Estudo da influência da velocidade e temperatura de operação em impressão 3D por extrusão de polímeros granulados

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Zutin, Gabriel Consoni
Orientador(a): Barbosa, Gustavo Franco lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
FGF
DSC
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19916
Resumo: Additive manufacturing is gaining more space in the universe of large-scale production. Invented as an agile and flexible production process, it emerged as a rapid prototyping alternative for small assemblies with complex geometry. Today, the challenges in this new direction towards large-scale manufacturing are numerous. Larger printing platforms, combined with the use of large extruders controlled by robotic arms are examples of new applications of additive manufacturing. The process also needs to adapt to the new requirements. It can be said that the printing quality combined with good properties are among the most desired by the market. In this way, the main objective of this research was to identify the influence of the variables speed and temperature in the printing method by extrusion of granulated material, in the properties of the extruded polymer and printing quality. For this, samples were collected from an extruder customized for vertical orientation of three different polymers (ABS, PLA and PCL), dimensional measurements of filaments were carried out, as well as measurement of extrusion pressure, weight and volume. Thermal characterization was also carried out using DSC (Differential Scanning Calorimetry), to verify the thermal transition temperatures (Tg and Tm) and the degree of crystallinity (Xc). to verify the glass and melt temperatures (Tg and Tm), and the degree of crystallinity (Xc). After compiling all the results, it is possible to conclude that for the three polymers, the rotation speed of 20 rpm manages can deliver filaments with good properties, without significantly losing the geometric qualities. ABS proved to be better when extruded at 190°C and it was also possible to conclude that at 180°C the ABS may not have melted correctly, and that at 200°C there are signs of degradation of the material. PLA showed its best performance extruded at 170°C and at lower temperatures, its density was lower, which can be explained by the polymer not having melted correctly. For PCL, better characteristics were observed when extruded at a temperature of 70°C, but there was great difficulty in handling, cooling and solidifying the samples due to its low melting temperature, relatively close to room temperature. Finally, it is possible to conclude that PCL is not suitable for large extruders, and for the additive manufacturing process of large-scale parts.
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Larger printing platforms, combined with the use of large extruders controlled by robotic arms are examples of new applications of additive manufacturing. The process also needs to adapt to the new requirements. It can be said that the printing quality combined with good properties are among the most desired by the market. In this way, the main objective of this research was to identify the influence of the variables speed and temperature in the printing method by extrusion of granulated material, in the properties of the extruded polymer and printing quality. For this, samples were collected from an extruder customized for vertical orientation of three different polymers (ABS, PLA and PCL), dimensional measurements of filaments were carried out, as well as measurement of extrusion pressure, weight and volume. Thermal characterization was also carried out using DSC (Differential Scanning Calorimetry), to verify the thermal transition temperatures (Tg and Tm) and the degree of crystallinity (Xc). to verify the glass and melt temperatures (Tg and Tm), and the degree of crystallinity (Xc). After compiling all the results, it is possible to conclude that for the three polymers, the rotation speed of 20 rpm manages can deliver filaments with good properties, without significantly losing the geometric qualities. ABS proved to be better when extruded at 190°C and it was also possible to conclude that at 180°C the ABS may not have melted correctly, and that at 200°C there are signs of degradation of the material. PLA showed its best performance extruded at 170°C and at lower temperatures, its density was lower, which can be explained by the polymer not having melted correctly. For PCL, better characteristics were observed when extruded at a temperature of 70°C, but there was great difficulty in handling, cooling and solidifying the samples due to its low melting temperature, relatively close to room temperature. Finally, it is possible to conclude that PCL is not suitable for large extruders, and for the additive manufacturing process of large-scale parts.A manufatura aditiva vem ganhando cada vez mais espaço no universo da produção em larga escala. Inventada como um processo de produção ágil e flexível, ela surgiu como uma alternativa de prototipagem rápida para pequenos conjuntos de geometria complexa. Hoje, os desafios nesse novo rumo em direção a fabricação em larga escala são inúmeros. Plataformas de impressão maiores, combinados com utilização de extrusoras de grande porte controladas por braços robóticos são exemplos das novas aplicações da manufatura aditiva. O processo também precisa se adequar aos novos requisitos exigidos. Dentre eles, pode-se afirmar que a qualidade de impressão aliada a boas propriedades estão entre os mais desejados pelo mercado. Desta forma, o objetivo central desta pesquisa foi identificar a influência das variáveis velocidade e temperatura no método de impressão por extrusão de material granulado, nas propriedades e qualidade de impressão do filamento polimérico extrudado. Para isso, foram coletadas amostras de uma extrusora customizada para orientação vertical de três polímeros distintos (ABS, PLA e PCL), realizadas medições dimensionais dos filamentos, assim como aferição da pressão de extrusão, peso e volume. Também foi feita a caracterização térmica através de DSC (Calorimetria Exploratória Diferencial), para verificação das temperaturas de transição transição vítrea e fusão (Tg e Tm), assim como o grau de cristalinidade (Xc). Após a compilação de todos os resultados, é possível concluir que para os três polímeros, a rotação intermediária testada de 20 rpm consegue entregar filamentos com boas propriedades, sem perder significativamente as qualidades geométricas. O ABS se mostrou melhor quando extrudado a 190°C e também, foi possível concluir que a 180°C o ABS pode não ter se fundido corretamente, e que a 200°C há indícios de degradação do material. O PLA mostrou seu melhor desempenho extrudado a 170°C e em temperaturas inferiores, teve sua densidade mais baixa, o que pode ser explicado devido ao polímero não ter se fundido corretamente. Para o PCL, foram observadas características melhores quando extrudado na temperatura de 70°C, mas houve uma grande dificuldade no manuseio, resfriamento e solidificação das amostras devido a sua baixa temperatura de fusão, relativamente próxima a temperatura ambiente. Pontato, é possível concluir o PCL não é indicado para extrusoras de grande porte, e para o processo de fabricação aditiva de peças em grande escala.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessManufatura aditivaExtrusãoPolímeros PelletsFGFCarcterização térmica de polímerosDSCAdditive manufacturingExtrusionPolymer PelletsThermal characterization of polymersENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::ROBOTIZACAOEstudo da influência da velocidade e temperatura de operação em impressão 3D por extrusão de polímeros granuladosStudy of the processing speed and temperature influence on 3D printing by extrusion of polymers pelletsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdf.txtDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdf.txtExtracted texttext/plain103034https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e2fc768e-4f3a-4022-b4dc-b9b7cdd3540b/download7f46135c651d6febd93973356a073201MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdf.jpgDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4803https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b143670d-5bab-4a4a-89db-156fa2785036/download225b233d481e0b042efdac6f2c44b515MD54falseAnonymousREADORIGINALDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdfDissertacao_Gabriel_Zutin_PPGEMec-Final.pdfapplication/pdf6407060https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/32011b4b-6b3f-4a9e-86e1-90febca426a5/downloade17ce31493926c4c7044591c2ea4eebcMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2c0eb720-481c-48fb-bcd0-5902389e2f8f/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/199162025-02-06 02:17:10.735http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19916https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:17:10Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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