Avaliações e correlações das propriedades reológicas, mecânicas e de cinética de cristalização de polímeros utilizados em processo de impressão 3d por FFF
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10675 |
Resumo: | Recently there has been an interest increase in the additive manufacturing process (AM), Fused Filament Fabrication (FFF) is one of the most commercially important extrusion-based process. The success of this technology depends on the correct choice of materials and process parameters used. This master's project aimed at modeling the process in order to understand the behavior under flow of the polymer during 3D printing. The rheological and morphological characteristics of the materials were correlated to the mechanical and surface finishing properties of the pieces. In a first step, a commercial grade of natural ABS and PLA filaments were evaluated. In the second stage, a natural PLA and a white pigmented PLA were evaluated for crystallization kinetics. In addition, the process variables were determined according to a central composite statistical design, with the independent variables (printing temperature and process speed) and responses (percentage of crystallinity and flexural mechanical properties). The results revealed that the typical shear rates of the process are between 800 and 1,600 s-1 and for this range the behavior of the polymer can be described by the Power Law. It was obtained that the FFF process is sensitive to shear rate variation, and materials with higher elasticity and faster crystallization kinetics tend to have better surface quality of the form. The study of the crystallization kinetics of PLA showed that, although the pigment of the white coloring material does not interfere in the rheological properties of the material, it alters the crystallization kinetics of the matrix, increasing the crystallinity potential. |
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This master's project aimed at modeling the process in order to understand the behavior under flow of the polymer during 3D printing. The rheological and morphological characteristics of the materials were correlated to the mechanical and surface finishing properties of the pieces. In a first step, a commercial grade of natural ABS and PLA filaments were evaluated. In the second stage, a natural PLA and a white pigmented PLA were evaluated for crystallization kinetics. In addition, the process variables were determined according to a central composite statistical design, with the independent variables (printing temperature and process speed) and responses (percentage of crystallinity and flexural mechanical properties). The results revealed that the typical shear rates of the process are between 800 and 1,600 s-1 and for this range the behavior of the polymer can be described by the Power Law. It was obtained that the FFF process is sensitive to shear rate variation, and materials with higher elasticity and faster crystallization kinetics tend to have better surface quality of the form. The study of the crystallization kinetics of PLA showed that, although the pigment of the white coloring material does not interfere in the rheological properties of the material, it alters the crystallization kinetics of the matrix, increasing the crystallinity potential.Recentemente tem se observado um grande interesse no processo de manufatura aditiva (AM), a Fabricação por Filamento Fundido (FFF) é um dos processos baseados em extrusão mais importantes comercialmente. O sucesso desta tecnologia depende da escolha correta dos materiais e dos parâmetros de processo utilizados. Este projeto de mestrado teve como objetivo o modelamento do processo, a fim de compreender o comportamento sob fluxo do polímero durante a impressão 3D. As características reológicas e morfológicas dos materiais foram correlacionadas às propriedades mecânicas e de acabamento superficiais das peças. Em uma primeira etapa foram avaliados grades comerciais de filamentos de ABS e de PLA naturais. Na segunda etapa foram avaliados um PLA natural e um PLA com pigmentação branca quanto à cinética de cristalização. Além disso, as variáveis de processo foram determinadas por um planejamento estatístico composto central, com as variáveis independentes (temperatura de impressão e velocidade de processo) e as respostas (porcentagem de cristalinidade e propriedades mecânicas em flexão). Os resultados revelaram que as taxas de cisalhamento típicas do processo estão entre 800 e 1600 s-1 e que para esta faixa o comportamento do polímero pode ser descrito pela Lei das Potências. Obteve-se também que o processo FFF é sensível à variação da taxa de cisalhamento, e materiais com maior elasticidade e cinética de cristalização mais rápida tendem a apresentar melhor qualidade superficial do impresso. O estudo da cinética de cristalização do PLA mostrou que, apesar do pigmento do material de coloração branca não interferir nas propriedades reológicas do material, o mesmo altera a cinética de cristalização da matriz, elevando o potencial de cristalinidade.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPq: 134653/2016-5CAPES: 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarImpressão 3DManufatura aditivaReologiaCristalizaçãoFFF3D printingAdditive manufacturingRheologyCrystallizationENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSAvaliações e correlações das propriedades reológicas, mecânicas e de cinética de cristalização de polímeros utilizados em processo de impressão 3d por FFFEvaluations and correlations of reological, mechanical properties and crystallization kinetics of polymers used in 3d printing process by FFFinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOnline600600c3114f43-669a-4f5e-a6b6-6f01714c7215info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLarissa Cristina Sanchez - Dissertação.pdfLarissa Cristina Sanchez - Dissertação.pdfDIssertação Versão Finalapplication/pdf9845739https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10675/1/Larissa%20Cristina%20Sanchez%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdfaac8d89ec8b06ac74a791e2477843629MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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