Desenvolvimento de suspensão fotossensível de vidro soda-cal-sílica para impressão 3D por processamento digital de luz (DLP)

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Pires, Ana Caroline Batista
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 3D printing; additive manufacturing; digital light processing; impressão 3D; manufatura aditiva; processamento digital de luz; soda-lime-silica glass; vidro de janela; vidro soda-cal-sílica; window glass
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-16032023-164029/

Apesar dos mais de 30 anos de desenvolvimento das técnicas de manufatura aditiva, que consiste na adição sucessiva de material, camada por camada, para fabricar peças a partir de um modelo digital, o uso de vidros como matéria-prima é recente. As primeiras pesquisas surgiram em 2010 e progrediram buscando viabilidade técnica em aplicações avançadas, principalmente ópticas, microfluídicas e biomédicas, com destaque para a produção de scaffolds de biovidros e vitrocerâmicas bioativas. O interesse em vidros nessas aplicações se deve fortemente a suas excelentes propriedades, que são ajustáveis em função da composição química. As técnicas de estereolitografia (SLA) e processamento digital de luz (DLP) têm se mostrado bastante promissoras na fabricação de peças de vidro geometricamente complexas e com alta resolução e qualidade superficial. No entanto, elas ainda são limitadas à algumas poucas composições, visto que a maioria dos trabalhos publicado se basearam no uso de nanopartículas de sílica vítrea dispersas em resinas fotossensíveis. Assim, este trabalho tem por objetivo expandir o rol de matérias-primas para manufatura aditiva utilizando partículas de vidro soda-cal-sílica. Para isto, foi desenvolvida uma suspensão fotossensível de vidro sodacal-sílica com características reológicas adequadas ao processamento digital de luz (DLP). Partículas oriundas da moagem de um vidro de janela comercial foram dispersas em uma mistura de monômero (PEGDA 250), fotoiniciador (PPO) e dispersante. De acordo com os testes reológicos, o dispersante BYK-2001 se destacou, resultando em uma suspensão com 40% em volume de sólidos, estável, dispersa e de baixa viscosidade (0,13 Pa.s na taxa de cisalhamento de 30 s-1). Peças altamente complexas, que dificilmente seriam obtidas por métodos tradicionais de fabricação, foram impressas com sucesso em uma impressora 3D DLP comercial. Tratamentos térmicos de queima de ligante e sinterização até 650 °C, seguindo um protocolo de queima com base em análises termogravimétricas, resultaram em peças com até 91,6% de densificação e retração volumétrica de aproximadamente 57% após 40 h. Porém, as peças resultantes apresentaram coloração escura pela queima parcial do ligante, tornando necessário ajustar o procedimento para se obter peças de vidro translúcidas ou transparentes