Estratégia de deposição com variação de largura do filamento para geração de estruturas porosas com manufatura aditiva por extrusão de material

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Nisio, Felipe Gonçalves Di
• Orientador(a): Volpato, Neri
• Banca de defesa: Costa, Carlos Alberto , Berti, Lucas Freitas , Volpato, Neri
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Materiais porosos; Manufatura aditiva; Processos de fabricação; Porosidade; Processo de extrusão; Porous materials; Additive manufacturing; Manufacturing processes; Porosity; Extrusion process
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28660

Através da Manufatura Aditiva (AM) por extrusão de material é possível a fabricação de meios porosos (MP) com estrutura planejada apenas variando os parâmetros de processo. Diversos estudos foram realizados para a obtenção de estruturas lattice utilizando o preenchimento tipo raster e aplicando filamentos depositados com largura constante. Neste trabalho é proposta uma estratégia de deposição para a obtenção de uma estrutura porosa única, utilizando a variação da largura dos filamentos extrudados. Estes filamentos (denominados de segmentados) são divididos em trechos grossos e finos, identificados de acordo com a sua largura, gerados por meio da variação combinada dos parâmetros de velocidade de impressão e da taxa de extrusão de material durante a deposição. Um algoritmo capaz de gerar o preenchimento proposto foi desenvolvido e implementado no programa de planejamento de processo RP3 (Rapid Prototyping Process Planning), permitindo o controle dos parâmetros nos segmentos das linhas de preenchimento. Testes preliminares foram realizados em uma impressora de baixo custo, em PLA, visando analisar o comportamento do equipamento em resposta à variação dos parâmetros durante a impressão dos filamentos segmentados. Esses testes possibilitaram a definição de parâmetros para a fabricação de MP com diferentes configurações, que foram analisadas geometricamente por microtomografia computadorizada (μCT) e caracterizadas através de ensaios de porosidade e permeabilidade. Uma configuração fabricada com o preenchimento raster tradicional (sem variação de largura do filamento depositado) serviu de comparação ao preenchimento proposto. Os resultados mostraram que a impressora 3D foi capaz de reproduzir o padrão de deposição proposto e que as dimensões e densidade dos poros na camada podem ser controladas pelos parâmetros da estratégia. A estrutura porosa obtida, quando comparada a estrutura tradicional, apresenta poros com maior razão de aspecto e com menor interconectividade na estrutura. A configuração com o preenchimento proposto apresentou 27% menos porosidade e uma redução de 55% na permeabilidade quando comparada ao preenchimento raster tradicional em amostras de mesma dimensão e com parâmetros de impressão básicos semelhantes. Por ser uma estratégia inovadora, que obtém uma estrutura porosa única, o trabalho abre campo para novas oportunidades de estudos e aplicações.