Projects
Projeto MultiMat
Enquadramento
O setor automóvel encontra-se hoje numa fase de total reinvenção e de revolução tecnológica
A nova geração de veículos baseados em motorizações eco eficientes e com um nível de autonomia cada vez superior são já os primeiros resultados de um longo processo de transformação do setor. Por outro lado, o objetivo a médio prazo, de uma condução totalmente autónoma reforça também a mudança de paradigma que se vive em torno do conceito automóvel.
Estas mudanças determinam alterações significativas na oferta de componentes auto em termos de design, funcionalidade, resistência, leveza, durabilidade, qualidade e custo o que naturalmente está relacionado com temas como a inovação tecnológica (materiais e processos) e a eficiência produtiva, energética e ambiental. Neste contexto existe uma necessidade emergente de criar competências, estabelecer metodologias e implementar recursos capazes de fazer face ao constante desenvolvimento da integração de tecnologias num sector produtivo de elevada relevância nacional.
De acordo com a AFIA, 98% dos carros fabricados na Europa têm componentes made in Portugal. Espanha (27,7%), Alemanha (22,2%) e França (10,7%) são os principais destinos das exportações nacionais, que em 2022 somaram 10,8 mil milhões de euros, um aumento de 12,6% em relação a 2021. Tal desempenho tem sido possível porque o sector é constituído por empresas com um perfil altamente tecnológico, com padrões de grande exigência e rigor.
A redução de peso de um veículo é ainda o meio que apresenta melhor relação custo/benefício para melhorar a eficiência energética de veículos. Com a crescente preocupação do sector automóvel em responder aos desafios de sustentabilidade, os desenvolvimentos feitos para os componentes do futuro devem adotar princípios de economia circular, incluindo recuperação de fim-de-vida, reutilização, reciclagem e o uso otimizado de materiais reciclados e/ ou de origem natural assim como um processo produtivo altamente eficiente. Assim, é necessário um investimento reforçado na inovação e aplicação de materiais avançados e leves, com particular enfâse na redução de peso, mantendo um custo competitivo. Tais objetivos poderão ser alcançados, através da aplicação de princípios de eco-design e no uso de soluções híbridas ou multimaterial adequadas com múltipla funcionalidade integrada que garantam a performance e os requisitos do produto ao nível da fiabilidade, durabilidade etc. Esta, aliás, é uma necessidade totalmente alinhada com as iniciativas e imposições do espaço económico europeu, inseridas no programa de desenvolvimento do Horizon 2030, que visa o aumento da competitividade dos sistemas de transporte através do uso inteligente de recursos que sejam amigos do clima e do ambiente. Destes programas, surgiram já novos materiais compósitos de origens renováveis, utilizando fibras naturais, maioritariamente de origem vegetal, amigas do ambiente com baixos custos, como alternativa por exemplo ao uso de fibras de vidro, combinando sempre que possível o uso de matrizes poliméricas biodegradáveis. Como consequência, a utilização destes novos materiais, remete-nos para a necessidade do redesign dos componentes e/ ou subsistemas e sua validação (requisitos do produto), o redesign for disassembly de componentes cada vez mais multifunção/multimaterial e orientados a novos processos de fabrico e simultaneamente para o redesign orientado para a redução de custos.
Por outro lado, a substituição e/ou otimização, de processos configura-se como uma via de redução efetiva da energia embebida no componente. O rácio custo-benefício e tempo de produção são os fatores mais importantes para ganhar a confiança dos consumidores.
O Projeto
Face ao âmbito do projeto, visionam-se os seguintes desafios:
• Avaliação de novos materiais de base natural: Avaliar se os novos materiais disponíveis no mercado atendem aos requisitos estruturais, funcionais, estéticos e de custo dos componentes alvo durante o redesign. Adicionalmente, se a informação destas novas matérias abrange todo o range de propriedades necessários ao desenvolvimento do projeto.
• Integração de componentes em uma única unidade: Avaliar se as alterações geométricas necessárias para integrar vários componentes em uma única unidade, com vista à redução do impacto ambiental e melhoria da viabilidade de desmontagem, podem substituir completamente os componentes individuais.
• Maturidade das metodologias de projeto e validação de conceitos: Verificar se as metodologias e guidelines para o desenvolvimento de produtos integrados multifuncionais/multimateriais estão suficientemente maduras e se, da sua implementação corrente, é possível atingir o produto objetivo.
• Projeto e produção de moldes e produtos complexos: Avaliar o estado de maturidade das metodologias e diretrizes para o projeto e fabricação de ferramentas baseadas em conceitos de in-mold assembly e injeção multimaterial.
Face ao âmbito do projeto, visionam-se os seguintes desafios:
Objetivos
Atividades
O projeto MultiMat desdobra-se em 6 atividades principais distribuídas por 24 meses subdivididas em diversas tarefas numa lógica cronológica de inputs necessários à execução das atividades/tarefas a montante.
Resultados
Da execução do projeto MultiMat, foram obtidos resultados significativos em todas as fases do seu desenvolvimento, culminando no registo de uma patente, de forma a proteger os avanços científicos e fatores inovadores incorporados ao produto final (EP 4 205 941 A1) https://data.epo.org/publication-server/document?iDocId=7157920&iFormat=0.
Os primeiros resultados surgiram logo após a seleção do produto alvo, através do redesign do mesmo que, após múltiplas iterações – desencadeadas por análises estruturais e de processo para validar o produto segundo os requisitos impostos – atingiu-se a seguinte solução: um produto fabricado por um processo de bi-injeção de termoplástico e elastómero modificado, com in-mold assembly de insertos metálicos, permitindo, assim, a produção de componentes one-shot. (Figura 2)
O sucesso desta implementação e confiabilidade dos resultados obtidos da simulação (Figura 2), só foram possíveis assegurar devido à extensa campanha de ensaios – quer de requisito estrutural do material, quer do seu ponto de vista funcional (atrito) – realizados à priori do desenvolvimento do design.
Aliada à validação estrutural do componente, esteve a decorrer em paralelo o estudo da viabilidade do processo, realizado através da simulação do seu processo com recurso a software especializado. Este trabalho, depreende a existência de uma ferramenta que irá originar o produto, sendo que a conceptualização da mesma foi efetuada em torno do produto (Figura 2).
Fruto deste projeto, é o produto apresentado na Figura 4. À conclusão do projeto, foram ainda realizadas campanhas de ensaios físicos, de forma a correlacionar e validar os resultados obtidos nas fases preliminares de desenvolvimento, garantindo, assim, a conformidade do mesmo.
Em última análise, este projeto deu resposta a vários dos objetivos do projeto, como: redução de peso, redução de tempo de ciclo, e custo do produto final. Tais resultados foram possíveis atingir através da implementação de metodologias de design ecológico que tiveram por base a utilização de materiais de origem natural e de menor impacto ambiental. A análise tecno-económica realizada no final do projeto, apresentada na Figura 5, evidência os resultados supramencionados, e demonstra a capacidade nacional de atingir produtos de valor acrescentado.
