Materiais

Uma visão geral das matérias-primas mais comuns em robôs da FRC, incluindo dicas de manuseio, usinagem e principais aplicações práticas. Foco em materiais para fabricação de chapas e peças personalizadas.

Nota

Para saber mais sobre filamentos utilizados em impressão 3D (como TPU, PLA, PETG ou Nylon), consulte a página Introdução à Impressão 3D.

Alumínio

O alumínio é o material mais versátil e dominante na FRC. É leve, durável, resistente e muito fácil de usinar em fresadoras CNC tipo router, além de ter excelente custo-benefício comparado a outros metais. É ideal para elementos estruturais onde rigidez e resistência são fundamentais.

Em aplicações sem grande solicitação mecânica, materiais mais econômicos como policarbonato ou alternativas para alívio de peso como o SRPP podem ser preferíveis. Além disso, chapas finas de alumínio não são indicadas para peças que se projetam para fora do perímetro do robô (como braços de intake), pois colisões intensas podem dobrá-las permanentemente ou rompê-las.

Esta seção foca em chapas e blocos usinados, mas o alumínio também está presente em perfis tubulares, eixos hexagonais e engrenagens COTS. A espessura e a liga (6061 vs. 7075) definem o uso correto.

Exemplo de gusset de reforço em chapa de alumínio. Crédito: CTRE.

Espessuras de Chapa

As chapas de alumínio são vendidas em diversas espessuras nominais:

1/16” (~1,6 mm) ou 0.090” (~2,3 mm): Chapas finas usadas quase exclusivamente para reforços estruturais (gussets) e chapas de suporte de eletrônica (bellypans). Fáceis e rápidas de usinar em CNC router.

1/8” (~3,17 mm): Espessura muito versátil, usada tanto para peças estruturais de mecanismos quanto para placas de montagem de caixas de redução intermediárias. Apresenta excelente equilíbrio entre rigidez e baixo peso.

Dica

Para os tubos periféricos externos do chassi (drivetrain), é boa prática utilizar perfis com parede de 1/8” em vez de 1/16”, devido aos impactos frontais violentos de colisões em partidas.

1/4” (~6,35 mm): Espessura robusta recomendada para partes estruturais de alta carga mecânica, como suportes principais de pivô, placas de redutoras primárias e apoios de eixos de rotação elevada.

Ligas de Alumínio

Embora existam várias ligas, as mais importantes na FRC são a 6061-T6 e a 7075:

• 6061-T6: A liga padrão por excelência. Oferece alta resistência mecânica, excelente usinabilidade sem empastamento e ótima relação custo-benefício. É a escolha ideal para praticamente todas as chapas usinadas.
• 7075-T6: Liga de qualidade aeronáutica, com resistência à tração muito superior (comparável a alguns tipos de aço), mas mais cara e difícil de soldar. É comumente encontrada em peças comerciais COTS críticas, como eixos hexagonais sólidos e engrenagens de alto torque.

Nota

Ao usinar ou modificar peças comerciais COTS (como eixos ou engrenagens), verifique no site do fabricante se a liga é 7075, pois ela exige parâmetros de corte mais lentos e ferramentas de metal duro apropriadas.

Peças Usinadas em Bloco Maciço (Billet)

Peças billet são componentes usinados por fresamento 3D a partir de um bloco sólido maciço de alumínio (geralmente 6061). Embora poucas equipes tenham maquinário e tempo para usinar blocos complexos na temporada, elas oferecem precisão incomparável. Diversas peças COTS de alto desempenho são fabricadas em billet, como tube plugs e cubos de fixação.

Peça usinada em bloco maciço usada na extremidade do tubo telescópico da equipe 2910 em 2023.

Policarbonato (Polycarbonate)

Frequentemente chamado pelo nome comercial Lexan, o policarbonato é um termoplástico incrivelmente tenaz e resiliente. Sua grande vantagem sobre o alumínio é que ele dobra e absorve impactos elásticos sem quebrar ou sofrer deformação plástica permanente. Por isso, é o material padrão para braços de intake, placas de proteção externa e barreiras que operam além do perímetro dos para-choques (bumpers).

Para braços de intake de impacto, a espessura típica recomendada é de 1/4” (~6 mm). Chapas mais finas de 1/16” a 1/8” são perfeitas para proteções contra poeira, rampas de passagem de peças de jogo e painéis de patrocinadores.

Exemplo de chapas de policarbonato no intake articulado da equipe 1678 em 2022.

Atenção

Nunca use trava-rosca líquido (Loctite) em contato direto com policarbonato! Os compostos químicos do cianoacrilato e anaeróbicos atacam as cadeias do policarbonato, causando fissuração sob tensão (stress cracking) e quebra catastrófica imediata. Em furações com policarbonato, use porcas autotravantes de nylon (Nyloc) ou arruelas de pressão.

Espessuras Comuns de Policarbonato

• 1/32” a 1/8”: Usado onde resistência estrutural pesada não é necessária, como rampas internas, dutos de condução de bolas e placas decorativas.
• 1/4”: Ideal para mecanismos expostos a batidas, como suportes de roletes de intake. Se for necessária rigidez extrema sem flexão, substitua por alumínio ou SRPP.

Dica

Quer um acabamento visual fosco profissional? Lixar levemente o policarbonato transparente por 30 segundos com lixa grão 240 em uma lixadeira roto-orbital cria um acabamento jateado translúcido espetacular, onde adesivos de patrocinadores se destacam muito mais.

Atenção

Verifique as tolerâncias reais do fornecedor: muitas vezes uma chapa vendida nominalmente como 1/4” é fabricada em 6 mm (uma diferença de quase 0,35 mm). Considere essa variação real no CAD para garantir que os encaixes de rolamentos e rebaixos entrem perfeitos!

Aço

O aço é usado quando se exige resistência extrema ao desgaste e à tração ou para adicionar lastro (ballast). Algumas equipes optam por confeccionar o bellypan em chapa de aço cortada a laser em vez de alumínio para abaixar o centro de gravidade (COG) do robô ao máximo, prevenindo capotamentos em manobras rápidas de swerve.

O aço também é o material padrão de parafusos de alta resistência, correntes, rolamentos e eixos de alta solicitação. Fabricar peças customizadas em aço na oficina é incomum devido à dificuldade de usinagem em ferramentas de alumínio, exigindo quase sempre corte a laser ou jato d’água terceirizado.

Polipropileno Autorreforçado (SRPP - MaxComposite)

O SRPP (Self-Reinforced Polypropylene) é um material moderno que vem conquistando equipes de ponta na FRC. Trata-se de um composto termoplástico com fibras de polipropileno tecidas sob alta pressão (semelhante ao aspecto da fibra de carbono).

Ele é simultaneamente mais rígido e mais resistente a impactos que o policarbonato tradicional, além de ser significativamente mais leve — proporcionando grande economia de peso na ponta de braços móveis.

A principal desvantagem é o custo elevado por chapa e a necessidade de técnicas corretas de corte (corte a laser é o ideal, embora possa ser usinado em CNC router com ferramentas afiadas e refrigeração adequada).

Chapa de material composto SRPP (MaxComposite). Crédito: REV Robotics.

Dica

Diferente do policarbonato, o SRPP possui excelente resistência química a solventes e suporta o uso de trava-rosca líquido (Loctite) sem quebrar!

Fibra de Carbono

(Seção em desenvolvimento)

Madeira (Compensado e MDF)

A madeira é o melhor material para prototipagem rápida inicial. Devido à sua fragilidade e baixa resistência ao impacto, quase nunca deve ser colocada no robô oficial de competição. No entanto, cortar chapas de compensado na cortadora a laser permite testar geometrias de intake, arcos de shooter e mecanismos completos em poucas horas antes de cortar o alumínio definitivo.

A agilidade da madeira para prototipagem rápida, especialmente com cortadora a laser. Crédito: Equipe 1540.