cera infiltrado derrete e evapora-se no interior no novo molde de cerâmica, deixando um molde perfeito onde o metal da peça final é vertido.

O braço de sensor que se encontrava anteriormente em funcionamento tinha sido fabricado em berílio, um metal leve que satisfaz as necessidades desta peça. No entanto, o berílio é altamente tóxico, não podendo ser manuseado ou modificado em segurança, uma vez o componente instalado. Por essa razão, seleccionou-se alumínio de alta qualidade para fabricar este seu substituto.

O segundo componente, uma peça para a câmara de teste do VLT, foi fabricado pela ACTech GmbH, outra empresa alemã especializada em técnicas de moldagem em metal. Esta peça foi fabricada a partir de um molde de ferro maleável e foi usado o mesmo processo de moldagem, depois do padrão original ter sido sinterizado a laser.

Notas

[1] A tecnologia de impressão a 3D é um processo de fabrico aditivo que promete reduzir o tempo de produção, minimizar os materiais de desperdício e poupar dinheiro às empresas. Os métodos tradicionais de fabrico, que incluem o uso de fresadoras e tornos mecânicos, são os chamados processos subtrativos, uma vez que o material é removido de uma peça maior até ser atingida a forma final. Este processo gera enormes quantidades de materiais de desperdício. Os processos aditivos evitam este desperdício de materiais ao fabricar a peça desejada camada por camada até ser atingida a forma final. A impressão a 3D, ou mais especificamente a impressão a 3D de moldes permite criar geometrias internas complexas que, de outro modo, seriam totalmente impossíveis de conseguir.

[2] A função do novo braço de sensor consiste em fazer com que o sistema de óptica activa do telescópio foque a 250 milímetros da posição do foco original, o que faz com que o plano focal se situe a 500 milímetros do bordo de Nasmyth. Esta distância extra cria o espaço necessário para a instalação do GALACSI, o módulo de óptica adaptativa do MUSE.

[3] Estes espelhos são feitos de HB-CESIC, um carboneto de silício reforçado a fibra de carbono, que é um material caracterizado pela sua excepcional dureza, rigidez muito elevada e baixo coeficiente de expansão térmica. Os espelhos foram fabricados pelas empresas ecm Engineered Ceramic Materials GmbH e Berliner Glas.

Contactos

Christoph Frank
ESO, Alemanha
Tel: +49 89 3200 6296
Email: cfrank@eso.org

Antonio Manescau
ESO, Alemanha
Tel: +49 89 3200 6142
Email: amanesca@eso.org

Robin Arsenault
ESO, Alemanha
Tel: +49 89 3200 6524
Email: rarsenau@eso.org