Impressão 3D: Porque a prototipagem vai revolucionar a Acústica

Você deve estar se perguntando o que um método de fabricação, como a impressão 3D, tem a ver com Acústica. Tudo! A impressão 3D é um método de prototipagem rápida que pode, em cerca de algumas horas, produzir uma peça de geometria complexa e que tenha tolerâncias dimensionais razoáveis para uma aplicação acústica.

De que aplicações estamos falando e qual o estágio tecnológico da impressão 3D no Brasil?

Bom, no estudo realizado na Universidade de Southampton, estamos recriando painéis perfurados e microperfurados para obter as características de absorção sonora destas amostras. Quando os mesmos são combinados em uma estrutura que vai no revestimento interno de aeronaves, eles produzem atenuação das ondas sonoras produzidas pelas pás da turbina do avião. Isso com certeza é desejável principalmente para quem mora perto de aeroportos ou pega diversos voos durante o ano. Vamos te mostrar um pouco sobre esse estudo de tratamento acústico de turbinas de aeronaves e identificar outras aplicações muito interessantes e úteis para acústica arquitetônica, voltada à construção civil.

Um estudo paramétrico é realizado quando se deseja variar alguma propriedade de uma amostra e obter o efeito somente da propriedade variada. Por exemplo, em uma chapa perfurada, podemos variar o diâmetro dos furos e avaliar sua eficácia na atenuação viscosa do som nas paredes dos furos. Nesse estudo da University of Southampton utilizamos a impressão 3D para construir amostras metálicas e em ABS para ensaiar as propriedades acústicas em um tubo de impedância.

A impedância é uma propriedade que descreve como o som é absorvido ou refletido em um material, ou o conjunto de materiais, em uma certa configuração geométrica. Existem diversas técnicas de se medir esse parâmetro acústico, mas vamos nos ater apenas a esse conceito dessa forma por enquanto.

Os resultados preliminares deste estudo mostraram que a impressão 3D causa variações de até 10% para a espessura das amostras, e 2% quanto ao diâmetro dos furos da ordem de 1 mm. Os resultados na impedância se mostraram na ordem de 0.2 Rayls de variação ao longo da frequência em uma faixa de 600 a 3000 Hz em comparação com amostras do material realmente usado na aeronave e produzida em alumínio. Esses valores são extremamente incentivadores, levando em consideração as incertezas de medição. Esse estudo auxilia a melhorar na precisão de métodos semi-empíricos de determinação da impedância acústica de revestimentos em turbinas turbofan. Tendo o apoio da Rolls Royce e incentivo da Embraer, espera-se que esse estudo possa alavancar a produção deste tipo de material de revestimento pela indústria brasileira. Atualmente o Brasil importa tal tecnologia principalmente dos EUA, França, Reino Unido e Itália. Esse trabalho é financiado pelo CNPq e conta com parceria da UFSC, através do Laboratório de Vibrações e Acústica do departamento de engenharia mecânica.

Agora vamos às demais aplicações da impressão 3D. Por exemplo, os painéis absorsores, ou absorvedores de energia acústica, podem se apresentar de diversas formas. Cada um é projetado para atenuar certas faixas de frequência conforme o interesse da aplicação. Vejamos uma sala de concertos, na qual os painéis devem equilibrar todo o espectro de frequências. Já em uma casa de máquinas, pode ser necessário somente reduzir um componente tonal (uma estreita faixa de frequência). Agora em um apartamento que se deseja manter a vista do mar, pode ser usado um painel transparente com ranhuras que formam um ressonador. A impressão 3D favorece a prototipagem de um painel acústico ao permitir a produção de um elemento desses em escala reduzida ou de forma modular com baixos custos. Assim pode-se testar em laboratório sem ter a necessidade de gastar com a elaboração do produto final, que as vezes exige a criação de um molde ou usa um processo produtivo caro.

As tolerâncias geométricas são importantes nesse caso e a prototipagem 3D chegou ao Brazil com tolerâncias na faixa de 250µm o que as vezes não é o ideal e está aquém de outros processos produtivos de maior rigor. Entretanto, para aplicações de acústica arquitetônica e aplicados à construção civil essa tolerância é aceitável e só precisamos de mais incentivo e criatividade para realizar os cálculos e produzir novos produtos.

Outra aplicação interessante são blocos para a construção civil que oferecem tanto isolamento acústico (evitar que o som de fora entre e vice-versa), quanto absorção sonora para conforto interno. Veja que um bloco com as dimensões médias usadas na construção civil pode ser facilmente fabricado em uma impressora 3D de médias proporções. E ao passo que as tecnologias vão melhorando, teremos não só impressoras 3D em ABS ou em metal, mas também em cimento, silício, vidro, e outros que se possa imaginar e viabilizar.

Um link interessante de um projeto nesse sentido é esse aqui, no qual foi desenvolvida uma impressora 3D gigante para construir casas. Repare nos espaçamentos de ar entre paredes que auxiliam o isolamento acústico. Entretanto um especialista em Cálculo Estrutural e em Acústica dirá se o peso por metro quadrado é suficiente para garantir o mínimo de isolamento térmico/sonoro de acordo com o nível de ruído da região e estudos térmicos.

Um abraço e boa semana!