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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28660| Título: | Estratégia de deposição com variação de largura do filamento para geração de estruturas porosas com manufatura aditiva por extrusão de material |
| Título(s) alternativo(s): | Variable bead width deposition strategy for porous structures generation with material extrusion additive manufacturing |
| Autor(es): | Nisio, Felipe Gonçalves Di |
| Orientador(es): | Volpato, Neri |
| Palavras-chave: | Materiais porosos Manufatura aditiva Processos de fabricação Porosidade Processo de extrusão Porous materials Additive manufacturing Manufacturing processes Porosity Extrusion process |
| Data do documento: | 29-Abr-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | NISIO, Felipe Goncalves Di. Estratégia de deposição com variação de largura do filamento para geração de estruturas porosas com manufatura aditiva por extrusão de material. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | Através da Manufatura Aditiva (AM) por extrusão de material é possível a fabricação de meios porosos (MP) com estrutura planejada apenas variando os parâmetros de processo. Diversos estudos foram realizados para a obtenção de estruturas lattice utilizando o preenchimento tipo raster e aplicando filamentos depositados com largura constante. Neste trabalho é proposta uma estratégia de deposição para a obtenção de uma estrutura porosa única, utilizando a variação da largura dos filamentos extrudados. Estes filamentos (denominados de segmentados) são divididos em trechos grossos e finos, identificados de acordo com a sua largura, gerados por meio da variação combinada dos parâmetros de velocidade de impressão e da taxa de extrusão de material durante a deposição. Um algoritmo capaz de gerar o preenchimento proposto foi desenvolvido e implementado no programa de planejamento de processo RP3 (Rapid Prototyping Process Planning), permitindo o controle dos parâmetros nos segmentos das linhas de preenchimento. Testes preliminares foram realizados em uma impressora de baixo custo, em PLA, visando analisar o comportamento do equipamento em resposta à variação dos parâmetros durante a impressão dos filamentos segmentados. Esses testes possibilitaram a definição de parâmetros para a fabricação de MP com diferentes configurações, que foram analisadas geometricamente por microtomografia computadorizada (μCT) e caracterizadas através de ensaios de porosidade e permeabilidade. Uma configuração fabricada com o preenchimento raster tradicional (sem variação de largura do filamento depositado) serviu de comparação ao preenchimento proposto. Os resultados mostraram que a impressora 3D foi capaz de reproduzir o padrão de deposição proposto e que as dimensões e densidade dos poros na camada podem ser controladas pelos parâmetros da estratégia. A estrutura porosa obtida, quando comparada a estrutura tradicional, apresenta poros com maior razão de aspecto e com menor interconectividade na estrutura. A configuração com o preenchimento proposto apresentou 27% menos porosidade e uma redução de 55% na permeabilidade quando comparada ao preenchimento raster tradicional em amostras de mesma dimensão e com parâmetros de impressão básicos semelhantes. Por ser uma estratégia inovadora, que obtém uma estrutura porosa única, o trabalho abre campo para novas oportunidades de estudos e aplicações. |
| Abstract: | Through Additive Manufacturing (AM) based on material extrusion, it is possible to manufacture porous media (PM) with planned structure by varying the process parameters. Several studies have been carried out to obtain lattice structures using raster filling with constant width beads. This work proposes a deposition strategy to obtain a unique porous structure, using variable-width beads. These beads (nominated here as segmented) are divided in thick and thin segments, according to their width, generated through combined variation of printing speed and extrusion rate parameters during deposition. An algorithm capable of generating the proposed filling was developed and implemented in the process planning program called RP3 (Rapid Prototyping Process Planning), allowing the control of the parameters in segments of the filling lines. Preliminary tests were carried out in an open-source printer, in PLA, to analyze the equipment’s behavior in response to the variation of parameters during the deposition of segmented beads. These tests made it possible the definition of parameters to manufacture PM with different configurations, which were geometrically analyzed by computerized microtomography (μCT) and characterized through porosity and permeability tests. A configuration generated with traditional raster filling (with constant bead width) served as comparison to proposed filling. The results showed that the 3D printer was able to reproduce the proposed deposition pattern and that pores dimensions and density can be controlled by the parameters of the segmented deposition. The porous structure obtained, when compared to the traditional structures, presents pores with higher aspect ratio and less interconnectivity on the structure. The configuration with the proposed filling presented 27% less porosity and 55% reduction on permeability when compared to the traditional raster filling. Since this is an innovative strategy, which obtains a unique porous structure, the work opens field for new opportunities of studies and applications. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28660 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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