Dinâmica de eixos rotativos construídos por manufatura aditiva de extrusão de ABS

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pinhata, Gustavo Marcelo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 3D printing; análise experimental; anisotropia; anisotropy; dinâmica de rotores; experimental analysis; impressão 3D; parametric vibration; resposta ao desbalanço; rotor dynamics; unbalance response; vibração paramétrica
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-06012025-111702/

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento dinâmico de um rotor constituído de disco e eixo impresso em 3D. Analisa-se o comportamento da resposta ao desbalanço, comparando-se o efeito dinâmico de peças produzidas pelo processo de extrusão de ABS com peças produzidas a partir da usinagem de uma barra redonda de ABS. Além disso, compara-se o efeito dinâmico relacionado à variação das propriedades mecânicas na seção transversal em direções ortogonais (ortotropia) para diferentes densidades de preenchimento: 100%, 50% e 25% e variação da direção de preenchimento em relação ao eixo longitudinal, ou seja ângulos raster de [0º] (impressão axial) e [45º/-45º] (impressão cruzada). Apresentam-se as análises numéricas baseadas em elementos finitos do comportamento de um rotor utilizado em um equipamento de pequeno porte e baixo torque trabalhando na posição vertical, sendo analisado inicialmente o comportamento dinâmico de um rotor sem ortotropia, e depois considerando-se a ortotropia do eixo do rotor. As análises numéricas do comportamento dinâmico dos rotores ortotrópicos indicaram a presença de ressonâncias paramétricas e regiões de instabilidade para a resposta do desbalanço. Os ensaios experimentais dos eixos impressos em 3D e dos eixos maciços usinados, realizados na bancada de testes considerando a montagem de um rotor em balanço na posição horizontal sendo ensaiado para a resposta do desbalanço, mostraram que: os eixos com 100% de densidade de preenchimento e direções de impressão de [0º] e de [45º/-45º] apresentam comportamento dinâmico similar ao de eixos maciços usinados; a ortotropia do eixo causa o aparecimento de ressonância paramétrica e ressonância devido à ação da gravidade, apresentando uma maior influência com a diminuição da densidade de preenchimento, e sendo mais significativa para a direção de impressão a [45º/-45º]. Estes resultados são consequência da maior razão de dissimetria (maior ortotropia) dos eixos com menor densidade de preenchimento. O comportamento dinâmico dos eixos com densidade de preenchimento de 100% é semelhante ao dos eixos maciços usinados. Assim, eixos impressos com 100% de preenchimento mostram-se uma alternativa viável para peças de reposição em equipamentos de pequeno porte e baixo torque. A impressão 3D destaca-se como uma solução mais simples e prática em comparação à usinagem, especialmente quando se trata da fabricação de uma única peça ou de pequenos lotes.