IWC Schaffhausen e Centro Aeroespacial Alemão (DLR) apresentam cerâmica reforçada com fibra para as caixas dos relógios e novas aplicações no Espaço!
Num projeto de desenvolvimento conjunto, a IWC Schaffhausen e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR) desenvolveram as primeiras caixas de relógio feitas de material compósito de matrix cerâmica (CMC). A cerâmica reforçada com fibra combina a dureza e a resistência a riscos da cerâmica convencional com os benefícios dos materiais compósitos de fibra, como alta tolerância a danos e extrema resistência a choques térmicos. O conhecimento adquirido com esta colaboração de engenharia ajudou a DLR a melhorar ainda mais os seus componentes cerâmicos reforçados com fibra de menor escala para sistemas de propulsão de satélites. Num evento nas instalações da DLR em Stuttgart, representantes do fabricante suíço de relógios de luxo e da renomada instituição de pesquisa compartilharam insights exclusivos sobre sua colaboração.
Desde a década de 1980, a IWC Schaffhausen adquiriu uma ampla experiência em materiais avançados. Uma área de foco é a cerâmica. O fabricante suíço de relógios de luxo foi pioneiro no uso deste material duro e resistente a arranhões quando lançou o primeiro relógio de pulso com uma caixa de óxido de zircônio preto em 1986. Desde então, a IWC tem continuamente inovado no campo. Marcos importantes incluem caixas de relógio feitas de nitreto de silício cerâmico marrom, cerâmica de carboneto de boro preto, várias cerâmicas coloridas e, recentemente, uma cerâmica luminosa chamada Ceralume®. Em 2013, o fabricante suíço de relógios de luxo e o renomado Centro Aeroespacial Alemão de pesquisa (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR), iniciou uma colaboração de engenharia para, em conjunto, desenvolver as primeiras caixas de relógio feitas de composto de matrix cerâmica (CMC).
A cerâmica reforçada com fibra é uma classe relativamente nova de material. Combina as vantagens da cerâmica convencional, como dureza e resistência ao desgaste, com benefícios adicionais, como uma tolerância muito alta ao dano. Como o material também é extremamente resistente a choques térmicos, a DLR já o havia utilizado para fazer componentes de foguetes e sistemas de proteção térmica para veículos espaciais reutilizáveis. No entanto, os pesquisadores estavam procurando adaptar e praticar sua inovadora tecnologia de pressão shortfibre para moldar peças CMC menores e mais próximas ao formato de rede, e uma caixa de relógio era o candidato perfeito para esta empreitada. Em estreita colaboração com a divisão de engenharia da IWC Schaffhausen, XPL, os pesquisadores do Instituto DLR de Estruturas e Design fabricaram as primeiras caixas de relógios IWC feitas de fibra reforçada de cerâmica. A colaboração acabou por ser um sucesso para ambos os parceiros: a IWC Schaffhausen conseguiu adicionar CMC ao seu crescente e avançado portfólio de materiais de caixas de relógios e, graças à experiência adquirida trabalhando com componentes CMC de pequena escala, o DLR foi capaz de abrir-se para novas aplicações para o espaço.
“Devido à sua combinação única de leveza e resistência, CMC é um material atraente para caixas de relógios. No entanto, a fabricação de componentes cerâmicos reforçados com fibra requer um conhecimento profundo e altamente específico. Ao combinar nossa experiência em nossas respectivas áreas, foram capazes de ultrapassar com sucesso os limites do que anteriormente era considerado possível com peças CMC em pequena escala”, explica o Dr. Lorenz Brunner, Gerente do Departamento de Pesquisa e Inovação na IWC Schaffhausen.
“A colaboração de engenharia com a IWC Schaffhausen permitiu-nos demonstrar a viabilidade de pequenos e próximos componentes cerâmicos reforçados com fibra em forma de rede. O conhecimento que adquirimos trabalhando nas caixas dos relógios nos ajudou a desenvolver ainda mais nossa tecnologia para fazer componentes para câmaras de empuxo na propulsão de sistemas de satélites, expandindo nossas aplicações aeroespaciais”, continua Bernhard Heidenreich, pesquisador do Departamento de Compósitos e Estruturas Cerâmicas do Instituto DLR de Estruturas e Design.
UM PROCESSO DE MANUFATURA ALTAMENTE COMPLEXO
O ponto de partida para a produção de uma caixa de relógio CMC é um polímero convencional reforçado com fibra de carbono. Fibras de Carbono são cortadas, infiltradas com resina, prensadas em moldes e assadas. Para fazer uma pré-forma no formato aproximado, da caixa do relógio, o DLR empregado e adaptado utiliza sua inovadora tecnologia de prensagem de fibra curta em um processo de alta temperatura chamado pirólise, que leva vários dias, a matrix polimérica é subsequentemente convertida em uma matrix de carbono. Isso resulta em um material poroso de carbono reforçado com fibra de carbono. Na próxima etapa chamada siliconização, os cristais de silício são colocados na parte superior do componente, antes de serem aquecidos no forno. O silício é puxado para dentro das cavidades e reage quimicamente com o carbono, criando uma matrix que é constituída de carboneto de cerâmica de silício. A partir desta fase, a caixa tem uma dureza de cerca de 2400 Vickers e só pode ser usinada com ferramentas diamantadas.
INSIGHTS PARA O SUCESSO DA COLABORAÇÃO DE ENGENHARIA
Para compartilhar insights sobre o desenvolvimento desse bem-sucedido projeto, a IWC Schaffhausen e a DLR organizaram um evento no Instituto de Estruturas e Design do DLR em Stuttgart. Apresentações de representantes da IWC e DLR exploraram o complexo processo de fabricação das caixas de relógios CMC, ao mesmo tempo em que destacaram a importância das colaborações de engenharia e a transferência de tecnologia da pesquisa para novas aplicações em diferentes indústrias. As apresentações foram seguidas por um passeio pelas instalações de pesquisa do DLR, onde os visitantes puderam examinar mais de perto as diferentes etapas do Processo de fabricação do CMC. A IWC também apresentou o relógio Big Pilot AMG G 63 (Ref. IW506201). Lançado em setembro de 2023, esta edição especial do Big Pilot com detalhes de design inspirados no Mercedes AMG G-Class marcou o primeiro modelo da IWC com caixa em composto cerâmico matrix. Como a estrutura da caixa é determinada pelas fibras e permanece totalmente visível após o acabamento com ferramentas diamantadas, cada relógio possui uma aparência preta fosca absolutamente única.
SOBRE DLR
DLR é o centro de pesquisa da República Federal da Alemanha para a aeronáutica e o espaço. Realiza pesquisas e atividades de desenvolvimento nas áreas de aeronáutica, espaço, energia, transportes, segurança e digitalização. A Agência alemã Espacial do DLR planeja e implementa o programa nacional espacial em nome do governo federal. Duas agências de gestão de projetos DLR supervisionam o financiamento de programas e apoiam a transferência de conhecimento.
O clima, a mobilidade e a tecnologia estão a mudar globalmente. O DLR utiliza a expertise de seus 54 institutos de pesquisa e instalações para desenvolver soluções para esses desafios. Nossos 10.000 funcionários compartilham uma missão – explorar a Terra e o espaço e desenvolver tecnologias para um futuro de economia sustentável. Ao transferir tecnologia, o DLR contribui fortalecendo a posição da Alemanha como uma localização privilegiada para pesquisa e indústria.
