Avaliação das propriedades mecânicas e dimensionais de diferentes polímeros processados pelo método FDM

Abstract

A manufatura aditiva vem se tornando uma técnica potencializadora e capacitadora quando integrada na linha de produção, na qual sabe-se que um dos pilares da Industria 4.0 é o uso de manufatura aditiva para impressão 3D. Uma das técnicas mais versáteis para a manufatura aditiva de peças poliméricas é a Fused Deposition Modeling, esse processo é caracterizado por depositar o material fundido em forma de filamento, onde em um bico calibrado utiliza-se temperaturas superiores à de fusão do material, tornando possível realizar a extrusão do material. A formação do objeto desejado consiste em sobrepor camadas de filamentos fundidos até obter a geometria desejada. Essa técnica tem se popularizado ao longo dos anos devido à sua versatilidade e relativo baixo custo, no entanto, a falta de normas e orientações específicas para os parâmetros de processamento acabam impondo uma certa dificuldade quanto ao uso dessa tecnologia em relação à reprodutibilidade das propriedades. Paralelamente, novos materiais são inseridos no mercado para aplicação deste tipo de técnica, tornando cada vez mais necessário o desenvolvimento de estudos para fornecer dados técnicos aos utilizadores. Este trabalho tem como objetivo avaliar a estabilidade dimensional e o comportamento mecânico de amostras impressas pelas impressoras Stratasys Fortus 450mc, GTMax Core GT4 E GTMax Core GT5 com filamentos à base de ABS, Policarbonato, Copoliéster e Polietermida (PEI). Dentre as amostras impressas pela Stratasys, foram definidos diferentes parâmetros quanto à percentual de preenchimento da peça, já as amostras impressas pela GTMax Core GT4 foram alternadas parâmetros como a percentual de preenchimento e a temperatura de mesa, pois a impressora oferece essa possibilidade. Em relação ao comparativo entre as propriedades dimensionais das amostras impressas na Stratasys Fortus 450mc de ABS M30 e Polieterimida (PEI) foi constatado que o Polieterimida (PEI) tem maior estabilidade dimensional e apresenta uma menor variância em relação ao modelo CAD projetado. Devido às características da técnica de fabricação, as medidas obtidas na direção da espessura das amostras apresentaram maior variação em relação às medidas da largura da área de seção reduzida. Já em relação ao comparativo entre as propriedades mecânicas do material, as amostras de ABS M30 impressas pela Stratasys Fortus 450mc apresentaram valores superiores de limite de resistência em relação aos resultados obtidos das amostras de filamento de Polieterimida (PEI), diferentemente do previsto pelos fabricantes do filamento. Já as amostras impressas pela GTMax Core GT5 apresentaram dependência das propriedades mecânicas quando variadas a percentual de preenchimento e temperatura de mesa. Para as amostras impressas nessa impressora com filamento de ABS Premium os resultados se mostraram variar conforme a percentual de preenchimento e a temperatura de mesa, diferentemente dos resultados obtidos para o Policarbonato e o Copoliéster, foi encontrada pouca influência da variação da temperatura de mesa. As amostras impressas com filamento de policarbonato impressos na GTMax Core GT5 percebe-se que houve uma variação, onde todos os dados obtidos pela impressora GTMax Core GT5 se apresentaram inferiores.

The additive manufacturing has become a powerful technique when integrated to the shop floor. In addition, it is known that one of the pillars from industry 4.0 is the use of additive manufacturing for 3D printing. One of the most versatile techniques for additive manufacturing of polymeric parts is FDM. This process is characterized by depositing the molten material in filament form, where a calibrated nozzle uses temperatures higher than the melting point of the material, making it possible to extrude the material. The formation of the desired object consists of superimposing layers of fused filaments until obtaining the required geometry. This technique has become popular over the years due to its versatility and relatively low cost, however, the lack of specific norms for the processing parameters end up imposing a certain difficulty regarding the use of this technology in relation to the replication of properties. At the same time, new materials are introduced in the market for the application of this technique, making it necessary the development of studies to provide technical information to users. This work aims to evaluate the dimensional stability and mechanical behavior of samples printed by Stratasys Fortus 450mc, GTMax Core GT4 and GTMax Core GT5 printers with filaments based on ABS, Polycarbonate, Copolyester and Polyetherimide. Among the samples printed by Stratasys, different parameters were defined regarding the density of the piece. The samples printed by GTMax Core GT4 have switched parameters such as fill density and table temperature as the printer offers this possibility. With different aspects to be defined, it is necessary to control the process in order to achieve reproducibility in order to achieve the desired properties for a project. Regarding the comparison between the dimensional properties of the samples printed on Stratasys Fortus 450mc of ABS M30 and Polyetherimide (PEI), it was found that PEI has greater dimensional stability and lower variance in relation to the designed CAD model. It is known that the measurements obtained from the thickness of the samples presented bigger variation in relation to the measurements of the width of the reduced section area and CAD design. Regarding the comparison between mechanical properties of the material, the ABS M30 samples printed by Stratasys Fortus 450mc showed higher values in relation to the results obtained from the PEI filament samples, different from that indicated by the data sheet. On the other hand, samples printed by GTMax Core GT5 showed a behavioral variation in relation to density and table temperature changes. The samples showed different levels of interactions between the selected printing parameters. For samples printed with ABS Premium filament, results varied based on density and table temperature. Unlike the results obtained for Polycarbonate and Co-polyester, these samples showed that their results have a greater influence on the fill density than on the table temperature. In the samples printed with polycarbonate filament using the GTMax Core GT5, it was noticed that there was a variation, where all the data obtained by the printer were inferior.