Dissertação - Leonardo Goncalves da Silva

Desenvolvimento de rota de debinding e sinterização de alumínio ligado ao polímero PLA

Autor: Leonardo Goncalves da Silva (Currículo Lattes)

Resumo

A impressão 3D metálica é um processo de fabricação que vem se consolidando cada vez mais na indústria. Normalmente, métodos complexos são utilizados para a produção de componentes metálicos por manufatura aditiva, através do emprego de feixes de laser ou de elétrons como fontes de energia para fusão e sinterização da matéria-prima. Um processo alternativo, conhecido como Binder Jetting, usa um ligante para aglutinar pós metálicos durante a impressão da peça verde e, em seguida, ciclos de aquecimento para retirada do ligante (debinding) e sinterização da matriz metálica. O processo Binder Jetting serviu como inspiração para o método de produção de peças empregado neste trabalho, que tem como objetivo a obtenção de amostras metálicas a partir de uma combinação inicial de pó de alumínio e de ácido polilático (PLA). Diferentes proporções em volume de alumínio-PLA foram testadas, são elas 70/30%, 65/35%, 60/40% e 55/45%. Nesta etapa, uma matriz de aço ferramenta foi utilizada para receber a mistura metal-ligante e, em seguida, o conjunto foi aquecido em uma estufa resistiva para obtenção das peças verdes, sem fazer uso de compactação. A qualidade das peças verdes foi avaliada através da perda percentual de massa ocorrida entre as fases inicial e final desta etapa produtiva. Na sequência, para os ciclos de debinding e sinterização das peças, foram empregados fornos resistivos com dois tipos diferentes de atmosferas controladas: nitrogênio e argônio. A temperatura de sinterização e a taxa de aquecimento aplicadas foram de 600 °C e 10 °C/minuto, respectivamente. Os tempos de sinterização utilizados foram de 6, 9 ou 12 horas, variando de amostra para amostra. O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) foi empregado para avaliar o surgimento de pescoços de sinterização nos contornos de partículas. Verificou-se que o método desenvolvido para a produção de peças verdes em estufa resistiva é viável, desde que seja utilizada uma etapa de mistura a quente. Além disso, foi constatado que quanto maior a quantidade de PLA na proporção metal-ligante, menor é a perda percentual de massa na produção das peças verdes. No que diz respeito aos ciclos térmicos, observou-se que maiores tempos de sinterização favorecem a estruturação das amostras. Ademais, percebeu-se uma tendência de crescimento na densidade de sinterização, na densificação e na contração de volume das peças quanto maior a quantidade inicial de alumínio na proporção de metal- ligante. Em relação às porosidades, valores menores estão associados às amostras que possuem maiores volumes de alumínio na proporção inicial. Todas as peças que tiveram suas seções transversais avaliadas no MEV apresentaram pescoços de sinterização interligando partículas. A proporção de alumínio-PLA de 70/30% é a que ostenta os melhores resultados de sinterização, uma vez que possui as maiores taxas de densificação e de contração de volume, a maior densidade relativa e a menor porosidade final entre todas as proporções testadas. Apesar dos altos níveis de porosidade associados, as amostras produzidas por este trabalho possuem características desejáveis para determinadas aplicações industriais.

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Palavras-chave: AlumínioSinterizaçãoDensificaçãoBinder jettingÁcido polilático (PLA)