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MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS OBTIDOS POR MANUFATURA ADITIVA (3D PRINTER)
Titton, A.P.; Ordonez, M.C; Farias, M.C.M.; Lunkes, M.S.; Catafesta, J.; Neto, A.S.; Zorzi, J.E.; Cruz, R.C.D.
BOM PRINCÍPIO - RS
58° Congresso Brasileiro de Cerâmica Bento Gonçalves – RS
Maio de 2014
MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS OBTIDOS POR MANUFATURA ADITIVA (3D PRINTER)
ÂNGELO PRADELLA TITTON
MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS OBTIDOS POR MANUFATURA ADITIVA (3D PRINTER)
ÂNGELO PRADELLA TITTON
AGENDA:
- Introdução: Manufatura Aditiva
- Objetivo
- Materiais e Métodos
- Resultados e Discussão
- Conclusões
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MANUFATURA ADITIVA
Indirect 3D Printing – 3DP ou Prototipagem Rápida
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OBJETIVOS
Preparação de mistura pó + dextrina com fluidez adequada para impressão indireta Analisar a estabilidade dimensional (retração) de amostras prototipadas e
sinterizadas em diferentes temperaturas
Avaliar desempenho mecânico (tensão de ruptura) das amostras
Avaliar microestrutura (distribuição do tamanho de poros) das amostras
Avaliar efeito da variação da quantidade de aglutinante na microestrutura obtida
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MATERIAIS E MÉTODOS
Alumina:
• A 1000SG • CT 3000SG
Matérias-primas
Dextrina
Preparação da Suspensão
H2O + Alumina + Dextrina
1
Formulação da Suspensão/Solução m (g)
H2O – Destilada e Deionizada 200
IQA EO5 – Dispersante 4,47
α - Al2O3 (CT 3000SG e A1000 SG) 447,07
H2O – Destilada e Deionizada 117,65
Dextrina 28,24
Ajuste do pH
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Granulação
Desaglomeração do material liofilizado
Separação do pó granulado em diferentes classes de
tamanhos
4 5
MATERIAIS E MÉTODOS
Mistura/Desaglomeração em moinho de bolas 24h
3 2
LIOFILIZAÇÃO DA SUSPENSÃO
(em bandejas)
Preparação do pó
TOPO MEIO BASE
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Tamanho máximo Partícula (DL) Tamanho mínimo Partícula (DS) Relação de tamanhos CSR
150μm 38 μm 24
: 1
Peneira ASTM No.* Tamanho (μm)
100 150
120 125
140 106
170 90
200 75
230 63
270 53
325 45
400 38
MATERIAIS E MÉTODOS
* Norma ASTM E11-09
Parâmetros do peneiramento
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MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos pós de partida
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MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos aglomerados
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MATERIAIS E MÉTODOS
ZPrinter® 450
Modelo antigo
Modelo novo
Sistema de alimentação de pó granulado
Espessura da camada (mm) 0,0875
Quantidade de Aglutinante/Volume
0,244 e 0,476
Tamanho da amostra (mm)
5x5x50
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Fluidez do feedstock
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1200 °C 1400 °C 1600 °C
TEMPERATURA
TENSÃO DE RUPTURA x TEMPERATURA de SINTERIZAÇÃO
A 1000SG
CT 3000SG
TEN
SÃO
DE
RU
PTU
RA
(MP
a)
Caracterização mecânica: flexão 4 pontos
Média (MPa) Desv. Pad (MPa)
1200 °C
6,53 0,61
8,61 1,15
1400 °C
28,97 0,88
35,86 5,30
1600 °C
56,72 3,96
70,04 4,17
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Estabilidade dimensional: Retração linear
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1200 1400 1600
LARGURA
A 1000 SG
CT 3000SG
TEMPERATURA (°C)
% R
etra
ção
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-4
-2
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1200 1400 1600
A 1000SG
CT 3000SG
ALTURA
TEMPERATURA (°C)
% R
ETR
AÇ
ÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Estabilidade dimensional: Retração linear
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Estabilidade dimensional: Retração linear
RESULTADOS E DISCUSSÃO
0
2
4
6
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14
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18
20
22
1200 1400 1600
A 1000SG
CT 3000SG
COMPRIMENTO
TEMPERATURA (°C)
% R
ETR
AÇ
ÃO
1000 °C
1200°C
1400 °C
1600°C
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Anisotropia para 1600 °C
19,28 18,40
16,91
13,09
19,51 19,95
0
5
10
15
20
25
CT 3000SG A1000 SG
LARGURA x ALTURA x COMPRIMENTO 1600 °C
Largura
Altura
Comprimento
% R
etra
ção
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
CT-3000SG + dextrina, com razão ligante/pó de 0,476
CT-3000SG + dextrina com razão ligante/pó de 0,244
Morfologia : superfície de fratura – amostras sinterizadas a 1600 °C
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CONCLUSÕES
Feedstock utilizando dextrina como ligante possibilita a confecção de peças com boa resistência a verde e de fácil manipulação e pós tratamento;
O ajuste da granulometria do feedstock é fundamental para que o material flua através do sistema de alimentação da impressora;
Ensaios de flexão 4 pontos mostraram resultados satisfatórios, obtendo-se resultados com desvios baixos para materiais cerâmicos, quando comparados com outros processos de fabricação (e.g. injeção e prensagem unidirecional);
A Alumina CT 3000SG demonstrou resultados superiores para tensão de ruptura, porém com desvios maiores;
A Alumina A 1000SG obteve resultados menores para retração;
Os ensaios de porosimetria mostraram que quanto maior a quantidade de aglutinante/Volume menor a porosidade total mas gera poros maiores.
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Peças funcionais em desenvolvimento:
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Angelo Pradella Titton Instituto de Materiais Cerâmicos - UCS
[email protected] Tel.: +55 51 3634-1100
http://www.ucs.br/site/imc
Obrigado pela atenção !