Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26294
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5559-2774
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo das propriedades mecânicas, tribológicas, de qualidade dimensional e condutividade elétrica de peças impressas em PLA e ABS com e sem grafeno
Alternate title (s): Study of the mechanical, tribological, dimensional quality and electrical conductivity properties of PLA and ABS printed parts with and without graphene
Author: Camargo, José Carlos
First Advisor: Machado, Álisson Rocha
First coorientator: Almeida, Erica Cristina
First member of the Committee: Silva Jr., Washington Martins da
Second member of the Committee: Fiocchi, Arthur Alves
Fourth member of the Committee: Mendes, Luciano Antonio
Fifth member of the Committee: Volpato, Neri
Summary: A manufatura aditiva é uma tecnologia que permite fabricar produtos com geometrias complexas as quais não poderiam ser fabricadas pelos processos convencionais. Uma das tecnologias da manufatura aditiva é a modelagem por fusão e deposição, a qual vem sendo muito utilizada para produzir produtos com boa qualidade, geometrias complexas e de eficiente logística de fabricação e entrega. Devido a evolução, vem sendo utilizada como um processo alternativo ao da moldagem por injeção que somada as outras características, tem gerado um cenário de grandes oportunidades de pesquisa, tanto em materiais como em processos e aplicações. Nesta pesquisa, foram analisadas as alterações das propriedades mecânicas, tribológicas, de qualidade dimensional e condutividade elétrica de corpos de prova, impressos através do processo de modelagem por fusão e deposição, utilizando as matérias-primas PLA e ABS com e sem adição de grafeno. A melhoria destas propriedades, está associada ao estudo dos diversos parâmetros do processo de modelagem por fusão e deposição e da utilização de novos materiais. No planejamento de experimentos, para avaliação da interferência dos parâmetros de processo, foram selecionadas a porcentagem de preenchimento e espessura de camada, as quais, pela bibliografia pesquisada, possuem grande influência nas propriedades. Os resultados foram analisados e comparados com as propriedades obtidas através do mesmo processo de manufatura e que utilizaram as mesmas matérias-primas, ABS e PLA, porém sem grafeno. As propriedades mecânicas (tração e flexão), melhoraram com o aumento da porcentagem de preenchimento e da espessura de camada tanto para o PLA-grafeno quanto para o ABS-grafeno, no entanto, a adição de grafeno melhorou estas propriedades para os CPs que utilizaram a matéria-prima PLA-grafeno em relação ao PLA e piorou para o ABS-grafeno em relação ao ABS. A energia de impacto foi superior nas peças que utilizaram o ABS-grafeno em comparação ao PLA-grafeno. Nos ensaios de condutividade realizados nos CPs manufaturados com o PLA-grafeno, o valor obtido foi zero (não condutivo) enquanto que os CPs que utilizaram o ABS-grafeno tiveram, em média, o valor de 0,24 $ (\Omega.m)^{-1} $. Os resultados dos ensaios que determinaram o coeficiente de atrito, diminuíram com o aumento da carga normal, tanto para o PLA-grafeno quanto para o ABS-grafeno, exceto em peças manufaturadas por injeção por molde (PLA-granulado incolor). Os valores de desgaste aumentaram com o aumento da carga normal em todos os ensaios. O índice de qualidade IT dos CPs produzidos através do processo FDM com o PLA-Grafeno, tiveram valores entre 12 e 13 enquanto que para os CPs produzidos com ABS-grafeno este valor ficou entre 12 e 14. A rugosidade medida nos CPs manufaturados através do processo modelagem por fusão e deposição e que utilizaram a matéria-prima PLA-grafeno, foi superior aos resultados obtidos nas medições no CPs manufaturados através do mesmo processo e que utilizaram a matéria-prima ABS-grafeno, no entanto, estes resultados são conclusivos apenas para estas matérias-primas e processo selecionados, uma vez que se alteram significativamente quando se modificam as matérias-primas e parâmetros do processo de manufatura.
Abstract: Additive manufacturing is a technology that makes it possible to manufacture products with complex geometries that could not be manufactured by conventional processes. One of the additive manufacturing technologies is fused deposition modeling, which has been widely used to produce good quality products, complex geometries, and efficient manufacturing and delivery logistics. Due to the evolution, it has been used as an alternative process to that of injection moulding that added to the other characteristics, has generated a scenario of great research opportunities, both in materials as in processes and applications. In this research, the changes in the mechanical, tribological, dimensional quality and electrical conductivity properties of printed samples through the process of fused deposition modeling were analyzed by using PLA and ABS raw materials with and without graphene addition. The improvement of these properties is associated to the study of the several parameters of the process of fused deposition modeling and the use of new materials. In the planning of experiments to evaluate the interference of the process parameters, the percentage of fill and layer thickness were selected, which, by the bibliography researched, these have great influence in the properties. The results were analyzed and compared with the properties obtained through the same manufacturing process and using the same raw materials, ABS and PLA, but without graphene. Mechanical properties (tensile and bending) improved the increasing fill percentage and layer thickness for both PLA-graphene and ABS-graphene. However, the addition of graphene improved these properties for PCs using PLA-graphene compared to PLA and worsened for ABS-graphene compared to ABS. The impact energy was higher in the pieces that used ABS-graphene compared to PLA-graphene. In the conductivity tests performed on the sample manufactured with PLA-graphene the obtained value was zero (non-conductive) while the ABS-graphene had, on average, the value of 0,24 $ (\Omega.m)^{-1} $.The results of the tests that determined the coefficient of friction decreased with the increase of the normal load, for both PLA-graphene and ABS-graphene, except for injection moulding parts (PLA-colorless granules). Wear values increased with increasing normal load in all tests. The IT quality index of parts produced by the FDM process with PLA-Graphene had values between 12 and 13 whereas for the parts produced with ABS-graphene this value was between 12 and 14. The roughness measured in the sample manufactured through the process modeling and that utilized the PLA-graphene raw material, was superior to the results obtained in the measurements in the sample manufactured through the same process and that used the ABS-graphene. However, these results are conclusive only for these raw materials and process as they change significantly when the raw materials and parameters of the manufacturing process are modified.
Keywords: Modelagem por fusão e deposição
Engenharia mecânica
Propriedades mecânicas
Processos de fabricação
PLA-grafeno
Grafeno
ABS-grafeno
Propriedade mecânica
Tribologia
Condutividade elétrica
Elétricas
Tribológicas e de qualidade
PLA-graphene
ABS-graphene
Fused deposition modeling
Mechanical
Electrical
Tribological and quality properties
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: CAMARGO, José Carlos. Estudo das propriedades mecânicas, tribológicas, de qualidade dimensional e condutividade elétrica de peças impressas em PLA e ABS com e sem grafeno. 2019. 262 f. Tese de doutorado - Universidade Federal de Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.13
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.13
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26294
Date of defense: 8-Mar-2019
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