Caraterização mecânica de elementos com estruturas baseadas em biomimética obtidos por fabrico aditivo - Gonçalves, Bruna Alexandra Adrião (2024)
Os processos de Fabrico Aditivo (FA) têm vindo a sofrer um grande desenvolvimento e seu campo de aplicação tem crescido significativamente nos últimos anos. Estes, são utilizados para criar protótipos, moldes e peças funcionais, apropriados para cumprir as exigências necessárias nas aplicações de engenharia. As técnicas de FA, particularmente, o Fabrico por Filamento Fundido (FFF), possibilitam a produção rápida e económica de peças geometricamente complexas, com ótima precisão dimensional. Contudo, a resistência mecânica destas peças é um aspeto que ainda requer melhorias, mediante a otimização dos parâmetros de impressão do processo e a definição de geometrias otimizadas. Nesse aspeto, tem-se observado a mimetização de estruturas biológicas que foram otimizadas ao longo de milhares de anos pela própria natureza e que têm propriedades de resistência mecânica muito elevadas para um peso relativamente baixo. Uma das estruturas mais estudadas e mimetizadas é a do osso trabecular. Este, apresenta uma estrutura altamente porosa, heterogénea e anisotrópica, que pode ser encontrada nas epífises dos ossos longos e nos corpos vertebrais. Tendo em conta que o osso trabecular é o principal osso que suporta carga nos corpos vertebrais e, para além disso, transfere a carga das articulações para o osso compacto do córtex dos ossos longos, é fundamental estudar as suas características mecânicas. Uma outra estrutura biológica bastante estudada e utilizada em compósitos são os favos de mel. Na atualidade, os métodos de elementos finitos têm sido bastante utilizados para estudar e avaliar as propriedades mecânicas do osso trabecular e, ainda, conceder ferramentas para interpretar e modelar os testes mecânicos. O objetivo desta pesquisa é elaborar diversas estruturas que avaliem a carga máxima, o deslocamento total e o campo de tensões de von Misses, de estruturas celulares semelhantes ao osso e à favo de mel, impressos em 3D.