Estudo do efeito do tipo de preenchimento no comportamento mecânico de peças fabricadas por Fused Deposition Modelling usando o compósito PLA-fibra de carbono

Abstract

Resumo: A fabricação de peças com geometrias complexas é possível utilizando tecnologias de manufatura aditiva (MA). Devido à versatilidade desse recurso, a MA tem sido empregada em uma variedade de aplicações como automotiva, aeroespacial, biomédica e industrial. A MA por modelagem pela deposição de filamentos fundidos ou fused deposition modelling (FDM) é atualmente o processo mais acessível de impressão 3D, e utiliza uma grande abrangência de materiais poliméricos puros e reforçados. Devido à natureza anisotrópica dessas peças, o avanço na compreensão do seu comportamento sob demanda mecânica é fundamental para o aumento na confiabilidade e utilização de peças 3D. Com os demais parâmetros, para fabricação em 3D, fixados avaliou-se as características mecânicas de tensão máxima, ductilidade, módulo elástico e tenacidade dos preenchimentos Octeto, Cúbico e Giróide nas densidades de preenchimento de 25%, 50% e 75% em corpos de prova submetido ao ensaio de tração. Os corpos de prova foram fabricados por impressão 3D FDM, utilizando filamentos de ácido polilático (PLA) reforçados com 15% de fibra de carbono. Os ensaios de tração foram executados por um laboratório especializado de acordo com a norma ASTM D638 e os corpos de prova foram do Tipo III. Os corpos de prova com 25% de preenchimento apresentaram uma fratura frágil. Os com 50% e 75% de preenchimento romperam de maneira dúctil e apresentaram um valor de tensão máxima similar em aproximadamente 18,5 Mpa. Os com 75% de preenchimento apresentaram o maior alongamento antes da ruptura, com destaque para o preenchimento Giróide com 6,89% de deformação. O maior valor de tensão máxima específica (tensão/massa) foi obtido nas amostras com 50% de preenchimento.

Abstract: The fabrication of parts with complex geometries is possible using additive manufacturing (AM) technologies. Due to the versatility of this resource, AM has been used in a variety of applications such as automotive, aerospace, biomedical and industrial. MA or fused deposition modeling (FDM) is currently the most affordable 3D printing process and uses a wide range of pure and reinforced polymeric materials. Due to the anisotropic nature of these parts, advancing the understanding of their behavior under mechanical demand is fundamental for increasing the reliability and utilization of 3D parts. With the other parameters, for 3D FDM fabrication, fixed, the mechanical characteristics of maximum tension, ductility, elastic modulus and tenacity of the Octet, Cubic and Gyroid infills with the filling densities of 25%, 50% and 75% in specimens submitted to the tensile tests. The specimens were manufactured by 3D FDM printing, using polylactic acid (PLA) filaments reinforced with 15% carbon fiber. The tensile tests were performed by a specialized laboratory in accordance with ASTM D638 standard and the specimens were of Type III. The specimens with 25% infill presented a brittle fracture. Those with 50% and 75% infill ruptured in a less fragile way and had a similar maximum stress value of approximately 18.5 Mpa. Those with 75% of infill showed the greatest elongation before rupture, with the Gyroid infill pattern obtaining 6.89% of deformation before rupturing. The highest value of specific maximum stress (tension/mass) was obtained in samples with 50% filling.