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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35554| Título: | Desenvolvimento de um sistema pó-aglutinante para aço inoxidável 316L atomizado a água visando peças porosas por jateamento de aglutinante |
| Título(s) alternativo(s): | Development of a powder-binder system for water-atomized 316L stainless steel for porous parts by binder jetting |
| Autor(es): | Arce, Rodrigo Pulido |
| Orientador(es): | Foggiatto, José Aguiomar |
| Palavras-chave: | Aglutinação Manufatura aditiva Aço inoxidável Porosidade Materiais granulados - Permeabilidade Sinterização Agglutination Additive manufacturing Steel, Stainless Porosity Granular materials - Permeability Sintering |
| Data do documento: | 30-Set-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ARCE, Rodrigo Pulido. Desenvolvimento de um sistema pó-aglutinante para aço inoxidável 316L atomizado a água visando peças porosas por jateamento de aglutinante. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. |
| Resumo: | Peças porosas metálicas são componentes comumente empregadas em processos de filtragem e catálise. Convencionalmente, os filtros metálicos são produzidos por metalurgia do pó. Recentemente, a tecnologia de manufatura aditiva por jateamento de aglutinante (BJT) tem sido estudada para produzir meios porosos metálicos, com a vantagem de não depender de ferramentais complexos. Pouco estudo foi encontrado na identificação de uma morfologia de pó metálico e um aglutinante adequados para essa aplicação. Assim, nesta pesquisa desenvolveu-se um sistema pó-aglutinante composto de aço inoxidável AISI 316L atomizado a água e polivinilpirrolidona K-30 (PVP) para produzir peças porosas por BJT. Foram desenvolvidos um método manual para criar formulações com 5,0 e 10,0%massa de PVP K-30 (MPVP05p0 e MPVP10p0) e outro com mistura e moagem automatizada para formulações com 2,5 e 5,0%massa (APVP02p5 e APVP05p0). Um fluido de jateamento compatível com cabeçotes térmicos também foi formulado e adaptado a partir de estudos da literatura. As formulações do método manual foram utilizadas para fabricar peças piloto e uma geometria complexa. Já as formulações criadas com mistura e moagem automatizada foram utilizadas para fabricar amostras cilíndricas para medição e cálculo da densidade geométrica, permeabilidade, porosidade total e diâmetro médio de poros. As amostras foram impressas com diferentes orientações em relação a mesa de fabricação. O sistema pó-aglutinante permitiu a produção sem falhas de peças com resistência a verde adequada para manuseio de limpeza e sinterização. Verificou-se uma variação dimensional média de fabricação de 3,2% após sinterização. Obteve-se densidades finais médias de 3,070 e 2,690 g/cm³ para as formulações APVP02p5 e APVP05p0. Foram medidas constantes Darcianas de 5,58 e 9,98 m² para as formulações APVP02p5 e APVP05p0. As amostras apresentaram porosidades totais de 61,6% e 66,4% para as formulações APVP02p5 e APVP05p0. Já com relação aos diâmetros de poro calculou-se os valores de 24,55 e 30,82 µm para as formulações APVP02p5 e APVP05p0. Dessa forma, foi observada uma maior relação de perda de carga em função da velocidade do fluido nas amostras fabricadas com APVP02p5. O estudo mostrou a viabilidade do método proposto. |
| Abstract: | Porous metal parts are commonly used in filtration and catalysis processes. Conventionally, metal filters are produced by powder metallurgy. Recently, binder jetting additive manufacturing (BJT) technology has been studied to produce porous metallic media, with the advantage of not relying on complex tooling. Little research has been found into identifying a suitable metal powder morphology and binder for this application. Therefore, this research developed a powder-binder system composed of water-atomized AISI 316L stainless steel and polyvinylpyrrolidone K-30 (PVP) to produce porous parts by BJT. A manual method was developed to create formulations with 5.0 and 10.0% mass of PVP K-30 (MPVP05p0 and MPVP10p0) and another with automated mixing and milling for formulations with 2.5 and 5.0% mass (APVP02p5 and APVP05p0). A binder jetting fluid compatible with thermal heads was also formulated and adapted from literature studies. The formulations from the manual method were used to make pilot pieces and a complex geometry. The formulations created with automated mixing and milling were used to make cylindrical samples for measuring and calculating geometric density, permeability, total porosity and average pore diameter. The samples were printed with different orientations in relation to the manufacturing table. The powder-binder system made it possible to produce parts with adequate green resistance for cleaning and sintering. An average manufacturing dimensional variation of 3.2% was found after sintering. Average final densities of 3.070 and 2.690 g/cm³ were obtained for the APVP02p5 and APVP05p0 formulations. Darcian constants of 5.58 and 9.98 m² were measured for the APVP02p5 and APVP05p0 formulations. The samples had total porosities of 61.6% and 66.4% for the APVP02p5 and APVP05p0 formulations. Regarding pore diameters, values of 24.55 and 30.82 µm were calculated for the APVP02p5 and APVP05p0 formulations. As a result, a higher pressure drop ratio as a function of fluid velocity was observed in the samples made with APVP02p5. The study showed the viability of the proposed method. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35554 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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