MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS OBTIDOS POR MANUFATURA ADITIVA (3D PRINTER)

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1 58 Congresso Brasileiro de Cerâmica Bento Gonçalves RS Maio de 2014 MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS 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

2 AGENDA: - Introdução: Manufatura Aditiva - Objetivo - Materiais e Métodos - Resultados e Discussão - Conclusões

3 MANUFATURA ADITIVA Indirect 3D Printing 3DP ou Prototipagem Rápida

4 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

5 MATERIAIS E MÉTODOS Matérias-primas 1 Preparação da Suspensão Alumina: A 1000SG CT 3000SG Dextrina H 2 O + Alumina + Dextrina Ajuste do ph Formulação da Suspensão/Solução m (g) H 2 O Destilada e Deionizada 200 IQA EO5 Dispersante 4,47 α - Al 2 O 3 (CT 3000SG e A1000 SG) 447,07 H 2 O Destilada e Deionizada 117,65 Dextrina 28,24

6 2 Mistura/Desaglomeração em moinho de bolas 24h Preparação do pó MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS MATERIAIS E MÉTODOS 3 LIOFILIZAÇÃO DA SUSPENSÃO (em bandejas) Desaglomeração do material liofilizado Granulação 4 5 Separação do pó granulado em diferentes classes de tamanhos TOPO MEIO BASE

7 Parâmetros do peneiramento MATERIAIS E MÉTODOS Peneira ASTM No.* * Norma ASTM E11-09 Tamanho (μm) Tamanho máximo Partícula (D L ) Tamanho mínimo Partícula (D S ) Relação de tamanhos CSR 4 150μm 38 μm 2: 1

8 MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos pós de partida

9 MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos aglomerados

10 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 ZPrinter 450 Modelo novo

11 Fluidez do feedstock

12 TENSÃO DE RUPTURA (MPa) MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS Caracterização mecânica: flexão 4 pontos 80 TENSÃO DE RUPTURA x TEMPERATURA de SINTERIZAÇÃO A 1000SG CT 3000SG C 1400 C 1600 C TEMPERATURA Média (MPa) Desv. Pad (MPa) 1200 C 6,53 0,61 8,61 1, C 28,97 0,88 35,86 5, C 56,72 3,96 70,04 4,17

13 % Retração MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS Estabilidade dimensional: Retração linear 20 LARGURA A 1000 SG CT 3000SG TEMPERATURA ( C)

14 % RETRAÇÃO MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS Estabilidade dimensional: Retração linear 18 ALTURA A 1000SG CT 3000SG TEMPERATURA ( C)

15 % RETRAÇÃO MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS Estabilidade dimensional: Retração linear 22 COMPRIMENTO A 1000SG CT 3000SG C 1200 C 1400 C 1600 C TEMPERATURA ( C)

16 % Retração MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE CERÂMICOS POROSOS Anisotropia para 1600 C 25 LARGURA x ALTURA x COMPRIMENTO 1600 C 20 19,28 16,91 19,51 18,40 19,95 Largura Altura 15 13,09 Comprimento CT 3000SG A1000 SG

17 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

18 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

19 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

20 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

21 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

22 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

23 Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros

24 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

25 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.

26 Peças funcionais em desenvolvimento:

27 Obrigado pela atenção! Angelo Pradella Titton Instituto de Materiais Cerâmicos - UCS aptitton@gmail.com Tel.:

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