Correlação entre parâmetros de impressão 3D e a resistência mecânica anisotrópica de peças impressas em PLA

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Cavalcante, Alexandre Araripe
• Orientador(a): Pepe, Iuri Muniz
• Banca de defesa: Demetino, Geydson Gonzaga, Pepe, Iuri Muniz, Ferreira, Antonio, Lepikson, Hermam Augusto, Cavalcante, Carlos Arthur Mattos Teixeira, Miranda, José Garcia Vivas
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Bahia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica da UFBA (PPGM)
• Departamento: Instituto de Computação - IC
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Manufatura aditiva; Resistência mecânica; Impressão 3D; Modelo matemático
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/37028

A Fabricação por Filamento Fundido (FFF – Fused Filament Fabrication), mais conhecida por FDM© (Fused Deposition Modeling) é um processo de manufatura aditiva (AM) pelo qual um objeto físico pode ser criado, a partir de um modelo em 3D gerado em computador, através da deposição camada a camada de filamentos plásticos semiderretidos. Por ser um processo eficiente, durável e de baixo custo, permitindo a prototipagem rápida de modelos e reduzindo o tempo e o custo de projeto, vem sendo largamente usada na indústria para protótipos funcionais e baixos volumes de produção, sendo que, desde a queda das patentes originais dos processos de FDM, um grande número de impressoras 3D surgiu no mercado de consumo, tornando essa tecnologia uma tecnologia de fácil acesso e cada vez mais popular. Entretanto, as peças produzidas pelo processo de FDM possuem características diferentes das peças produzidas por métodos tradicionais como a injeção de plástico, especialmente no que tange às propriedades mecânicas relacionadas às tensões de tração, compressão, torção e cisalhamento, devido à natureza anisotrópica do processo de deposição. Por isso, torna-se importante identificar e caracterizar os parâmetros do processo que têm maior influência nas propriedades mecânica das peças fabricadas for FDM. Muitos trabalhos têm sido realizados no sentido de determinar a influência dos parâmetros do processo de FDM sobre as características mecânicas de peças produzidas por essa tecnologia, mas a grande maioria deles analisam a resistência longitudinal causada pelo sentido e orientação de deposição dos fios semiderretidos. Os poucos trabalhos que abordam a anisotropia transversal geralmente o fazem simulando essa anisotropia em espécimes impressos na horizontal e contemplam testes usando ABS (Acrylonitrile-butadiene-styrene), um plástico de uso muito comum na indústria. Nos últimos dez anos um novo plástico, o PLA (Polyatic Acid), começou a se popularizar como material usado nas impressoras 3D, especialmente as impressoras de uso não industrial, por ser bio-degradável e possuir outras características que o tornam mais popular. Este trabalho estudou as relações entre os parâmetros de deposição (número de perímetros, percentual de preenchimento, preenchimento, altura da camada e temperatura de extrusão) e a resistência mecânica para cargas de tração no sentido transversal de impressão das peças impressas, determinando a contribuição desses parâmetros e propondo um modelo matemático para prever a resistência baseada na geometria de uma peça, permitindo a inclusão de parâmetros de impressão na modelagem da mesma. Os ensaios de tração foram realizados em uma máquina de teste construída especialmente para essa pesquisa. Para determinar os ensaios experimentais usamos a metodologia DOE fatorial (Design of Experiment) para minimizar a quantidade de experimentos. Usando a análise de variância (ANOVA) e o método Taguchi de análise dos resultados, identificamos a Área de Contato entre as espiras como o parâmetro mais relevante na resistência à tração no sentido transversal de impressão, com uma relevância de mais de 95% sobre os outros parâmetros estudados. A partir do levantamento das propriedades relevantes, novos ensaios foram realizados para determinar a solução de compromisso entre esses parâmetros e a resistência mecânica de peças fabricadas por FDM em PLA, sugerindo uma metodologia para reduzir a fragilidade das peças devido à anisotropia transversal.