Avaliação dos parâmetros de processamento em impressão 3D nas propriedades do poliácido lático

Abstract

Os processos de manufatura de polímeros têm sido modernizados para acompanhar a crescente demanda industrial por inovações, produtividade e competitividade. Um novo processo, dentro da classe de manufatura aditiva, é a impressão 3D, em que a peça, a partir de um modelo computadorizado é fabricada camada a camada por diferentes técnicas. Este processo possibilita a rápida produção ou prototipagem de peças que não seriam possíveis ou viáveis dentro dos processos convencionais de fabricação, o que abre novas possibilidades dentro das mais diversas áreas. No entanto, a falta de conhecimento na área é uma das grandes barreiras para o aumento em sua utilização. Tendo isto em vista, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito dos diferentes parâmetros de processo utilizados em impressão 3D por FDM (modelagem por deposição do fundido) nas propriedades físicas, estruturais, térmicas e morfológicas do objeto moldado. O polímero utilizado neste estudo foi o poliácido láctico (PLA). Para o desenvolvimento desta pesquisa, o estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira, foram avaliados os parâmetros de padrão, orientação e quantidade do preenchimento dos corpos de prova. Na segunda, foram avaliados os seguintes parâmetros de processamento: velocidade, temperatura da matriz, temperatura de mesa e espessura de camada. Paralelamente foram moldados corpos de prova de PLA por injeção. As amostras foram caracterizadas quanto a suas propriedades mecânicas (tração e impacto), físicas (dimensional e gravimétrica), assim como característica estrutural e morfológica através de microscopia óptica e MEV, e propriedades térmicas por DSC quanto ao seu grau de cristalinidade, sendo comparados com padrão de injeção. Resultados deste estudo mostraram que, dentre os parâmetros de processamento de impressão, o aumento da temperatura de impressão ou a velocidade tendem a aumentar a resistência à tração e módulo elástico do material. Também, foi observada forte influência da orientação e do tipo de preenchimento na resistência mecânica do material.

Manufacturing processes are always under constant modernization, enabling then to follow the growing demands from industries on innovations, productivity and competitivity. A recent process, labeled under the additive manufacturing scope, is the 3D printing, in which, from a computer model, the object is modeled in a computer and built layer by layer by the proper printer, utilizing different techniques. This enables quick production and prototyping of objects that would be otherwise unviable by conventional manufacturing processes and opens new possibilities in several areas. However, since these techniques are recent, very few studies have been conducted on the subject. The lack of knowledge in it is one of the greatest barriers to its growth. This work aimed to study the effects of different parameters utilized on FDM 3D printers, on the mechanical, structural, physical, thermal and morphological properties of the created object. The polymer used in this study was polylactide acid (PLA). The research was divided in two steps. First, sample groups with different infill orientation, types and amount were created. In the second step, the sample groups were created utilizing different processing parameters, such as extruder temperature, bed temperature, layer height and extrusion speed. Samples were also molded by the injection process, for comparison between the two processes. The samples were characterized by the following: mechanical properties by impact and tensile tests, dimensions and mass, structure and morphology by optical microscopy and SEM and, finally, the sample groups created using different processing parameters had their crystallinity evaluated by DSC, being compared to injected molded parts. Significant differences were observed regarding the infill parameters and the processing parameters utilized in this studied. Results show that among the processing parameters, using higher temperature or speed leads to higher impact and tensile resistances and higher modulus. Also results show strong impact on the mechanical properties from the infill type, orientation and degree.