Avaliação de peças impressas de ABS e PETG-CF via Fabricação de Filamento Fundido para aplicação em Transformadores

Abstract

A crescente demanda por soluções técnicas mais eficientes e ecologicamente corretas na indústria elétrica incentivou a aplicação da manufatura aditiva na fabricação de elementos de transformadores. Este trabalho investigou a aplicação de filamentos poliméricos ABS e PETG-CF, impressos em 3D por Fabricação de Filamento Fundido (do inglês Fused Deposition Modeling - FDM), para uso em componentes de transformadores elétricos imersos em óleo isolante. O objetivo foi avaliar a compatibilidade desses materiais impressos com óleos isolantes minerais e vegetais por meio de testes de envelhecimento térmico acelerado, conforme as normas ABNT NBR 14274:2013 e NBR 16431:2013. Para isso, foram realizados testes de compatibilidade focados na análise das propriedades físico-químicas e dielétricas dos óleos após o envelhecimento (incluindo índice de neutralização, rigidez dielétrica, fator de dissipação dielétrica, tensão interfacial e viscosidade). Complementarmente, o estudo caracterizou os materiais através de ensaios mecânicos de tração e análise térmica por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), avaliando as propriedades e transições térmicas tanto dos filamentos originais quanto das amostras impressas. Os resultados revelaram que, sob envelhecimento térmico a 100°C por 164 horas, os óleos mineral e vegetal demonstraram boa estabilidade quando em contato tanto o ABS quanto o PETG-CF impressos. As propriedades dos fluidos foram mantidas dentro dos limites regulamentares. Contudo, a caracterização mecânica mostrou que as propriedades de tração das amostras impressas com 15% de densidade de preenchimento foram significativamente inferiores aos valores típicos para o material maciço, confirmando o impacto crucial da baixa densidade de preenchimento no desempenho estrutural, quando comparado com os preenchidos 100%. A pesquisa contribui com dados técnicos valiosos para a seleção de polímeros impressos em 3D para aplicações em sistemas de isolamento imersos em óleo no setor elétrico.

The growing demand for more efficient and environmentally friendly technical solutions in the electrical industry has encouraged the application of additive manufacturing in the fabrication of transformer components. This work investigated the application of ABS and PETG-CF polymer filaments, 3D printed by Fused Deposition Modeling (FDM), for use in components of electrical transformers immersed in insulating oil. The objective was to evaluate the compatibility of these printed materials with mineral and vegetable insulating oils through accelerated thermal aging tests, according to ABNT NBR 14274:2013 and NBR 16431:2013 standards. For this purpose, compatibility tests were performed, focusing on the analysis of the physicochemical and dielectric properties of the oils after aging (including neutralization index, dielectric strength, dielectric dissipation factor, interfacial tension, and viscosity). Additionally, the study characterized the materials through tensile tests and thermal analyses by Differential Scanning calorimetry (DSC), evaluating the properties and thermal transitions of both the original filaments and the printed samples. The results revealed that, under thermal aging at 100°C for 164 hours, both printed ABS and PETG-CF demonstrated good stability with the mineral and vegetable oils. The fluid properties were maintained within regulatory limits, and few visual changes were observed in the polymers. However, the mechanical characterization showed that the tensile properties of samples printed with 15% infill density were significantly lower than typical values for bulk material, confirming the crucial impact of low infill density on structural performance, when compared to those filled 100%. The research contributes valuable technical data for the selection of 3D printed polymers for applications in oil-immersed insulation systems in the electrical sector.