O fabrico de componentes complexos, integrando múltiplas funções,
de fabrico unitário ou em pequena e média séries, enquadrado numa
resposta de produção flexível e competitiva é um dos desafios a que
a tecnologia de Fabrico Aditivo procura dar resposta. Estando sempre
presente a exigência do cliente face aos requisitos pretendidos no
produto final, foram explorados polímeros de engenharia de modo a
fazer face a esta exigência. Recorrendo ao processo de fabrico com
filamento fundido (FFF) e tirando proveito de polímeros de engenharia
foram avaliadas as características que estes conferem ao produto final.
Neste trabalho, foram explorados polímeros de engenharia, da família
poli(alril-éter-cetona) PAEK e Nylons reforçados como filamento de
fabrico aditivo. Polímeros de engenharia distinguem-se dos termoplásticos
convencionais como ácido polilático (PLA) ou acrilonitrila butadieno
estireno (ABS), por serem mais resistentes e com maior tenacidade
tendo no geral melhores propriedades mecânicas e químicas. De forma
a avaliar as características destes materiais processados por fabrico aditivo,
foi desenvolvida uma metodologia que permitisse a comparação
de propriedades entre os polímeros de engenharia utilizados. Para tal,
através do fabrico de provetes orientados em diferentes direções, devido
as características ortotrópicas do processo. Estes provetes foram
submetidos a ensaios de tração uniaxiais. Após os ensaios experimentais
e através de um balanço de resultados obtidos para cada polímero,
concluiu-se que para este processo de fabrico, o polímero que se evidenciou
foi o PPS-CF e a direção de fabrico onde foram obtidos melhores
resultados para este processo de fabrico foi na direção horizontal.
De forma a avaliar a aplicação destes polímeros, foi realizado um modelo
numérico de um braket optimizado para fabrico aditivo de forma a
avaliar o potencial destes polímeros. Para facilitar a interpretação dos
resultados obtidos para o bracket fabricado em PPS-CF, foi realizada a
mesma simulação para um bracket em alumínio. Por fim e recorrendo
então a uma comparação de resultados entre os brackets é concluído
que este polímero não é viável para a aplicação em específico pois, face
aos esforços que este seria submetido apenas seria viável se os esforços
não ultrapassassem 5% das cargas reais às quais estaria submetido.The manufacturing of complex components, integrating multiple functions,
unit or in small or medium production, framed in a flexible and
competitive production is one of the challenges that Additive Manufacturing
technology seeks to answer.
On this project through the use of the manufacturing process of Fused
Filament Fabrication (FFF) and while using engineering polymers as
additive manufactoring filament, the aim of this report is to make use
of the characteristics that are intrinsic to the nature of each polymer
and to verify what properties they confer to the final product.
Were used engineering polymers such as PEEK, PEEK-CF, PAHT-CF
and PPS-CF. Engineering polymers are different from other thermoplastics
such as polylactic acid (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene
(ABS) for being more resistant having generally better mechanical and
chemical properties.
A methodology was developed to allow the comparison of properties
between the engineering polymers used. To this end, through the manufacture
of specimens oriented in three main directions, horizontal,
vertical, and longitudinal, these were subjected to uniaxial tensile tests.
After the experimental tests and through a balance of results obtained
for each polymer, it was concluded that for this manufacturing process
the polymer that stood out was the PPS-CF and the direction of manufacture
where the best results were obtained for this manufacturing
process was the horizontal direction.
To finish this project and reach conclusions on possible applications for
this polymer, a numerical simulation was developed for a case study
where it was intended to optimize a bracket of an aircraft turbine made
through additive manufacturing out of PPS-CF and subject to a set
loading scenario. To facilitate the interpretation of the results obtained
for the bracket made of PPS-CF, the same simulation was performed
for an aluminum bracket. Upon analysis of the achieved results and
comparison of the two cases it can be concluded that the approach
taken is not suited for this material and manufacturing process, given
that failure would only not occur if the loading did not exceed 5% of
the current load case.Mestrado em Engenharia Mecânic
