Polímeros com memória de forma à base de poliuretanos termoplásticos para componentes leves de satélites
A impressão 4D simplifica o fabrico de componentes termossensíveis
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A construção leve, o design compacto e o desempenho funcional fiável são requisitos fundamentais para os componentes utilizados em aplicações espaciais. No âmbito do projeto «Fabrico Aditivo de Painéis Solares para Aplicações Espaciais (AM-SPACE)», o Instituto Fraunhofer de Investigação Aplicada em Polímeros (IAP) desenvolveu polímeros com memória de forma (SMPs) especificamente concebidos para o fabrico aditivo de componentes de satélites. Utilizando estes materiais, os investigadores fabricaram dobradiças leves e ativadas termicamente para a implantação de painéis solares de satélites. Com um peso de aproximadamente 1,4 gramas cada, as dobradiças são cerca de 93 por cento mais leves do que as dobradiças convencionais atualmente em uso. O projeto foi realizado em colaboração com a German Orbital Systems GmbH (GOS), a Orion Additive Manufacturing GmbH e o Instituto Fraunhofer de Fiabilidade e Microintegração (IZM). O Fraunhofer IAP irá apresentar estes desenvolvimentos na Formnext, em Frankfurt, e na Space Tech Expo Europe, em Bremen, em novembro de 2026.
O polímero com memória de forma facilita a implantação controlada
Os polímeros com memória de forma (SMPs) são materiais inteligentes que mantêm uma forma temporária programada e recuperam a sua forma original quando aquecidos. O Fraunhofer IAP utiliza este efeito de memória de forma unidirecional para permitir o movimento controlado em componentes impressos em 3D, reduzindo a necessidade de sistemas de acionamento mecânicos convencionais. Os investigadores transformaram os polímeros desenvolvidos em filamentos adequados para a fabicação aditiva e fabricaram dobradiças funcionais e Mecanismos de Fixação e Libertação (HDRMs). Durante o lançamento, os HDRMs fixam com segurança os componentes do satélite e, posteriormente, libertam-nos de forma controlada assim que este se encontra em órbita. Após a libertação, as dobradiças à base de SMP permitem que os painéis solares se desdobrem através da recuperação da forma ativada termicamente.
A impressão 3D permite a prototipagem rápida
A dobradiça impressa em 3D pesa aproximadamente 1,4 gramas. Quando ativado termicamente através de um elemento de aquecimento, o SMP sofre uma alteração de forma programada, fazendo com que a dobradiça se desdobre. Em condições controladas de laboratório, a dobradiça completa a sua abertura em 60 segundos quando aquecida de 23 °C a 140 °C. O processo de fabrico aditivo também permite a produção rápida destes componentes funcionais. A impressão de uma dobradiça ou de um HDRM demora aproximadamente 15 minutos, seguidos de mais 30 minutos para programar a forma temporária desejada. Consequentemente, cada um destes componentes pode ser fabricado e programado em menos de uma hora, o que destaca o potencial para a prototipagem rápida e a adaptação flexível do design.
A impressão 4D simplifica o fabrico de componentes termossensíveis
Na abordagem de impressão 4D aqui utilizada, a resposta de alteração de forma é programada diretamente no componente durante a fabricação, em vez de numa etapa separada de pós-processamento. Esta abordagem permitiu o desenvolvimento de HDRMs impressos em 4D que podem ser fabricados em apenas cinco minutos. Tal como as suas contrapartes impressas em 3D, estes mecanismos permitem a libertação controlada de componentes de satélite retidos mediante ativação térmica. «Com o AM-SPACE, demonstrámos como os polímeros com memória de forma podem abrir novas vias para o projeto de pequenos satélites. Estes componentes combinam uma construção leve com funcionalidade integrada e a capacidade de sofrer alterações de forma controladas quando ativados», afirma o Dr. Thorsten Pretsch, diretor da divisão de investigação de Sistemas Poliméricos Funcionais do Fraunhofer IAP. «No futuro, isto poderá permitir que os sistemas de satélites sejam lançados numa configuração compacta e implantados conforme necessário, uma vez em órbita. Para além das dobradiças e dos mecanismos de fixação e libertação, vemos potencial para outros componentes ativáveis», acrescenta Pretsch.
Validação inicial em condições laboratoriais
As atividades de validação inicial das dobradiças e dos mecanismos de fixação e libertação (HDRMs) baseados em SMP, incluindo ensaios em condições de sala limpa, ciclos térmicos e experiências preliminares em câmara de vácuo, foram concluídas com sucesso. Além disso, um dos SMP desenvolvidos no Fraunhofer IAP passou com sucesso nos testes de desgaseificação realizados no Instituto Nacional de Tecnologia Aeroespacial (INTA), em Espanha, o que corrobora a avaliação da sua adequação para potenciais aplicações espaciais. No entanto, o desempenho e a fiabilidade a longo prazo dos componentes em condições espaciais reais ainda têm de ser demonstrados.
Próximo passo: rumo à validação em órbita
Estão atualmente em curso discussões sobre um potencial projeto de seguimento para fazer avançar a tecnologia rumo a uma demonstração em órbita. A German Orbital Systems, um fabricante experiente de CubeSats com um historial consolidado no desenvolvimento e lançamento de satélites, manifestou interesse em avaliar os componentes baseados em SMP em condições espaciais reais.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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