MICROESTRUTURA E DESEMPENHO MECÂNICO DE … · microestrutura e desempenho mecÂnico de cerÂmicos porosos obtidos por manufatura aditiva (3d printer) Ângelo pradella titton conclusÕes

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


ÂNGELO PRADELLA TITTON



AGENDA:

- Introdução: Manufatura Aditiva

- Objetivo

- Materiais e Métodos

- Resultados e Discussão

- Conclusões



MANUFATURA ADITIVA

Indirect 3D Printing – 3DP ou Prototipagem Rápida



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



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



Granulação

Desaglomeração do material liofilizado

Separação do pó granulado em diferentes classes de

tamanhos

4 5


Mistura/Desaglomeração em moinho de bolas 24h

3 2

LIOFILIZAÇÃO DA SUSPENSÃO

(em bandejas)

Preparação do pó

TOPO MEIO BASE



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


* Norma ASTM E11-09

Parâmetros do peneiramento



MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos pós de partida



MATERIAIS E MÉTODOS Distribuição de tamanhos dos aglomerados




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



RESULTADOS E DISCUSSÃO

Fluidez do feedstock




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




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



-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1200 1400 1600

A 1000SG

CT 3000SG

ALTURA

TEMPERATURA (°C)

% R

ETR

AÇ

ÃO







0

2

4

6

8

10

12

14

16

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




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




Microestrutura: Distribuição de tamanho de poros




























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



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.



Peças funcionais em desenvolvimento:



Angelo Pradella Titton Instituto de Materiais Cerâmicos - UCS

[email protected] Tel.: +55 51 3634-1100

http://www.ucs.br/site/imc

Obrigado pela atenção !

mailto:[email protected]

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