Materiais do futuro

É muito melhor realizar ideias do que apenas sonhar com elas. E exatamente assim atuam os engenheiros da Porsche: o que parece inconcebível torna-se técnica concreta.

À primeira vista, a inovação não é evidente. Philipp Kellner coloca uma peça de chapa de aço prensada sobre a mesa. Mais tarde ela será fixada à soleira do veículo, receberá as dobradiças das portas e, mais acima, irá abranger as laterais do para-brisa, explica o especialista da Porsche, do departamento de Desenvolvimento Avançado de Carrocerias em Weissach. No caso da peça, trata-se da coluna A, que, vista da parte frontal do veículo, é a primeira vertical importante de uma carroceria. Em conjunto com as colunas B e C, ela forma o habitáculo de um automóvel, sendo portanto imprescindível para a segurança dos passageiros. Especialmente em veículos abertos, como os conversíveis e os roadsters, a coluna A protege o espaço de sobrevivência dos passageiros em caso de capotagem. No perfil de aço de chapa fina encaixa-se perfeitamente um outro perfil de aço ultrarresistente. Essa discreta peça de metal já é, por si própria, uma refinada arte de engenharia, pois possui espessuras diferentes, afinando em direção às pontas e tornando-se mais grossa no meio.

A dorsal invisível

O metal de alta resistência é envolto por um material plástico preto com reforços em forma de losango, que lhe dá sustentação interna. “O que não se vê aqui é que entre o material plástico reforçado com fibra curta de vidro, incorporada em estado fluido, e o metal existem ainda duas camadas termoplásticas de tecido de fibra de vidro. Chamamos o material de chapa orgânica”, explica Kellner. Tudo junto resulta na coluna A 3D híbrida, uma nova forma de construção híbrida criada pela Porsche. Sua vantagem é que, assim como as atuais colunas A para conversíveis, feitas de tubo de aço ultrarresistente, ela não se dobra em caso de capotagem, tendo o mesmo desempenho com um peso no mínimo cinco quilogramas mais baixo. “A carroceria de construção leve do futuro combina diferentes materiais leves, como o aço ultrarresistente, alumínio, magnésio e PRFC. As novas formas de construção híbrida também terão aqui o seu lugar”, explica Mathias Fröschle, diretor do departamento de Desenvolvimento Avançado de Carrocerias. A proteção dos passageiros é de suprema importância para a Porsche. A forma de construção 3D híbrida contribui para ela, sendo, além disso, mais leve e tendo praticamente o mesmo preço que todas as soluções anteriores.

A base dessa pesquisa pode ser vista por qualquer um que dirigir um 918 Spyder ou um Panamera atual e olhar para o pedal do freio, onde brilham fibras pretas. Fibras de carbono, pensam muitos. Mas Edgar Grundke, da seção de desenvolvimento de pedais e comandos da Porsche, balança a cabeça. “São placas de fibra de vidro moldadas termicamente com uma armação plástica reforçada com fibra de vidro por trás.” Ou seja, exatamente aquilo que futuramente também poderá proporcionar uma grande robustez às colunas A. “O material apresenta pureza varietal, é mais leve que metal e sua estabilidade é constante”, explica Grundke. “Até agora ninguém ousou utilizá-lo na fabricação em série. Seremos o primeiro fabricante do mundo a fazê-lo.” Futuramente, o novo pedal do freio será instalado em outros modelos. O que Hendrik Sebastian, da gestão de Inovação e Desenvolvimento Avançado, em Weissach, confirma. Ali não apenas convergem as linhas dos departamentos de desenvolvimento avançado, mas também desenvolve-se ideias para o futuro, inicia-se e analisa-se pesquisas, observa-se tendências. As questões abordadas por este departamento equivalem a consultar uma bola de cristal. O que o cliente irá desejar em cinco, dez ou quinze anos? Quais tecnologias estarão então ao nosso dispor? Neste processo, não apenas um modo de pensamento abstrato e força de imaginação são necessários, mas também perseverança para se chegar à implementação. Os engenheiros da Porsche seguem uma máxima claramente definida: “Desempenho excelente em todas as situações de condução. Afinal, com nossos esportivos estamos sempre nos movimentando no limiar do tecnicamente realizável. Aqui, novos conceitos de material e fabricação são imprescindíveis. Só assim podemos garantir aos nossos clientes a geração de um valor agregado duradouro”, afirma Sebastian, explicando um dos objetivos do departamento.

Nas questões da escolha de materiais e dos processos de produção possíveis, os especialistas em desenvolvimento recebem o apoio dos colegas do departamento de técnica de materiais sob a direção de Stephan Schmitt. Olhar para além do horizonte é pré-requisito para realizar o processo. Por exemplo: a maioria dos smartphones são fabricados com o chamado Gorilla Glass, um vidro fino altamente estável com propriedades óticas perfeitas. “No 918 Spyder com pacote de Weissach utilizamos pela primeira vez uma pequena placa de material semelhante, ou seja, uma placa de vidro composto, feita de duas camadas de vidro fino intermediadas por uma película plástica.” Markus Schulzki, do departamento de Desenvolvimento Avançado de Carrocerias, segura na mão uma placa de 20x20 centímetros: trata-se do vidro traseiro entre os arcos por trás dos assentos do superesportivo 918. Ela é surpreendentemente leve. Ao toque dos dedos, parece plástico. “É o que todos pensam”, diz Markus Schulzki. “Mas é vidro. Isso aqui foi café com leite. Agora estamos bem mais avançados.” Nos Porsche 911 GT2 RS e 911 Carrera T atuais as janelas laterais de trás e a janela traseira são totalmente feitas de vidro de camada fina. Por iniciativa da Porsche, placas arqueadas agora também estão à disposição. Até pouco tempo, isso ainda não era possível tecnicamente. No todo, o vidro não é mais espesso do que dois milímetros, mas cerca de 40% mais leve e duas vezes mais resistente a impacto de pedras. Além disso há uma proteção quase total contra raios UV e um isolamento térmico e acústico muito melhor. “As frequências altas, emitidas pelo vento provocado pelo carro em movimento, são filtradas. As frequências baixas, não. O belíssimo som – de, por exemplo, um motor boxer de seis cilindros – é sentido com muito mais nitidez”, afirma Schulzki, sem esconder sua preferência por motores clássicos.

Porsche de fibras vegetais

Paralelamente, a Porsche pesquisa elementos para interiores a partir de matérias-primas renováveis. “Já existem, definitivamente, revestimentos de porta feitos de fibras vegetais, mas que por enquanto não preenchem os requisitos que exigimos enquanto fabricante do segmento premium”, resume Fröschle. No entanto, logo a Porsche irá dispor de peças que convençam em todos os aspectos. “Mesmo em 2048, quando a empresa completar 100 anos, não teremos um Porsche feito totalmente de algas ou fibras vegetais, mas as temáticas sustentabilidade e reciclagem ganharão ainda mais vulto”, afirma Sebastian convicto. “Além dos materiais inovadores, o importante é também levar em consideração novos métodos de produção como, por exemplo, a fabricação aditiva.”

Ele refere-se ao que se costuma chamar de impressão 3D, a especialidade de Falk Heilfort e Frank Ickinger do setor de Pré-desenvolvimento de Motores. Eles apresentam um corpo cilíndrico. É o eixo do rotor de um motor elétrico, que transfere à embreagem o torque gerado eletromagneticamente – por assim dizer, o virabrequim de uma máquina elétrica. “Este eixo de rotor é feito de um tipo de aço inoxidável especial”, explica Heilfort. Ao lado do eixo encontra-se um tubinho de vidro que contém um pó cinzento ultrafino: o elemento-base, microscopicamente fino, da peça massiva. Este pó é distribuído sobre uma superfície através de um processo de alta dispersão em uma sala limpa, e derretido a laser com precisão absoluta até tornar-se um composto sólido. Depois disso, segue-se uma nova camada de pó por cima, que também é derretida, e assim por diante. Camada por camada. É desse modo que um eixo de rotor de 50 centímetros “cresce” do pó. A vantagem sobre uma peça fabricada de modo clássico em uma fresa ou um torno, é que a demanda de material é muito menor, o excesso de pó pode ser reutilizado imediatamente e a fabricação de formas complexas é possível. Por exemplo, o eixo do rotor tem por dentro uma nervura na parede interna, que proporciona maior estabilidade.

Em um torno mecânico não seria possível fabricar tais formas. Primeiro seria necessário moldar uma parte do eixo e depois soldá-la para obter-se o mesmo resultado. “Esta aqui é uma peça só – muito mais estável, leve, rígida e com uma aderência muito melhor”, explica Ickinger, enumerando as vantagens. A desvantagem, até agora, é que “ainda demora cerca de 13 horas para se imprimir um desses eixos”. Por isso ainda não se planeja uma fabricação em série, ainda assim essa tecnologia revolucionará o motor. Hendrik Sebastian complementa: “A fabricação aditiva está revolucionando nossa maneira de desenvolver peças. Podemos otimizar e testar com muito mais rapidez e, além disso, aumentar o desempenho significativamente. Estamos falando aqui de uma inovação única de produtos e processos, cujos potenciais estão longe de se esgotar. Precisamos, no entanto, enfrentar vários desafios, mas não seríamos a Porsche, se não déssemos conta do recado.” Finíssimos canais de resfriamento arqueados no meio de uma peça são uma dessas inovações de produtos e processos. “Em breve, o que pesquisamos aqui levará a motores ainda mais compactos e com desempenho melhor”, afirma Heilfort convicto.

Nada de Porsche renovável, nada de carro esportivo feito na impressora 3D: em 2048, um Porsche será feito de vários materiais de pureza varietal, respectivamente moldados à perfeição de acordo com sua finalidade de aplicação. Aço e alumínio serão cada vez mais e melhor complementados com materiais que possibilitem a ambição pelo avanço em todas as dimensões. Para isso é preciso ser visionário, ter vontade de pesquisar e coragem para inovar. Os especialistas em Weissach já são assim hoje.

Texto Thorsten Elbrigmann
Fotos Rafael Krötz