Projetando materiais em nível atômico

Para desenvolver os materiais que a sociedade demandará no futuro, precisamos pensar de forma radical e colaborativa. Com sua experiência líder mundial em materiais, a Sandvik está bem posicionada para ajudar a criar o mundo de amanhã.

A Sandvik vem desenvolvendo novos materiais há mais de 150 anos. Atualmente, ela é uma das líderes mundiais no desenvolvimento de novos materiais. A empresa sabe que estar à frente das tendências atuais é essencial para atender às demandas dos clientes e da sociedade.

Marco Zwinkels, Diretor de Plataformas Tecnológicas de P&D da Sandvik Coromant, diz que a demanda da indústria por novos materiais é impulsionada principalmente pelos setores aeroespacial e automotivo e pela pressão por mais sustentabilidade na fabricação.

Essa demanda, diz Zwinkels, apresenta desafios semelhantes para o desenvolvimento de novos materiais pela Sandvik a serem usados em produtos da indústria e da manufatura, assim como para o desenvolvimento das ferramentas de corte da Sandvik.

"A tendência de redução de peso em todas as formas de transporte está resultando em um uso cada vez maior de materiais compostos de fibra e materiais leves, como o titânio", diz ele. "Estamos vendo um aumento nos componentes de alumínio, impulsionado pelo desenvolvimento de veículos eletrificados. Ao mesmo tempo, superligas mais avançadas e resistentes ao calor estão sendo usadas para turbinas no setor aeroespacial. Essas peças costumam ser muito difíceis de usinar, o que exige mais das nossas ferramentas."

Outro fator que impulsiona o desenvolvimento de novos materiais na área de soluções de usinagem vem de vários problemas associados ao cobalto, um dos principais componentes do carbeto cimentado, o principal material usado em ferramentas de corte de metais e rochas.

O cobalto está se tornando mais problemático, diz Zwinkels. "O cobalto foi reclassificado como mais perigoso do que antes, e os limites de exposição ocupacional foram reduzidos", explica ele. "Além disso, ele é extraído em áreas de conflito ou próximo a elas. Além disso, ele é usado em baterias de carros, portanto, com a eletrificação dos carros, há o risco de se tornar escasso."

Tentando entender as necessidades futuras

Zwinkels diz que a Sandvik tem uma perspectiva tanto voltada para os desafios quanto para as oportunidades quando se trata de desenvolver novos materiais.

"Do ponto de vista da oportunidade, conduzimos pesquisas de longo prazo internamente, muitas vezes em cooperação com parceiros institucionais e acadêmicos", diz ele. "Investigamos e acompanhamos o desenvolvimento de novos materiais na academia. O lado da necessidade vem de solicitações de clientes, tendências de mercado e desenvolvimentos do setor. A contribuição essencial vem de nossa rede global de vendas, engenharia e especialistas, bem como da função de inteligência comercial. Tentamos entender, a partir disso, que tipo de desenvolvimento de materiais será necessário no futuro."

Estamos agora em níveis atômicos no projeto de nossos materiais, o que nos permite criar novas composições de materiais existentes.

Susanne Norgren, especialista do Grupo de Design de Materiais da Sandvik, também é professora associada de Ciência de Materiais Aplicados na Universidade de Uppsala. Para ela, o desenvolvimento mais empolgante na ciência dos materiais vem de novos processos revolucionários.

"A manufatura aditiva e o desenvolvimento da engenharia de materiais computacionais integrados são métodos em que os materiais são otimizados digitalmente para atingir determinadas propriedades desejadas. Também podemos desenvolver e projetar materiais e componentes de maneiras novas e mais rápidas", diz ela. "O trem de pouso da espaçonave impressa em 3D para a SpaceX é um exemplo em que esse método é usado para ir do nível atômico ao produto final."

Movendo os átomos

Zwinkels concorda: "A ciência dos materiais se tornou muito madura", diz ele. "Agora estamos em níveis atômicos no projeto de nossos materiais, o que nos permite mover átomos para criar novas composições de materiais existentes. A modelagem computacional nos permite ver que tipos de novas composições seriam possíveis e o que seria necessário para realizá-las."

Outra vantagem importante da manufatura aditiva, ressalta Norgren, é que ela permite que os engenheiros removam os resíduos do processo, tornando os materiais mais leves e, portanto, mais sustentáveis. "Acho que todos os clientes da Sandvik se beneficiarão com isso", diz ela. "E a Sandvik também se beneficiará internamente em termos de eficiência. A Sandvik está muito bem equipada quando se trata de máquinas de impressão 3D e know-how."

A Sandvik é líder global quando se trata de reciclagem de metal duro.

No entanto, talvez a única maneira de realmente alcançar um mundo sustentável seja por meio da reciclagem. E isso também é algo que os cientistas de materiais estão explorando cada vez mais, ajudados pelos novos processos computacionais.

"Impulsionados pela crescente escassez de cobalto e de muitos outros materiais, bem como pela necessidade de reduzir nossa pegada de carbono, precisamos avançar para o uso de 100% de matérias-primas recicladas em nossos produtos", diz Zwinkels.

"A Sandvik é líder mundial em reciclagem de metal duro. Uma quantidade significativa dos materiais que vendemos vem de ferramentas recicladas, que compramos de volta e convertemos em material novo. Temos feito isso com sucesso há muitos anos, e isso se tornará cada vez mais importante."