São Paulo– O 13º Simpósio de Novos Materiais e Aplicações na Mobilidade realizado pela Seção São Paulo da SAE BRASIL marcou o esforço da indústria nas áreas de pesquisa e desenvolvimento e aplicação de materiais inovadores no que toca às propriedades capazes de gerar processos e produtos mais eficientes para o segmento da mobilidade, com destaque para segurança, durabilidade e redução de custos. Para tanto, as empresas partiram para parcerias com outras empresas da cadeia, universidades e institutos pesquisas.
Sob a direção da engenheira Carolina Hattori, consultora de Desenvolvimento de Mercado e Inovação da Companhia Brasileira de Alumínio (CBA), o encontro foi patrocinado pelas empresas Aperam, ArcelorMittal, Brasmetal, CBA, Gerdau, Lord e Novelis, eapresentou cinco painéis, 14 palestras e sessão de debate com OEM’s, além de cursos técnicos, e mostra de engenharia.
O Painel Novas Tecnologias dos Metálicos abriu a programação coma apresentação Desenvolvimento de material e qualificação da tecnologia de manufatura para aço estampado a quente, em que Ed Taiss, consultor da CBMM, e Diego Tolotti, gerente de P&D da Brunning Tecnometal, falaram sobre o desenvolvimento tecnológico de novas ligas em veículos comerciais e implementos rodoviários.
Ed Taiss destacou projeto iniciado em 2016 de liga de aço com objetivo de redução de peso, emissões, consumo e custos, com aumento de resistência a crash e de durabilidade em veículos pesados e implementos. O projeto envolve players da cadeia automotiva, além de duas universidades, da Suécia e da Finlândia, onde o aço foi desenvolvido com a SSAB, fabricante sueca de aços.
A partir da aquisição pela Brunning, responsável pelo desenvolvimento de estampagem a quente para aços de aço de 3,0 mm, 4,5mm e 7 mm,foram iniciadas as simulações para caracterização do material.O projeto foi retomado em maio de 2020 com desenvolvimento industrial. “Quando começou a se usar aços de maior resistência em veículos de passeio conseguiu-se melhorias de até 10% na economia de combustível e 10% na redução de massa, mas hoje há casos em que as reduções chegam até 20%”, frisou Ed Taiss.
Diego Tolotti falou do desenvolvimento de processos para obtenção da microestrutura com a dureza desejada, a partir de um modelo matemático e pesquisa de temperaturas para a melhor performance da taxa de resfriamento do material. Após testes foi comprovada definição da liga com adição de nióbio molibdênio que proporcionou microestrutura martensítica fina e homogênea ao longo da espessura, fundamental às propriedades mecânicas. “Isso permite aos designers nova alternativa para a melhoria de eficiência dos veículos comerciais”, finalizou Tolotti.
Flávia Tolonelli, engenheira de Desenvolvimento Produtoda CSN, apresentou novo desenvolvimento da siderúrgica, os ComplexPhase classe MP1200, em fase de testes. “O setor enfrenta vários desafios, e as siderúrgicas podem ajudar pela produção de aços de elevada resistência mecânica, capazes de reduzir o peso e aumentar a eficiência energética”, anunciou. De acordo com Flávia,o conceito para a aplicação de aços de alta resistência é nas colunas B, teto e nas barras de proteção dos veículos, e isso é obtido pelo alto limite de escoamento do material. “O principal pré-requisito é ter mais segurança, para o que buscamos propriedade anti-intrusão, nas áreas frontal e traseira do veículo as propriedades desejadas são de absorção de energia” explicou. Flávia definiu os complexphase como aços de terceira geração. “Com a elevação da resistência mecânica desses aços obtivemos ganhos em redução peso da ordem de 15 até 20%”, completou.
Sobre o cenário mundial de aplicação desse aço nas carrocerias dos veículos Flávia destacou avanço considerável de aços de alta resistência avançada, saindo de 9,5% em 2007 para 35% no cenário entre 2015 e 2020. “Com relação ao cenário CSN nos encontramos em desenvolvimento dos aços DP 800, DP 1000, complexphase 800, 1000 e 1200, que é o nosso objetivo”, disse.
Soluções em alumínio para barra de proteção de porta automotiva foi o assunto de Nataly Yoshino, head de Desenvolvimento de Mercado e Inovação da CBA, que mostrou case de alumínio extrudado aplicado à barra de proteção lateral de porta. Por meio de simulações CAE em um modelo aberto Toyota Yaris 2010 foram avaliadas quatro geometrias em duas ligas especiais, uma delas de alta resistência. Depois dos ensaios em quatro tipologias de perfil, foram utilizados dois cenários para criar o perfil adequado para barra de proteção lateral, um relacionado ao peso e o outro à capacidade de absorção de energia, a partir do baseline modelo de barra de proteção de porta em aço DP 800. Como conclusão, o alumínio extrudado consegue alcançar uma rigidez superior ao aço, considerando a mesma massa. No estudo baseado em energia é possível verificar uma redução de peso de 2.7 vezes comparado ao aço e no estudo baseado em peso é possível verificar um aumento de 6x na absorção de energia. Além disso, na simulação de impacto lateral, foi possível obter uma redução de lesão de costela de 1.4 mm, um resultado muito expressivo.
Ligas de alumínio de alta resistência foi a apresentação de Oliver Toribio, responsável pela P&D no setor automotivo da Novelis, que trouxe estudo de caso de substituições de componentes de bodywhite em aço para alumínio de alta resistência para avaliar aspectos de peso e requisitos de segurança. O case foi desenvolvido a partir de um modelo hatch plataforma global produzida mundialmente em que foram substituídos componentes da estrutura de bodywhite de aço para alumínio, com utilização de liga convencional e outras duas ligas especiais de alta resistência da Novelis: a Advance S 650 que entrega no produto acabado limite de resistência de até 390 MPa e a Advance S701, que entrega 580 MPa de resistência.
Para o quesito de segurança os modelos foram submetidos a partir de simulação a três ensaios de impacto aplicados no crash test – frontal, a 64 km/h com 40% de cobertura, lateral, velocidade 50 km/h, e de poste a 32 km/h. “A substituição de aço ante o alumínio é factível, entrega performance igualno quesito segurança e em peso é diretamente o ganho de vantagens”, disse.
O Painel Avanço das Tecnologias dos não metálicos e materiais 4.0 iniciou com Carolina Tegon, COO da startup Carbonup, que falou sobre grafeno e suas potenciais aplicações para a indústria automotiva. Destacou que cerca de 71% das empresas atuam na venda do material como aditivo e 14% como dispositivo, o que atribuiu à dificuldade de mostrar ao cliente final o valor agregado. Sobre tendências de aplicações no setor automotivo ela citou a produtividade elétrica, gerenciamento térmico, proteção de propriedades antiestáticas, redução de peso, sensores inteligentes e resistência mecânica, cada uma delas relacionada com um tipo de grafeno, e de segmento de materiais. “Na parte de custos reduzidos de processamentos, de componentes, compósitos, o uso do grafeno também pode estar relacionado à otimização de processos”, afirmou Carolina. Ela destacou o desenvolvimento, pela Carbonup, de aditivos e tintas para pintura e repintura automotiva com propriedades de performance anti-risco e anticorrosiva.
Leila Teichamann, gerente técnica da Gerdau, falou do Impacto da adição de grafeno em resinas epóxi sobre as propriedades de abrasão e resistência à corrosão, trabalho feito em parceria com a universidade de Manchester a partir da abertura da nova unidade da empresa, a Gerdau Next.Em relação ao epóxi Leila mencionou que a modificação das resinas com grafeno resulta em propriedades mecânicas melhoradas, melhor desempenho a quente e condutividade térmica, além de resistência à corrosão e abrasão, e que estas últimas ponto de partida para a avaliação. A conclusão foi que o processo para fazer a mistura foi eficiente; que as melhorias em propriedades foram obtidas após o processo de cura quente e que os maiores ganhos de resistência à abrasão e corrosão ocorreram para a mistura com 1% de grafeno em peso. “Sem perda em termos de adesão, o uso de grafeno é promissor para aplicações em que a resistência à corrosão ou abrasão são relevantes, podendo proporcionar também trabalhar com espessura de camada menor, com redução de custo e maior valor agregado ao componente” destacou.
Aplicações da Sílica partir de fonte sustentável foi o tema de Paulo Garbelotto, diretor da OryzasilSilicas, que discorreu sobre a sílica verde, aplicada aos pneus Green Tyre, tecnologia que combina borracha e a sílica obtida da cinza da queima da casca de arroz.“A denominação Oryzasil deriva da junção de oriza, nome botânico do arroz, e sil, sufixo de sílica, que nós vamos produzir”, anunciou Garbelotto. A previsão é a de quenova fábrica da empresa no Rio Grande do Sul produzirá 5 mil toneladas/ ano da sílica da casca de arroz, para aplicações menos críticas que o mercado de pneus. Garbelotto explicou que o processo de homologação com a indústria de pneus está em curso para o funcionamento de mais outras 4 linhas de produção. Em termos de perspectivas para a sílica Garbelotto apontou números a partir de 2008 até 2028 que mostram crescimento para aplicação tradicional e para o Green Tyre, que sai de 500 mil toneladas somados, em 2008, e vai para mais de 1,7 milhão em 2028, – o que levou a investir a Oryzasil a investir no novo projeto no Brasil.
Juliani Cappra da Silva, engenheira de Aplicação, e Renata Paganella, da área de Desenvolvimento de Mercado da Braskem, apresentaram políticas e ações da empresa sobre reciclabilidade e redução de emissões, soluções sustentáveis para a mobilidade, com destaque para a plataforma I’m Green, selo que identifica produtos com plástico verde na composição.
Renata Paganella trouxe estudo em parceria com a ACV Brasilpara mensurar o impacto da pegada de carbono o qual calculou que cada kg de polímero com fonte renovável consegue capturar da atmosfera 3,09 kg de gás carbônico. “Se comparada essa análise de ciclo de vida de um polietileno convencional da Braskem na região do Brasil, o convencional emite 1,83 kg de gás carbônico por kg de polímero,então usando polietileno de fonte renovável ou polipropileno ou EVA, você pode ver que tem um ganho considerável”, destacou.Renata falou também sobre o segundo pilar da plataforma I’m Green, a economia circular e citou casecomas marcasHeinecken e a Natura, em que copos plásticos de um evento de música foram coletados por cooperativas locais, reciclados pela Braskem e transformados em tampas para produtos da Natura por alguns clientes e parceiros da companhia Braskem e Natura.
Juliane Capra, responsável pelo desenvolvimento de novas aplicações e discorreu sobre o EVA e o Evance, polímeros modificados que podem ser obtidos de fontes petroquímica ou renovável da cana de açúcar. Ambos são termoplásticos e compatíveis com gama de polímeros, com propriedades vantajosas, como polaridade, que ajuda na colagem, e a baixa densidade que resulta em peças mais leves, e mais flexíveis.
SEGUNDO DIA – O PAINEL TÉCNICAS DE JUNÇÃO NA MOBILIDADE abriu com a palestra Utilização dos Arames Metal Cored na Indústria Automotiva, por Antonio Souza, gerente de Qualidade e Pesquisa e Desenvolvimento da Lincoln Electric. Souza falou das características e vantagens do uso do arame metal cored (arame tubular de núcleo metálico) para alcançar aumento de taxa de deposição e consequentemente dar mais produtividade à soldagem.
Entre as principais características do material destacou a composição, essencialmente de pós metálicos e elementos de ligas, que favorece o seu emprego em diversos materiais como aços carbono, aços inoxidáveis e galvanizados, além do arco elétrico mais estável, melhor perfil de penetração e menor sensibilidade à falta de fusão. Entre as vantagens do metal cored, ressaltou a redução de custo em kg/h depositado; igual ou melhor eficiência de deposição, com impacto direto no custo do consumível. Entre as principais aplicações apontou a soldagem das longarinas aço carbono, soldagem de componentes aço inoxidável e aço galvanizado.
Vitor Chacon Anelli, responsável pelo laboratório da IPG, trouxe o tema Soldagem a Laser com adição de material opção de alta produtividade para a indústria Automobilística, e falou da tendência de aplicação de materiais de alta resistência, que trazem a vantagem que permite que o mesmo componente seja fabricado com espessura menor de material, mantendo a mesma resistência mecânica e desempenho.Isso faz com que os materiais, componentes e veículos tenham significativa redução de peso,com aumento de eficiência de consumo de combustível e autonomia do veículo, mediante o uso de materiais, como o 22MnB5 e diversos aços da família PHS (Press Harding Steel) comercialmente disponíveis.
Anelli ressaltou a soldagem a laser como solução para o problema do aquecimento na soldagem dos materiais de alta resistência, e a alta produtividade do laser pela velocidade de soldagem, característica desejável pela indústria automotiva. O especialista apontou a arquitetura de laserde fibra como particularmente interessante para a indústria. Nesse tipo de laser os tradicionais espelhos são substituídos por tratamento feito dentro da fibra ótica, o qualnão permite perdas e dispensa a necessidade de manutenções periódicas, além de ser de baixo consumo elétrico.
Anelli propôs a adição de materiais como o arame frio ou pré-aquecido para mitigar limitações da soldagem a laser autógena, quando não se adiciona material.Destacou soldagem híbrida, onde se tem uma fonte laser e a soldagem a arco, como técnica mais avançada, e advertiu que o aumento de variáveis pode tornar o processo complexo.
O uso de adesivos estruturais como alternativa eficiente para a união de metais foi o assunto de Gabriel Matos da Silva, assistente de Vendas da Parker Lord, que demonstrou soluções capazes de aumentar a resistência mecânica, reduzir custos e otimizar processos e produtos de engenharia de veículos leves, pesados e barcos.
Destacou que a aplicação de adesivos estruturais em veículos leves passa por rigoroso processo de homologação e passa por testes de endurecimento, temperaturas elevadas, e água. Citou como exemplo a colagem do cárter, em que o adesivo atua como fixação e selagem, e também o uso em regiões estratégicas estruturais do veículo para aumentar a tenacidade e a segurança. Gabriel ressaltou como inovadora a colagem de aplicação automatizada em chassis de carros em alumínio, além das partes móveis (capô, portas e porta-malas), que contribui, sobretudo, para redução de peso entre outros aspectos.
Tecnologias 3M e as novas maneiras de projetar a carroceria de veículos automotores, por Edmilson Raimundini, engenheiro de Desenvolvimento de Aplicações na 3M, fechou o painel. Raimundini falou da nova linha de adesivos Structural Adhesive Tape SAT1100 para atender às novas tendências do mercado e desenvolvimentos de materiais para fixação de partes automotivas, seja no design exterior ou interior, tendências de veículos autônomos, conectividade, eletrificação, segurança e compartilhamento.
Na construção da carroceria, destacou adesivos estruturais de componentes e fitas estruturais para a fixação de materiais, dissimilares ou não, dentro da construção da estrutura primária e secundária do veículo. Na parte de paint shop falou de adesivos para a selagem entre chapas com propriedades de vedação, fitas estruturais específicas para fixação de componentes à carroceria, e processos de soldagem da parte lateral do veículo. Deu foco também aos materiais de fixação em vidro automotivo (pastilhas de vidro) base epoxi, que fazem parte do portfólio de adesivos estruturais da 3M.
MATERIAIS PARA VEÍCULOS ELÉTRICOS foi o último painel, com Ola Andersson, gerente de desenvolvimento de negócios da Höganäs AB, especialista em compósitos magnéticos macios, que apresentou aplicações desses compósitos em veículos elétricos e mostrou como os projetistas de motores podem elaborar essas características, difíceis de ser projetadas com aços elétricos tradicionais.
O especialista explicou que a diferença básica entre os motores elétricos veiculares tradicionais e os feitos a partir de compostos magnéticos macios é que estes têm capacidade de produzir fluxo de densidade do campo magnético tridimensional, que permite a produção de motores menores mais compactos com redução de peso, tendência da indústria automotiva mundial. Permite a ainda a redução do uso de cobre, ímãs permanentes e outros materiais metálicos que compõem os motores, e entrega a mesma performance em torque, rotação, e eficiência energética quando comparado com outros motores veiculares já testados pela indústria automotiva.
Manufatura Aditiva no setor automotivo: aplicações, desafios e o desenvolvimento de novos materiais foi o tema da apresentação de Jhonattan Gutjahr, pesquisador do Instituto SENAI de Inovação em Sistemas de Manufatura e Processamento a Laser. Jhonattan contextualizou a manufatura aditiva no panorama de novos materiais e apontou entre as suas vantagens competitivas a redução do tempo de fabricação de componentes (lead time) e de etapas do processo, economia de material, eliminação da necessidade de ferramental, atendimento sob demanda, personalização, otimização de projetos, flexibilidade de projeto, processamento de novas ligas e redução de estoque.
“Quando o tema é manufatura aditiva inevitavelmente se fala de novos materiais mesmo que sejam materiais já disponíveis, pois agora eles precisam ser desenvolvidos, entregues e processados de formas completamente diferentes”, disse.Sobre a maturidade da manufatura aditiva, comentou que entre 2e 5 anos deve atingir o platô de produtividade. Disse que até 2028 o mercado de manufatura aditiva pode representar US$ 12 bilhões, 15%, na área metálica. “A manufatura aditiva não tem volta, será implantada cedo ou tarde, na indústria em geral”.
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