Análise numérica e caracterização hiperelástica de metamateriais mecânicos produzidos com impressão 3D

• Autor(a) principal: Thiago Teixeira Nardy Barrioni
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/45945
• topic: Metamateriais; Impressão 3D; Hiperelástico; PLA-flex®; MEF; Engenharia mecânica; Metamateriais; Impressão 3D

Metamateriais são uma classe de materiais que apresentam propriedades especiais não encontradas naturalmente. Essas propriedades especiais estão relacionadas ao projeto geométrico calculado, de forma que a estrutura tenha uma resposta desejável. Impressoras 3D possibilitaram que os metamateriais fossem produzidos, sendo que cada dia essa tecnologia se torna mais acessível à população em geral. Esse trabalho pode ser dividido em três etapas. A primeira foi a caracterização mecânica do filamento de impressão 3D de TPU (Termoplástico de Poliuretano), um material hiperelástico. Pelos ensaios de tensão e compressão os modelos de Mooney-Rivlin de 5ª ordem se mostrou a melhor opção. A segunda etapa foi a investigação de como os parâmetros de impressão 3D de Fabricação por Filamento Fundido (FFF), por exemplo, orientação de deposição do filamento, taxa de extrusão, velocidade de deposição e temperatura de extrusão podem afetar as propriedades e qualidade mecânica das peças. Um aumento na temperatura de extrusão combinado com uma redução da velocidade de deposição pareceu reduzir o erro de deposição das camadas. Diferenças estatísticas não foram observadas nas propriedades mecânicas (rigidez e resistência) quando variado a orientação de deposição do filamento. A última etapa foi a simulação numérica de duas classes de metamateriais: os tipos auxéticos e kirigami. Nas simulações numéricas as estruturas auxéticas demonstraram valores de coeficiente de Poisson entre 5 e 18% maiores comparado aos valores teóricos. Exceto a estrutura auxética crosschiral que apresentou variações maiores entre teórico e simulado e necessita maiores investigações (em torno de 50%). As estruturas kirigami tiveram valores de alongamento próximos comparados aqueles da literatura, mas é provável que em testes físicos essas estruturas possam atingir valores superiores. Aplicações como abafadores sonoros e tênis de corrida (auxéticos) e fitas adesivas fisioterápicas (kirigami) são algumas que podem ser mencionadas para essas estruturas.