Estrutura, impressão 3D e proteção contra impactos
Requisitos mecânicos reais
A estrutura de um CanSat tem três funções e nenhuma delas é decorativa. Fixar os componentes com rigidez suficiente, manter o alinhamento da antena e absorver o embate final sem transmitir à eletrónica mais do que ela suporta.
O número que governa o desenho é a energia de impacto. A 10 m/s, uma massa de 350 g chega ao solo com cerca de 17,5 J. Essa energia tem de ser dissipada por deformação da estrutura, do paraquedas ou de elementos sacrificiais, e não por flexão da placa.
Há ainda requisitos de montagem: acesso a conectores, possibilidade de abrir o CanSat sem dessoldar nada e espaço para o cabo da antena. Uma estrutura rígida mas inacessível transforma qualquer diagnóstico numa sessão de destruição.
O centro de massa é o requisito invisível. Se ficar alto e descentrado, o conjunto oscila mais na descida e chega ao solo de lado, precisamente na zona onde a proteção é menor. Mover a bateria para a base resolve mais estabilidade do que qualquer reforço de parede.
Materiais: PLA, PETG, ABS e nylon
| Material | Temperatura de serviço | Resistência ao impacto | Impressão |
|---|---|---|---|
| PLA | até 55-60 °C | baixa, frágil | muito fácil |
| PETG | até 75-85 °C | média a boa | fácil, com stringing |
| ABS | até 100-105 °C | média | exige câmara fechada |
| Nylon PA | até 90-110 °C | alta | difícil, absorve humidade |
O PLA é o ponto de partida natural: imprime sem aflição, tem boa rigidez e precisão dimensional. O problema é a temperatura de transição baixa. Um CanSat fechado, ao sol, num dia quente, pode atingir 60 °C no interior e perder rigidez exatamente antes do lançamento.
O PETG custa pouco mais e resolve a maior parte dos casos. Resiste melhor ao calor, tem maior alongamento antes de romper e sobrevive a quedas que partem o PLA. Exige ajuste de retração e temperaturas mais altas, mas é o material mais equilibrado para um projeto único.
O nylon é o mais tenaz e o mais chato de imprimir: absorve humidade, empena e precisa de secagem antes de cada impressão. Vale a pena em peças de fixação sujeitas a fadiga, não no corpo inteiro.
Nenhum destes materiais foi feito para ultravioleta. Um dia inteiro ao sol degrada o PLA e amarela o PETG, com perda de ductilidade. Para campanhas longas, uma camada de tinta opaca ou um invólucro exterior poupa surpresas.
Espessura, preenchimento e orientação
Com bico de 0,4 mm, três perímetros dão paredes de 1,2 mm; quatro chegam a 1,6 mm. Abaixo de 1,2 mm a peça fica flexível e transmite vibração; acima de 2 mm ganha massa sem ganho proporcional de rigidez. Para um corpo de 66 mm, a faixa útil está entre 1,2 e 1,8 mm.
O preenchimento entre 20 e 40%, em padrão giroide, dá apoio às paredes com pouco peso. Camadas superiores e inferiores devem ser pelo menos quatro, porque é nelas que os parafusos apertam e onde nascem as fissuras.
A orientação é decisiva. A adesão entre camadas é o ponto fraco de qualquer peça impressa, pelo que as tensões principais devem correr no plano das camadas. Um tubo impresso em vertical resiste bem à compressão axial e mal ao impacto lateral; impresso deitado, inverte o compromisso e obriga a suportes.
Vale a pena estimar massa e tempo antes de imprimir. Um corpo de 66 mm com 115 mm de altura, paredes de 1,5 mm e 25% de preenchimento fica entre 90 e 130 g e leva 5 a 8 horas de máquina. Reforços de última hora costumam duplicar esse tempo e acrescentar 20 g que não estavam no orçamento.
Fixações, acesso e montagem
Parafusos auto-roscantes em plástico funcionam uma ou duas vezes e depois espanam. Inserções metálicas aquecidas, de M2,5 ou M3, dão roscas duráveis e permitem abrir o CanSat dez vezes sem deteriorar a estrutura. O custo é algum volume e a necessidade de desenhar bossas com parede suficiente.
- Três ou quatro pontos de fixação, nunca dois, para evitar rotação da tampa.
- Tolerância de 0,2 a 0,3 mm nas interfaces impressas, para compensar dilatação e rebarba.
- Acesso lateral aos conectores de programação e ao cartão de memória.
- Passagem dedicada para o cabo da antena, sem apertar nem cortar o condutor.
Proteção contra impactos
A proteção começa na massa suspensa. Se a placa estiver aparafusada diretamente às paredes, toda a desaceleração passa por ela. Uma bandeja com quatro apoios em EVA de 2 a 3 mm desacopla a eletrónica e reduz os picos transmitidos à soldadura.
O ponto de fixação do paraquedas é outro foco de tensão. A carga de abertura pode atingir várias vezes o peso do conjunto, num puxão curto e assimétrico. Uma argola integrada na estrutura, com nervuras de reforço, é preferível a um furo na tampa, que acaba por rasgar a camada.
Nervuras de esmagamento na base são outra solução: pequenas colunas que colapsam de forma controlada e gastam energia. Bem desenhadas, absorvem vários joule e deixam o resto da estrutura intacto, ao contrário de uma parede espessa que transmite tudo.
O paraquedas continua a ser o principal limitador. Abaixo de 8 m/s a energia cai para 11 J; acima de 12 m/s sobe para 25 J e a margem desaparece. A estrutura e o sistema de paraquedas e recuperação têm de ser dimensionados em conjunto, não em separado.
Ensaio e verificação
Antes do voo, a estrutura passa por três ensaios simples. Uma queda de 2 m com massa equivalente testa a base e as fixações. Uma vibração leve, com a eletrónica montada, revela parafusos que se soltam. Uma compressão axial de 50 N confirma que a tampa não abre com o paraquedas a puxar.
Depois de cada ensaio, inspecione as interfaces e não apenas o exterior. Fissuras começam nas bordas das camadas e nos furos de parafuso, muitas vezes invisíveis sem luz rasante. Uma peça que resistiu uma vez pode estar a meio caminho da rutura.
Por fim, pese. Uma estrutura impressa típica consome 100 a 160 g dos 350 g disponíveis, e é fácil acrescentar 20 g em reforços bem-intencionados. O orçamento de massa do CanSat fecha-se com a estrutura incluída, nunca depois.
Antes de fechar, faça uma montagem a seco com todas as peças reais, incluindo parafusos, fita e conectores. É o único momento em que corrigir custa apenas uma nova impressão, em vez de comprometer o voo.