Impressão 3D

Pistões impressos 3D da Porsche são mais leves e até dão… mais cavalos

A Porsche dá mais um passo na exploração da impressão 3D, ao trocar os pistões forjados do motor do 911 GT2 RS por pistões impressos. Os resultados são prometedores.

Fernando Gomes
Publicado há 4 meses

A Porsche explora ativamente a tecnologia da impressão 3D e agora, pela primeira vez, aplica-a a componentes móveis sujeitos a elevados esforços, como são os pistões. Ainda são um protótipo, mas os primeiros resultados dos testes a pistões impressos são prometedores.

Resultado de uma parceria de desenvolvimento entre a Porsche, a Mahle e a Trumpf (quem desenvolve os processos de produção e impressão), para testar esta tecnologia o construtor alemão montou estes pistões no flat-six do “monstro” 911 GT2 RS.

Deves-te estar a perguntar, para quê imprimir pistões?

Os pistões forjados do motor do 911 GT2 RS já recorrem a uma tecnologia de produção que combina leveza, resistência e durabilidade. Características essenciais para aguentar os rigores da elevada performance prometida.

Porém, é possível ir mais longe. A impressão 3D ou fabricação aditiva (por camadas) permite otimizar o design do pistão, sobretudo ao nível estrutural, aplicando material apenas e só onde atuam forças sobre o pistão. Uma otimização impossível de obter com métodos tradicionais de fabricação, só possível pelo facto da impressão 3D “criar” o objeto camada após camada, possibilitando explorar novas formas.

A otimização do design resulta em formas mais orgânicas que geométricas que parecem vindas diretamente da natureza, daí a designação de design biónico.

No final, temos um componente com a integridade estrutural necessária — a Porsche diz que os seus pistões impressos são até mais fortes que os forjados —, mas ao ser preciso menos material para o conseguir resulta num componente mais leve.

Comparação pistão forjado com pistão impresso 3D

Comparação pistão forjado (esquerda) com pistão impresso (direita).

10% mais leve, mais 300 rpm, mais 30 cv

No caso dos pistões impressos da Porsche, esta tecnologia permitiu reduzir a sua massa em 10% relativamente aos pistões forjados usados no 911 GT2 RS de série, mas de acordo com Frank Ickinger, do departamento de desenvolvimento avançado da Porsche “as nossas simulações mostram que há um potencial de até 20% de poupança de peso”.

Num automóvel, o peso, ou melhor, a massa é o inimigo — o mesmo acontece num motor. O pistão é um componente móvel, pelo que retirar-lhe massa traz vantagens. Ao ser mais leve há menos inércia, pelo que, em princípio, menos esforço será necessário em movê-lo.

Frank Ickinger, departamento de desenvolvimento avançado da Porsche, no banco de ensaio com um dos pistões impressos

O resultado é que os pistões impressos da Porsche permitiram que o flat-six 3.8 biturbo do 911 GT2 RS rodasse a um regime 300 rpm acima do motor de produção, resultando em mais 30 cv de potência máxima, ou seja 730 cv ao invés dos 700 cv.

Mas as vantagens não terminam na maior leveza do pistão. Como já referimos, a impressão 3D permite formas impossíveis de conseguir com métodos de fabricação tradicionais. No caso destes pistões impressos, a fabricação por camadas permitiu adicionar uma conduta de arrefecimento por detrás dos anéis do pistão. É como se tratasse de um tubo fechado no interior do pistão, tendo só duas aberturas de entrada e saída para o circuito de óleo.

Porsche 911 GT2 RS 2018 — Porsche 911 GT2 RS

Com este método de arrefecimento adicional, a temperatura do pistão quando em funcionamento desceu em mais de 20º C precisamente onde este está sujeito às cargas térmicas mais elevadas. Ao conseguir baixar a temperatura de funcionamento do pistão a Porsche conseguiu também otimizar a combustão, aumentando a pressão e temperatura, resultando em mais eficiência. Como Frank Ickinger refere:

“Este é um bom exemplo de como o motor de combustão ainda tem potencial para o futuro.”

Como são feitos os pistões impressos da Porsche

A colaboração com a Mahle — que desenvolveu e produziu os pistões forjados do 911 GT2 RS — permitiu que esta desenvolvesse o pó metálico que serve de “tinta” para imprimir os pistões. O pó recorre à liga em alumínio M174+ da Mahle, a mesma dos pistões forjados do 911 GT2 RS. Assim, as características dos pistões impressos são comparáveis com as dos pistões forjados.

O laser funde o pó metálico e, camada a camada, os pistões vão ganhando forma.

Entra em cena a Trumpf que desenvolveu o processo de produção e impressão. A impressora 3D Trumpf TruPrint 3000, de alta precisão, funde o pó, camada após camada, através de um processo denominado LMF, ou fusão de metal por laser. Neste processo o pó é fundido por um feixe de laser com uma espessura de 0,02 mm a 0,1 mm, camada a camada.

Neste caso são precisas aproximadamente 1200 camadas que demorarão à volta de 12 horas a imprimir.

A máquina de impressão da Trumpf permite imprimir cinco pistões simultaneamente e após uma cuidada análise aos pistões impressos, em parceria com a Zeiss, confirmou-se que estes não diferem dos pistões forjados.

A impressora da Trumpf consegue imprimir cinco pistões em simultâneo.

Testar, testar e testar

Após serem montados no flat-six do 911 GT2 RS, altura de testá-los. Com o motor colocado num banco de ensaio, foi colocado à prova num teste de resistência durante 200 horas.

Entre os vários testes realizados, um deles simulou uma prova de 24 horas num circuito de alta velocidade: “percorreu” aproximadamente 6000 km de distância a uma velocidade média de 250 km/h, simulando até paragens para reabastecimento. Outro teste incluiu 135 horas em carga máxima e 25 horas em carga a diferentes regimes.

pistão impresso porsche — O pistão impresso retirado após o teste em banco de ensaio

O resultado deste duro teste? Prova superada, com todos os pistões impressos a terem passado o teste sem registarem qualquer tipo de problemas.

Veremos estes pistões impressos chegar ao mercado?

Sim, veremos, mas não há um calendário específico. A tecnologia de impressão 3D tem algumas décadas de existência e já é usada abundantemente na indústria automóvel, mas a verdade é que esta só arranhou a superfície do seu potencial.

Será que veremos pistões impressos num futuro modelo da Porsche? Muito provavelmente.

Hoje em dia é uma tecnologia comum em prototipagem. Permite criar componentes específicos e até explorar diversas variantes no design de componentes de forma rápida sem ser necessário desenvolver as máquinas para os fazer, abrindo todo um mundo de possibilidades.

A Porsche também já usa esta tecnologia noutras áreas, como na competição e nos seus clássicos. A Porsche Classic já produz hoje em dia 20 peças (em plástico, aço e outras ligas metálicas) para modelos clássicos através de impressão 3D, que já não eram produzidos e seriam, de outra forma, impossíveis de voltar a produzir.

Veremos também esta tecnologia ser aplicada em modelos especiais ou de baixa produção, ou até em matéria de opções ou personalização — por exemplo, este ano passaram a estar disponíveis como opção para o 718 e 911 um banco tipo baquet com recurso à impressão 3D —, já que este tipo de fabricação acaba por se revelar economicamente e tecnicamente mais interessante.

O protótipo do banco tipo baquet que recorre à impressão 3D

A Porsche também trabalha para implementar esta tecnologia em modelos de grande produção, algo a acontecer a longo prazo. Quão longo? Foi o que perguntámos a Frank Ickinger, e a sua resposta, sem dar certezas absolutas, “pelo menos 10 anos (2030)” — há que esperar, mas é inegável o potencial da impressão 3D assim como o seu fator disruptivo.