Primeira ponte de aço impressa em 3D | Ponte impressa em 3D Holanda

  • A primeira ponte de aço impressa em 3D do mundo estreou em Amsterdã no início deste verão.
  • Usando dados de mais de uma dúzia de sensores instalados na ponte, os cientistas construíram um “gêmeo digital” da estrutura para monitorar seu desempenho.
  • Se for bem-sucedido, esse método de construção pode ser útil para projetos de infraestrutura nos EUA

    Após quatro longos anos de planejamento, a primeira ponte de aço impressa em 3D do mundo estreou em Amsterdã no mês passado. Se resistir aos elementos, a ponte pode ser um modelo para consertar nossas próprias estruturalmente deficiente infra-estrutura nos EUA – e precisamos muito da ajuda.

    Empresa holandesa MX3D construiu a ponte de quase 12 metros de comprimento para pedestres e ciclistas atravessarem o canal Oudezijds Achterburgwal da cidade. Ele contou com quatro robôs, equipados com tochas de soldagem, para imprimir a estrutura em 3D. Para fazer isso, as máquinas colocaram 10.000 libras de aço, aquecidos a 2.732 graus Fahrenheit, em um intrincado processo de camadas. O resultado? Um premiado projetando os limites do que o aço pode fazer.

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    “Uma estrutura de metal impressa em 3D grande e forte o suficiente para lidar com o tráfego de pedestres nunca foi construída antes”, disse Leroy Gardner – professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do Imperial College London, envolvido no trabalho – em um declaração preparada.

    Por esse motivo, pesquisadores do Imperial College London desenvolveram sofisticadas simulações de computador para verificar a ponte, com foco na capacidade da estrutura de suportar o tráfego diário de pedestres e as forças climáticas prejudiciais.

    Se tudo der certo, os EUA devem tomar notas. De acordo com um Relatório de 2019 do Fórum Econômico Mundial, os Estados Unidos ocupam o 13º lugar no mundo em qualidade de infraestrutura de transporte. Enquanto isso, a maioria das pontes nos EUA é projetada para durar apenas 50 anos. A partir de 2021, cerca de 4 em 10 pontes já ultrapassou essa expectativa de vida. Agora, a American Association of State Highway and Transportation Officials exige que todas as pontes tenham uma vida útil de projeto de 75 anos.

    Os engenheiros devem manter essa infraestrutura e, simultaneamente, construí-la, tudo com tempo e recursos limitados. Avanços na tecnologia, como a impressão 3D, parecem necessários para combater a deterioração da infraestrutura do país. Na busca de métodos para prolongar a longevidade de nossas pontes e estradas, conservar recursos e aumentar a segurança, a impressão 3D pode ser uma opção legítima – e esta ponte de aço é o estudo de caso perfeito.

    Um “laboratório vivo”

    Os designers criaram o conceito da ponte pela primeira vez em 2015, com o objetivo de criar uma estrutura excepcionalmente eficiente. Para isso, eles tiveram que enfatizar duas coisas: simplicidade e segurança. Para monitorar a eficiência de seu projeto, cientistas do Imperial College London projetaram a ponte para ser um “laboratório vivo.”

    Uma equipe de engenheiros estruturais, cientistas da computação e estatísticos desenvolveu um sistema de mais de uma dúzia de sensores embutidos para a ponte, que enviam dados ao vivo para a universidade para análise posterior do desempenho da ponte. Eles monitoram o movimento da ponte, vibração, temperatura, tensão (a mudança na forma e tamanho dos materiais sob forças aplicadas) e deslocamento (a quantidade que um objeto muda em uma direção específica) ao longo do tempo.

    A partir desses dados, os cientistas construíram um “gêmeo digital” – jargão da ciência da computação para uma renderização virtual idêntica – da ponte que se torna mais precisa ao longo do tempo. Com o aprendizado de máquina, agora eles podem procurar tendências que possam sugerir que as modificações estão em ordem.

    Ainda assim, o processo de impressão 3D é relativamente novo, remontando apenas ao meados da década de 1980, e gêmeos digitais só existem desde 2002. Para que o público ganhe confiança nessas tecnologias, os pesquisadores devem investigar mais. Os dados coletados da ponte e seu gêmeo digital serão de código aberto para que outros cientistas possam examinar o comportamento a longo prazo do aço impresso em 3D.

    A precisão da impressão 3D

    Um dos vantagens da impressão 3D é sua capacidade de construir formas que, de outra forma, exigiriam mais equipamentos, tempo e custo em um processo de fabricação tradicional. Isso permite que os designers sejam mais criativos e consumam menos recursos.

    Para esta ponte, os designers utilizaram dois métodos de impressão 3D – Depósito de Energia Direta (DED) e Fusão em Leito de Pó (PBF). Com o DED, a impressora alimenta o material (normalmente em pó ou em arame) através de um bico tipo caneta e uma fonte de calor intensa (normalmente um laser, mas às vezes um feixe de elétrons) derrete o metal em contato.

    O PBF funciona de maneira semelhante, pois um laser ou feixe de elétrons derrete o pó para construir cada camada. A principal vantagem do PBF, porém, é que ele opera com peças muito menores (e mais caras), resultando em um projeto de maior resolução do que o DED poderia realizar sozinho. Isso permite que os designers levem suas visões um passo adiante.

    Outras organizações ao redor do mundo já estão empregando essas técnicas de fabricação. A empresa italiana de impressão 3D VESPA usa o solo para imprimir abrigos sustentáveis. Em 2024, a startup francesa XTreeE deve construir uma construção impressa em 3D de 131 pés de comprimento em Paris antes dos Jogos Olímpicos. E a cidade de Dubai planeja imprimir em 3D 25% de seus edifícios até 2030. Os EUA fariam bem em seguir o exemplo.

    “Estamos ansiosos para continuar este trabalho à medida que o projeto transita da pesquisa de base para a investigação do comportamento a longo prazo das estruturas metálicas impressas”, disse Craig Buchanan, professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do Imperial College London, no comunicado preparado. “A pesquisa desta nova tecnologia para a indústria da construção tem um enorme potencial para o futuro, em termos de estética e design altamente otimizado e eficiente, com menor uso de material.”


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