Projeto e fabricação de componentes mecânicos por manufatura aditiva e estruturação interna

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Lovo, João Fiore Parreira
• 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: Additive manufacturing; Composite materials; Estruturas mecânicas; Manufatura aditiva; Materiais compósitos; Mechanical design; Mechanical structures; Projeto mecânico
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18146/tde-20052020-112758/

Na atividade de projeto mecânico, é recorrente a busca por componentes resistentes, leves e de rápida fabricação. Materiais compósitos e estruturas modernas com alívio de massa vêm sendo cada vez mais empregados em diversos produtos, e ainda, o advento da manufatura aditiva viabiliza geometrias complexas e possibilita novas composições estruturais. Nesse sentido, o presente trabalho objetiva projetar e analisar a viabilidade de peças com estruturação interna se valendo de geometrias internas complexas (vazios) geradas por manufatura aditiva e da resistência mecânica de materiais de reforço (preenchendo tais vazios). Para tanto, foi realizado projeto, fabricação e testes (físicos e virtuais) de corpos de prova densos e corpos de prova com canais estruturais internos preenchidos por material de reforço, sendo tais peças confeccionadas por manufatura aditiva e as estruturações internas otimizadas para suportar maiores tensões nas direções críticas do ensaio. Inicialmente, foi caracterizado o material polimérico ABS impresso em diferentes orientações de fabricação. Também foi selecionada uma resina epoxi de alta resistência mecânica e fibra de carbono para uso como materiais de reforço. Diversas configurações e proporções com as matérias-primas empregadas nesse estudo foram caracterizadas mecanicamente para referenciamento do projeto. Dos resultados principais obtidos, os corpos de prova impressos em alta densidade e preenchidos, 5% em volume, apenas com resina, atingiram resistência à flexão de 57 MPa, 8% maior que os corpos feitos somente em ABS impresso. Após etapas de otimização da geometria interna, com uso do Método dos Elementos Finitos, foram obtidos corpos de prova para ensaios de flexão com 50% de ABS, 49% de resina e 1% de fibra de carbono em volume, e tais corpos atingiram resistência à flexão de 112 MPa, valor superior a 210% do suportado pelos corpos somente em ABS. As peças projetadas e testadas ainda apresentaram baixa densidade, menor que 1,2 g/cm³, preservando a geometria e dimensão externa, conforme projetado e fabricado por manufatura aditiva. O desenvolvimento do trabalho mostra a possibilidade de novas concepções em projeto de componentes mecânicos aliando a flexibilidade de formas da manufatura aditiva com reforço estrutural de materiais compósitos.