ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE IMPRESSÃO 3-D SOBRE AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO ACRILONITRILA BUTADIENO ESTURENO (ABS) SUBMETIDOS A TESTES DE COMPRESSÃO

ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE IMPRESSÃO 3-D SOBRE AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO ACRILONITRILA BUTADIENO ESTURENO (ABS) SUBMETIDOS A TESTES DE COMPRESSÃO

Jordan Cunha Marchiori, Davi Pereira Garcia*, Giuliano Gonçalves de Souza, Luiz Rafael Resende da Silva, Rômulo Maziero

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo, Rua Duque de Caxias, 194A, Carapina, São Mateus.

*[e-mail]

RESUMO: O desenvolvimento tecnológico tem buscado constantemente melhorias para otimização cada vez mais os processos de fabricação convencionais, bem como impulsionar melhorias nas propriedades mecânicas dos materiais e reduzir custos de produção. Com isso, a tecnologia de impressão 3-D tem se mostrado como uma poderosa ferramenta para viabilizar a confecção de produtos de geometrias complexas, menores custos e produção de materiais mais leves. Os objetos tridimensionais são construídos a partir da adição de camada por camada do material desejado até atingirem a geometria desejada. A utilização de polímero acrilonitrila butadieno estureno (ABS) na impressão 3-D tem oferecido bons resultados, pois oferece alta rigidez, boa resistência à impacto, boa resistência à corrosão e baixa densidade. O artigo proposto tem como objetivo uma análise da influência da variação da espessura das camadas impressas dos corpos de provas em ABS para as propriedades mecânicas do material. Ensaios de compressão foi realizado para determinar o comportamento mecânico do polímero para diferentes espessuras na construção das camadas impressas.

Palavras-chave: ABS, impressão 3-D, manufatura aditiva, propriedades mecânicas, espessura da camada.

ABSTRACT: The technological development has constantly searched for improvements to optimize conventional manufacturing processes, as well as stimulates improvements in the mechanical properties of materials and to reduces manufacturing costs. Thus, the 3-D printing technology has shown as a powerful tool to enable creating products of complex geometries, lower costs and production of lighter materials. Three-dimensional objects are built from adding layer by layer of the chosen material until reach the desired geometry. The use of polymer acrylonitrile butadiene styrene (ABS) in 3-D printing has provided good results because offers high stiffness, good impact resistance, good corrosion resistance and low density. The proposed article aims at an analysis of the influence of thickness variation in test samples printed in ABS for the material mechanical properties. Compression tests were performed to determine the mechanical behavior of the polymer for different thicknesses.

Keywords: ABS, 3D printing, additive manufacturing, mechanical properties, layer thickness.

1. INTRODUÇÃO

O atual cenário tecnológico tem impulsionado uma busca incessante pelo desenvolvimento de tecnologias cada vez mais rápidas e precisas para fabricação dos mais diversos tipos de produtos, ocasionando uma alta confiabilidade nas suas construções. Nos últimos tempos, a tecnologia de impressão tridimensional, também conhecida como impressão 3-D ou prototipagem rápida, tem sido vastamente utilizada nos mais diversos setores da sociedade, como industrias, aplicações mecânicas e também na biomedicina [1]. A impressão tridimensional é baseada sobre o processo de manufatura aditiva (AM), o qual “constrói objetos camada por camada, com base em desenho assistido por computador (CAD) ”, sem a necessidade de remoção de material para chegar nos formatos desejados como em processos de fabricação convencionais [2].

Segundo Kuo et al. [2], os processos da AM são atualmente divididos em: estereolitografia (SLA), digital Light Processing (DLP), modelagem por fusão e deposição (FDM), manufatura laminar de objetos (LOM), tecnologia com lâminas de papel (PLT), sinterização seletiva a laser (SLS), impressão tridimensional (3DP) e sinterização de pó de metal. Apesar da grande diversidade de métodos disponíveis, a FDM tem se destacado pela possibilidade de fabricação de objetos de geometrias complexas e pela facilidade de manipulação dos objetos desejados, aliados a um baixo custo e baixa quantidade de material desperdiçados durante o processo de fabricação. A FDM baseia-se na fusão e extrusão de polímeros termoplásticos como acrilonitrila butadieno estireno (ABS) e poliácido láctico (PLA) [3].

Figura 1. Ilustração do processo da técnica FDM [3].

Além disso, o processo permite a fabricação em diferentes orientações e resoluções, o que altera as propriedades mecânica do objeto de acordo com cada ângulo de construção dos filamentos das camadas produzidas [4]. Com isso, os objetos construídos possuem diversas aplicações, podendo ser utilizados como protótipos ou produtos comerciais, como exemplo protótipos para equipamentos médicos [5].

O artigo proposto tem como objetivo analisar a influência de diferentes parâmetros de resoluções sobre as propriedades mecânica do ABS construídos a partir de impressão 3-D. Foram analisados alguns aspectos como tensão de compressão, tensão de escoamento, alongamento e módulo de elasticidade de cada corpo de prova submetidos a teste de compressão. Com isso, é possível quantificar estas propriedades, além de indicar como diferentes espessuras podem influenciar no comportamento mecânico dos materiais submetidos à compressão.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

De acordo com o padrão ASTM D-695 [6], os corpos de provas foram desenvolvidos a partir do software SolidWorks ® 2014, sendo suas dimensões de 25,5 mm de altura e 12,7 mm por 12,7 mm em sua base e o arquivo gerado foi encaminhado para a impressora 3-D, modelo UP Plus 2, como na Figura 2. A partir disso, o desenho produzido foi variado em seis parâmetros diferentes de resolução, sendo as configurações utilizadas de 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35 e 0,40 mm. Para impressão dos corpos de provas, foi utilizada uma orientação de construção com ângulo de ±45° e suas superfícies compostas por quatro camadas. Por fim, foi utilizado modo de impressão fino para todos os corpos de provas.

Figura 2. Corpo de prova prismático para ensaio de compressão.

A Figura 3 (a) e (b) ilustram os corpos de provas construídos pelo processo da modelagem