Comportamento mecânico da poliamida e da poliamida com fibra de carbono fabricadas por impressão 3D e suas aplicações na área industrial

Abstract

A manufatura aditiva/impressão 3D está em constante evolução, ampliando suas aplicações na indústria. O sucesso dessa tecnologia depende da seleção precisa de materiais e parâmetros de processo. Destacam-se os polímeros termoplásticos e os compósitos poliméricos com fibras de carbono, ideais para a técnica de Fabricação de Filamento Fundido (FFF). O presente trabalho aborda a análise das propriedades mecânicas (tração e flexão) da poliamida (PA) e da PA reforçada com fibra de carbono fabricadas por impressão 3D e sua relevância no contexto industrial. O objetivo deste trabalho foi comparar as propriedades mecânicas desses materiais e identificar suas aplicações potenciais em indústrias. A problemática central reside na necessidade de compreender o desempenho mecânico desses materiais, considerando variações decorrentes da presença de fibra de carbono e, principalmente, o uso do processo de impressão 3D. Além disso, o estudo conduziu a comparação direta das propriedades da PA e da PA/fibra de carbono, produzidas através da tecnologia de impressão 3D, em comparação com outras técnicas convencionais de fabricação, como a injeção. A metodologia adotada envolveu a realização de ensaios de tração e flexão para caracterização das propriedades mecânicas, e comparou os resultados obtidos para a PA e o compósito PA/fibra de carbono, além de trazer aplicações desses materiais como ferramentas e peças finais e de reposição na área industrial. A PA reforçada com fibra de carbono apresentou maior módulo de elasticidade, resistência à tração e resistência à flexão. Além disso, as peças fabricadas por meio da impressão 3D demonstram a capacidade de substituir peças injetadas em várias aplicações. Portanto, as peças fabricadas por meio da impressão 3D demonstram um potencial notável para substituir peças produzidas por outros métodos tradicionais de fabricação. A versatilidade oferecida pela manufatura aditiva torna essa tecnologia uma escolha viável e, em muitos casos, preferencial para uma ampla gama de aplicações industriais que utilizam produtos fabricados a partir de polímeros termoplásticos ou compósitos poliméricos.

Additive manufacturing/3D printing is constantly evolving, expanding its applications in the industry. The success of this technology relies on the precise selection of materials and process parameters. Notably, thermoplastic polymers and polymeric composites with carbon fibers stand out, ideal for the Fused Filament Fabrication (FFF) technique. This study addresses the analysis of the mechanical properties (tensile and flexural) of polyamide (PA) and PA reinforced with carbon fiber manufactured by 3D printing and its relevance in the industrial context. The objective was to compare the mechanical properties of these materials and identify their potential applications in industries. The central issue lies in understanding the mechanical performance of these materials, considering variations arising from the presence of carbon fiber and, primarily, the use of 3D printing. Additionally, the study directly compared the properties of PA and PA/carbon fiber, produced through 3D printing, with other conventional manufacturing techniques, such as injection molding. The adopted methodology involved conducting tensile and flexural tests to characterize the mechanical properties and compared the results obtained for PA and the PA/carbon fiber composite. It also presented applications of these materials as tools, final parts, and replacements in the industrial sector. Carbon fiber-reinforced PA exhibited a higher modulus of elasticity and tensile/flexural strength. Furthermore, parts manufactured through 3D printing demonstrated the ability to replace injection-molded parts in various applications. Therefore, parts produced through 3D printing show remarkable potential to replace components manufactured by other traditional manufacturing methods. The versatility offered by additive manufacturing makes this technology a viable and, in many cases, preferred choice for a wide range of industrial applications that involve products made from thermoplastic polymers or polymeric composites.