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Soldagem de plásticos com metais vai revolucionar indústria automotiva

Publicada em 2023-01-04



Soldagem de plásticos com metais

Embora diminuam a vida útil dos veículos, as peças de plástico já se tornaram parte integrante dos carros, barateando seu custo e diminuindo seu consumo de combustível, ao torná-los mais leves.

Mas seria tudo muito mais fácil, barato, rápido e seguro se houvesse uma forma de soldar o plástico diretamente no corpo metálico do veículo, como hoje se soldam diferentes peças metálicas.

E esta possibilidade acabar de se tornar realidade, graças ao trabalho de uma equipe de engenheiros da Universidade de Michigan, nos EUA.

Eles criaram o primeiro método técnica e economicamente viável de soldar plástico e metal diretamente, um feito considerado impossível por décadas.

Soldagem de plásticos com metaisDetalhe do equipamento que faz uma solda precisa e resistente de peças plásticos com peças metálicas.

[Imagem: Brenda Ahearn/Umich]

"Modelos de computador nos mostram que podemos tornar as estruturas de carros e pequenos caminhões até 40% mais leves, construindo-as com uma combinação de metais e plásticos. Um menor peso traz uma variedade de vantagens, principalmente melhor eficiência. Os veículos movidos a gasolina podem ter uma melhor economia de combustível, enquanto os veículos elétricos podem obter mais autonomia. Veículos com estruturas multimateriais também têm melhor dirigibilidade e maior segurança," disse o professor Pingsha Dong.


Soldagem de plásticos com metaisEsquema da técnica para soldar plásticos com metais.

[Imagem: Abdul S. Khan et al. - 10.1016/j.jmapro.2022.11.022]

Soldagem de plástico sobre aço

A soldagem consiste em criar ligações entre dois materiais no nível molecular. A sabedoria convencional tem sido que plástico e metal são fundamentalmente incompatíveis, e que não haveria razão para tentar soldar um no outro.

"Nós descobrimos que a combinação certa de calor e pressão nas áreas certas pode fazer com que o carbono e o oxigênio do plástico se liguem ao metal," conta o professor Dong.

Para isso, a equipe criou uma máquina que parece uma furadeira de bancada, com uma cabeça cilíndrica giratória. O metal é colocado em cima do plástico e a cabeça é abaixada sobre os dois materiais, gerando calor e pressão, unindo os dois materiais em uma solda a ponto ou em uma solda linear.

Qualquer metal pode ser ligado diretamente com qualquer plástico que contenha uma quantidade adequada de compostos de oxigênio-carbono. A chave é calcular o ponto ideal de calor e pressão que irá soldar uma determinada combinação de materiais. Mas plásticos que não possuem compostos oxigênio-carbono suficientes, como o polipropileno, também podem ser soldados no metal, bastando para isso inserir um filme plástico comum entre os dois materiais para "semear" a ligação com oxigênio e carbono.

"Nós patenteamos o processo e já estamos trabalhando com fabricantes de equipamentos para desenvolver equipamentos comerciais que possam ser licenciados para montadoras e outros fabricantes. Eu diria que veremos essa tecnologia na indústria nos próximos dois anos," disse Dong.


Soldagem de plásticos com metaisA equipe agora está adaptando a técnica para soldar alumínio e aço.

[Imagem: F.C. Liu et al. - 10.1016/j.jmatprotec.2022.117721]

União de aço com alumínio

A equipe também já está de olho em outro uso de sua técnica: A soldagem entre alumínio e aço. Tentativas anteriores de soldar os dois metais acabaram gerando compostos quebradiços na interface entre os dois metais, reduzindo a resistência da liga.

A máquina construída pela equipe, contudo, permite produzir uma combinação precisa de calor e pressão para evitar a formação desses compostos.

Segundo a equipe, com equipamentos adequados pode ser possível até mesmo criar peças de alumínio sobre aço usando impressão 3D. Eles estão trabalhando nisso agora.

Bibliografia:


Artigo: Joining of Metal and Non-Polar Polypropylene Composite through a Simple Functional Group Seeding Layer

Autores: Abdul S. Khan, F. Liu, Pingsha Dong

Revista: Journal of Manufacturing Processes

Vol.: 85, Pages 90-100

DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.022


Artigo: Enabling interfacial amorphous microstructure and high bonding strength in Al-Fe bimetallic components by a large-area solid-state additive manufacturing

Autores: F. C. Liu, Pingsha Dong, Abdul S. Khan, K. Sun, W. Lu, A. Taub, J. E. Allison

Revista: Journal of Materials Processing Technology

Vol.: 308, 117721

DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2022.117721


Fonte: Inovação Tecnológica



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