58° Congresso Brasileiro de Cerâmica
Bento Gonçalves – RS
Maio de 2014
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
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
MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS
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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
Matérias-primas
Preparação da Suspensão
1
Alumina:
• A 1000SG
• CT 3000SG
Dextrina
H2O + Alumina +
Dextrina
Ajuste do pH
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
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MATERIAIS E MÉTODOS
Granulação
Preparação do pó
4
2
Mistura/Desaglomeração
em moinho de bolas 24h
TOPO
3
LIOFILIZAÇÃO DA
SUSPENSÃO
(em bandejas)
MEIO
Desaglomeração do
material liofilizado
BASE
5
Separação do pó granulado
em diferentes classes de
tamanhos
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MATERIAIS E MÉTODOS
 Parâmetros do peneiramento
Peneira ASTM No.*
Tamanho (μm)
100
150
120
125
140
106
170
90
200
75
230
63
270
53
325
45
400
38
* Norma ASTM E11-09
Tamanho máximo Partícula (DL)
150μm
Tamanho mínimo Partícula (DS)
38 μm
Relação de tamanhos CSR
4
2: 1
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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
Espessura da camada (mm)
0,0875
Quantidade de Aglutinante/Volume
0,244 e 0,476
Tamanho da amostra (mm)
5x5x50
Modelo antigo
Sistema de alimentação
de pó granulado
Modelo novo
ZPrinter® 450
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
 Fluidez do feedstock
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
 Caracterização mecânica: flexão 4 pontos
TENSÃO DE RUPTURA x TEMPERATURA de SINTERIZAÇÃO
80
70
TENSÃO DE RUPTURA (MPa)
60
A 1000SG
CT 3000SG
50
40
30
20
10
0
1200 °C
1400 °C
TEMPERATURA
1600 °C
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
LARGURA
20
18
16
A 1000 SG
CT 3000SG
% Retração
14
12
10
8
6
4
2
0
1200
1400
TEMPERATURA (°C)
1600
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
 Estabilidade dimensional: Retração linear
ALTURA
18
16
A 1000SG
14
CT 3000SG
12
% RETRAÇÃO
10
8
6
4
2
0
1200
1400
-2
-4
TEMPERATURA (°C)
1600
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
 Estabilidade dimensional: Retração linear
COMPRIMENTO
22
20
18
A 1000SG
CT 3000SG
16
1000 °C
1200°C
14
% RETRAÇÃO
1400 °C
12
1600°C
10
8
6
4
2
0
1200
1400
TEMPERATURA (°C)
1600
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
 Anisotropia para 1600 °C
LARGURA x ALTURA x COMPRIMENTO 1600 °C
25
20
19,51
19,28
19,95
18,40
Altura
16,91
% Retração
Largura
Comprimento
15
13,09
10
5
0
CT 3000SG
A1000 SG
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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
 Morfologia : superfície de fratura – amostras sinterizadas a 1600 °C
CT-3000SG + dextrina, com razão
ligante/pó de 0,476
CT-3000SG + dextrina com razão
ligante/pó de 0,244
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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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Obrigado pela atenção !
Angelo Pradella Titton
Instituto de Materiais Cerâmicos - UCS
[email protected]
Tel.: +55 51 3634-1100
http://www.ucs.br/site/imc