A área médica necessita de diversos motores de passo em pequenas dimensões para equipamentos de endoscopia, videolaparoscopia, coloscopia entre outros. No exemplo do endoscópio, um motor de passo permite a obtenção imagens internas do corpo humano, sem necessitar a retirada e giros físicos do corpo do equipamento e, por consequência, não causar mais desconfortos para o paciente (1).
Existem vários trabalhos envolvendo motores aplicados a sistemas micro- eletromecânicos - MEMS (Micro-Electromechanical Systems) (2), (3), (4), (5). Esses motores são também chamados de motores de pólos salientes (salient-pole motors) (6) e motores de passo (step motors) (7), (8), (9).
O motor de passo é um dispositivo eletro-mecânico com capacidade de converter pulsos elétricos em movimento de rotação, movimentando uma carga a incrementos precisos (7), (8), (9). Tradicionalmente os motores são construídos a partir de finas lâminas metálicas, na forma de chapas de espessura menor que 1 mm. Isto ocorre para redução das correntes parasitas que são causa de uma apreciável perda nos motores (10). Por se tratarem de motores muito pequenos e apresentarem uma forma de acionamento simples, podem-se empregar para confecções destes, processos alternativos ao tradicional conjunto de pacote de chapas laminadas em motores maiores (11).
O objetivo geral deste trabalho é o estudo, projeto, fabricação e caracterização de rotores e estatores de um motor de passo obtidos a partir do processo de Moldagem de Pós por Injeção (PIM) com partículas nanométricas para aplicação médica. Para obtenção das peças do estator e rotor foram utilizados pós de ligas ferromagnéticas como ferro puro e ferro com 1, 2 e 3% de silício com tamanho de partículas de 10 µm e menor que 0,1 micrometros, ou seja, de ordem nanométrica. Os objetivos específicos deste trabalho são divididos em 16 etapas:
1) O processamento das ligas ferromagnéticas supracitadas por metalurgia do pó convencional para avaliação prévia das propriedades físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas.
2) Definição dos lubrificantes e polímeros estruturais através de ensaios reológicos, que nortearam a relação exata para a composição da carga injetável.
3) Comparação da combinação dos lubrificantes e polímeros estruturais com um sistema de aglutinante comercial para a validação da composição desenvolvida.
4) Determinação de parâmetros de processamento de injeção com a carga injetável das ligas dos pós micrométricos definidos.
5) Simulação numérica do processo de injeção da geometria do mini-motor.
6) Injeção dos corpos de prova com as composições supracitadas para determinação das propriedades físicas e magnéticas.
7) Estudo da degradação térmica para eliminação da carga polimérica e dos hidrocarbonetos através de DSC/TGA juntamente com a avaliação da curva de extração térmica.
8) Caracterização das propriedades físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas das ligas ferromagnéticas injetadas.
9) Moagem de alta energia dos pós micrométricos com finalidade de obtenção de pó nanométricos.
10) Avaliação da interação do pó de ferro micrométrico com percentual de pó nanométrico para avaliação do preenchimento entre as partículas micrométricas e melhoria das propriedades.
11) Desenvolvimento do método de preparação da carga com pós nanométricos para o processamento por moldagem de pós por injeção.
12) Injeção dos corpos de prova de carga com pós nanométricos, extração química e térmica, juntamente com a sinterização para determinação das propriedades físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas com suas devidas caracterizações.
13) Avaliação do efeito nanomagnético nas peças de ferro injetadas com pós nanométricos posterior a sinterização.
14) Simulação das propriedades magnéticas no modelo do mini-servomotor em desenvolvimento e determinação da melhor geometria.
15) Simulação para análise de desempenho como torque e fluxo de entreferro, usando um programa de elementos finitos FEMM.
16) Projeto e fabricação do inserto do molde do minimotor e injeção com carga injetável de pós-micrométricos para determinação de processamento adequado.
17) Injeção do estator e do rotor para o desenvolvimento de mini-servomotor com a carga injetável de pós parcial e totalmente nanométricos, extração química e térmica, juntamente com a sinterização.
18) Determinação das propriedades físicas, mecânicas com suas devidas caracterizações do estator e do rotor para o desenvolvimento de mini-servomotor.
A Figura 1 apresenta um diagrama de bloco em resumo da rota experimental adotada de obtenção dos componentes do micromotor de passo para o desenvolvimento deste trabalho.
Dadas as considerações anteriores, deve-se originalidade do tema no foco principal da fabricação de rotores e estatores de mini-servomotor produzido por micromoldagem de pós por injeção (μMIM) com partículas nanométricas. E para este objetivo principal ser atendido outros aspectos de ineditismo relevantes neste trabalho devem ser levados em conta. O primeiro é a caracterização do comportamento entre os polímeros e as ceras para aplicação em cargas injetáveis com pós nanométricos. Juntamente com alteração das propriedades pela influência do processo de fabricação das peças com o mesmo material. O segundo aspecto foi a análise de viabilidade de fabricação dos componentes para o mini-servomotor produzido por um processo em expansão no mundo que é a moldagem de pós por injeção contra micromotores obtidos por sistemas micro-eletromecânicos e micro-usinagem (7), (8), (9).
Importante salientar que este projeto, integrou ao projeto de pesquisas na área de motores conveniados com FEEVALE, ULBRA e IFSUL junto a Capes que aportou o valor financeiro ao Projeto “Desenvolvimento de órteses e implantes a partir de pós nanométricos aplicados a fabricação de microcomponentes”. Desta forma, este trabalho traz benefícios para as empresas e avanço científico e tecnológico no desenvolvimento em nanotecnologia no Brasil.
Alguns trabalhos (12) desenvolveram a fabricação de motores pelo processo de moldagem de pós por injeção. Porém, a utilização da μMIM, que nos últimos anos vêm ganhando um espaço cada vez maior e o pó nanométrico com sua difícil injetabilidade, juntamente com o objetivo de construir um mini-servomotor para área médica faz deste trabalho um avanço da pesquisa de qualidade e inédita na nanotecnologia mundial.