APLICAÇÃO DO CAMPO DE ULTRA-SONS NOS PROCESSOS DE FABRICO

O projeto USTin4 tem como objetivo central o desenvolvimento, integração e validação de soluções baseadas na aplicação US em quatro processos térmicos de fabrico – Laser Cladding (LC), WAAM, MIG/MAG e Brasagem – com vista à melhoria da qualidade dos componentes produzidos, à otimização da eficiência energética, à redução do retrabalho e ao reforço da sustentabilidade dos processos. A operação visa ultrapassar limitações técnicas atualmente observadas nestes processos, como a elevada incidência de defeitos metalúrgicos, o consumo excessivo de matéria-prima e energia, e a reduzida vida útil dos componentes. A adoção de sistemas de US, otimizados e controlados em tempo real, permitirá modificar a dinâmica de solidificação e influenciar diretamente a microestrutura dos materiais. As abordagens propostas serão exploradas de forma diferenciada e adaptada aos requisitos de cada processo, com o objetivo de maximizar os benefícios específicos da vibração ultrassónica: • Em LC, WAAM e MIG/MAG, será estudada a aplicação à poça de fusão, ao material de adição e ao cordão de soldadura, para promover a homogeneização, migração de inclusões, afinação de grão e redução de tensões; • Em Brasagem, a vibração será aplicada ao substrato, favorecendo fenómenos de capilaridade e difusão, e potenciando ligações metalúrgicas robustas. Os objetivos gerais do projeto organizam-se em torno de três eixos fundamentais — científico, tecnológico e industrial — e incluem: 1. Compreender o efeito da vibração ultrassónica na qualidade dos componentes fabricados por LC, WAAM, MIG/MAG e Brasagem, com foco na caracterização microestrutural, propriedades mecânicas e redução de defeitos. 2. Investigar e modelar numericamente a influência dos parâmetros de vibração ultrassónica (frequência, amplitude, potência) na dinâmica térmica dos processos de fabrico, através de simulações CFD e FEM. 3. Desenvolver um sistema de US transversal, modular e flexível, aplicável aos diferentes processos de fabrico em estudo, com capacidade de controlo adaptativo suportado por sensores e inteligência artificial. 4. Criar células de fabrico integradas com US, adaptadas às exigências técnicas de cada processo, assegurando o controlo in-situ e a viabilidade industrial da aplicação. 5. Desenvolver e caracterizar amostras e componentes com e sem aplicação de US, permitindo a comparação dos efeitos obtidos em contexto laboratorial. 6. Realizar testes piloto em ambiente industrial, avaliando a repetibilidade, escalabilidade e impacto económico das soluções desenvolvidas. 7. Avaliar a sustentabilidade ambiental dos processos de fabrico, promovendo soluções de eco-design e contribuindo para a redução de matérias-primas críticas e consumos energéticos. 8. Assegurar a apropriação e exploração dos resultados pelos promotores, através de planos de valorização industrial, comunicação e proteção da propriedade intelectual. A operação será guiada por três grandes questões de investigação: • Q1: Como influenciam os parâmetros de vibração US as características microestruturais e o desempenho mecânico dos componentes? • Q2: Qual a capacidade preditiva das simulações numéricas no controlo da microestrutura? • Q3: Quais os requisitos para o desenvolvimento de um sistema de US adaptável e eficaz nos diferentes contextos industriais? Para responder a estes desafios, o projeto será executado por um consórcio multidisciplinar com competências reconhecidas nas áreas do fabrico aditivo, soldadura, automação, ciência dos materiais e simulação numérica. O USTin4 pretende, assim, introduzir uma nova geração de processos de fabrico térmico assistidos por vibração ultrassónica, com vantagens competitivas claras e impacto transversal em setores estratégicos da economia, promovendo a inovação, a sustentabilidade e a soberania tecnológica da indústria nacional.