Estudo da viabilidade de aplicação de material polimérico utilizando otimização topológica e manufatura aditiva FDM em um componente automotivo

• Autor(a) principal: Gaulio, Bruno Oliveira
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/240227
• topic: Otimização topológica; Manufatura aditiva; Polímeros; Additive manufacturing; Topological optimization; Material selection; Polymers; Fused deposition modeling

A busca por novos materiais é uma prática bem estabelecida na indústria automotiva desde os primeiros veículos que contém componentes poliméricos. A cada nova geração de materiais se faz possível desenvolver novas soluções para otimização estrutural que reduzem custos de processamento, melhora de desempenho e ainda diminuição de peso. Dentre as técnicas que permitem a redução de massa dos componentes automotivos se destaca a utilização combinada do método dos elementos finitos e de fórmulas matemáticas para a otimização topológica. Porém, muitas vezes esta levará a geometrias impraticáveis pelos processos de fabricação tradicionais, e neste ponto a manufatura aditiva leva vantagem, pois é capaz de produzir geometrias complexas de design orgânico. Assim, o presente trabalho tem como objetivo viabilizar e validar a substituição de um componente mecânico metálico, a alavanca de freio de estacionamento, encontrado em automóveis por uma peça fabricada em um polímero de alto desempenho e com sua topologia otimizada por meio da manufatura aditiva. Através da seleção de materiais do portfólio de materiais de engenharia da linha Ultrafuse® da BASF Forward AM, levantou-se as principais características de cada opção à fim de obter a matéria prima polimérica com melhor custo-benefício para a fabricação do componente que foi otimizado topologicamente no software Fusion360 da Autodesk e fabricado na impressora 3D FDM da BCN3D modelo Sigmax R19. Dentre as opções avaliadas, o polímero Acetonitrile Styrene Acrylate (ASA) se mostrou a melhor opção devido a sua alta temperatura de transição vítrea e principalmente a sua resistência à degradação frente a exposição a raios UV. Os resultados dos ensaios mecânicos foram satisfatórios e validaram o design otimizado do componente que tem cerca de 30% da massa do modelo original, visto que os corpos de prova resistiram à carga máxima de 40 kg prevista na norma NBR 10966-2 com coeficiente de segurança maiores que 2,4.