Estudo do efeito de diferentes porcentagens de preenchimento na absorção de energia de impacto de peças fabricadas em PLA por tecnologia Fused Filament Fabrication

Abstract

Resumo: Fused Filament Fabrication (FFF) é uma das mais conhecidas tecnologias de fabricação aditiva atualmente. Devido ao seu processo produtivo sem muitas restrições para fabricação e baixo custo de aquisição, essa tecnologia possibilita a produção desde peças com estruturas simples, até fabricações mais complexas. Ao estudar sobre manufatura aditiva por tecnologia FFF, percebe-se que há certo interesse por parte da comunidade científica em avaliar as relações entre porcentagens de preenchimento, tipos de preenchimento e as propriedades mecânicas adquiridas decorrente das escolhas dos parâmetros de impressão. Como o objetivo geral, este estudo propôs: analisar a influência de diferentes porcentagens de preenchimento em peças fabricadas em PLA por tecnologia FFF na absorção de energia de impacto. Para tanto, uma investigação foi feita usando peças com porcentagens de 20%, 50% e 80% com e sem recurso interno testadas em ensaio Charpy, com base na norma ASTM D6110-10. O recurso interno possibilitou redefinir o projeto no interior da peça, alterando o modelo básico de uso de um tipo só de estrutura, para uma combinação de preenchimentos. Os resultados foram analisados por meio de análise estatística ANOVA. Por conseguinte, as amostras foram submetidas à microscopia de varredura eletrônica (MEV) e as micrografias analisadas com base na literatura especializada. Foi verificado que os melhores resultados de absorção de energia foram obtidos quando as peças possuíam preenchimento em ambas as camadas, tanto interna quanto externa. Ademais, foi constatado que o lote 80E 80I apresentou um aumento mínimo na absorção de energia e na massa, e um aumento considerável no tempo de impressão. Por outro lado, o lote 20E 20I obteve um ganho significativo nessas três variáveis.

Abstract: Fused Filament Fabrication (FFF) is one of the most well-known additive manufacturing technologies today. Due to its production process without many restrictions for manufacturing and low acquisition cost, this technology enables the production from parts with simple structures, to more complex manufactures. When studying additive manufacturing by FFF technology, it is noticed that there is some interest on the part of the scientific community in evaluating the relationships between filling percentages, types of filling and the mechanical properties acquired due to the choices of printing parameters. As the general objective, this study proposed: to analyze the influence of different filling percentages in parts manufactured in PLA by FFF technology on the absorption of impact energy. To this end, an investigation was made using parts with percentages of 20%, 50% and 80% with and without internal resource tested in Charpy test, based on the ASTM D6110-10 standard. The built-in feature made it possible to redefine the design inside the part by changing the basic model of use from a single type of structure to a combination of fills. The results were analyzed by ANOVA statistical analysis. Therefore, the samples were submitted to scanning electron microscopy (SEM) and the micrographs were analyzed based on the specialized literature. It was verified that the best results of energy absorption were obtained when the pieces had filling in both layers, both internal and external. In addition, it was found that the 80E 80I batch showed a minimal increase in energy absorption and mass, and a considerable increase in printing time. On the other hand, lot 20E 20I obtained a significant gain in these three variables.