Uma equipa da Universidade RMIT, na Austrália, desenvolveu uma estrutura de titânio impressa em 3D capaz de flutuar na água, mesmo depois de sofrer danos estruturais significativos. O estudo, publicado na revista científica Advanced Materials, resolve um problema que há muito limitava o uso de estruturas metálicas leves em ambientes marítimos.
A investigação foi conduzida no Centro de Fabrico Aditivo da RMIT, em colaboração com o Conservatoire National des Arts et Métiers, em Paris, e representa a primeira demonstração conhecida de um metamaterial híbrido de metal e polímero capaz de flutuar mesmo quando a água tem acesso livre à sua estrutura interna.
Este tipo de resultado interessa sobretudo à área da investigação em impressão 3D metálica, mas tem implicações práticas claras para infraestruturas marítimas, como boias, cais e sensores flutuantes.
O problema que a equipa queria resolver
As estruturas em treliça, ou lattice, feitas de metal impresso em 3D, podem ter densidades inferiores a um décimo da densidade da água, o que teoricamente as tornaria capazes de flutuar. Na prática, isso raramente acontece, porque os seus espaços internos interligados permitem a entrada de água, o que as faz afundar apesar do metal em si ser suficientemente leve.
Até agora, essa limitação impedia o uso deste tipo de estrutura em infraestrutura marítima, apesar das suas vantagens em termos de peso e resistência.
Como a equipa conseguiu fazer o titânio flutuar
A solução da equipa liderada pelo investigador Jordan Noronha foi imprimir hastes ocas de titânio em forma de treliça e preencher apenas o interior dessas hastes com espuma de poliuretano, deixando os espaços maiores da estrutura livres para a água circular. Pequenas células seladas dentro da espuma retêm gás e impedem que a água inunde as hastes ocas, funcionando como uma barreira distribuída que ajuda a estrutura a manter-se à tona mesmo depois de danificada.
Para prever com fiabilidade se uma estrutura deste tipo vai flutuar, a equipa criou um novo conceito, a densidade esquelética, que conta apenas o titânio e os canais selados preenchidos com espuma, ignorando o espaço aberto que a água pode ocupar. Quando essa densidade esquelética é inferior à do líquido envolvente, a estrutura flutua, mesmo com água a passar livremente pelas suas aberturas externas.
Os resultados dos testes
As amostras mantiveram-se à superfície em água doce durante mais de dois meses sem sinais visíveis de entrada de água ou fuga de ar. Em testes com água do mar na baía de Port Phillip, a estrutura perdeu apenas 0,15 por cento da sua massa e menos de 1 por cento da sua resistência ao fim de duas semanas de imersão.
Comparada com o aço inoxidável ou o polietileno de alta densidade normalmente usados em equipamento marítimo, a estrutura de titânio da RMIT mostrou-se cerca de 70 por cento mais resistente à mesma densidade global. A equipa testou ainda uma boia impressa em 3D num tanque de água do mar agitada, inclinada até 45 graus, e a estrutura manteve-se estável sem qualquer revestimento ou flutuador adicional.
Um dos aspetos mais interessantes é que a estrutura continuou a flutuar mesmo depois de sofrer fendas, falhas nas ligações entre hastes e a fratura de uma camada inteira da treliça. Só afundou quando foi esmagada e compactada de forma severa.
Para que serve esta investigação
Segundo a equipa, o próximo passo é escalar o processo para peças maiores e testar o comportamento a longo prazo em ambiente marítimo e em águas profundas. Os investigadores acreditam ainda que, ao mudar o material colocado dentro do esqueleto de titânio, a mesma abordagem pode ser adaptada para outras aplicações, como absorção de energia, gestão térmica ou controlo de vibrações.
Este é um exemplo claro de como a investigação em impressão 3D metálica avança muitas vezes por via de pequenas reformulações de conceitos considerados básicos, neste caso a própria definição de densidade, mais do que por saltos tecnológicos evidentes no processo de impressão em si.
