ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE IMPRESSÃO 3-D SOBRE AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO ACRILONITRILA BUTADIENO ESTURENO (ABS) SUBMETIDOS A TESTES DE COMPRESSÃO

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em diferentes orientações e resoluções, o que altera as propriedades mecânica do objeto de acordo com cada ângulo de construção dos filamentos das camadas produzidas [4]. Com isso, os objetos construídos possuem diversas aplicações, podendo ser utilizados como protótipos ou produtos comerciais, como exemplo protótipos para equipamentos médicos [5].

O artigo proposto tem como objetivo analisar a influência de diferentes parâmetros de resoluções sobre as propriedades mecânica do ABS construídos a partir de impressão 3-D. Foram analisados alguns aspectos como tensão de compressão, tensão de escoamento, alongamento e módulo de elasticidade de cada corpo de prova submetidos a teste de compressão. Com isso, é possível quantificar estas propriedades, além de indicar como diferentes espessuras podem influenciar no comportamento mecânico dos materiais submetidos à compressão.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

De acordo com o padrão ASTM D-695 [6], os corpos de provas foram desenvolvidos a partir do software SolidWorks ® 2014, sendo suas dimensões de 25,5 mm de altura e 12,7 mm por 12,7 mm em sua base e o arquivo gerado foi encaminhado para a impressora 3-D, modelo UP Plus 2, como na Figura 2. A partir disso, o desenho produzido foi variado em seis parâmetros diferentes de resolução, sendo as configurações utilizadas de 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35 e 0,40 mm. Para impressão dos corpos de provas, foi utilizada uma orientação de construção com ângulo de ±45° e suas superfícies compostas por quatro camadas. Por fim, foi utilizado modo de impressão fino para todos os corpos de provas.

Figura 2. Corpo de prova prismático para ensaio de compressão.

A Figura 3 (a) e (b) ilustram os corpos de provas construídos pelo processo da modelagem por fusão e deposição.

a) b)

Figura 3. a) Vista lateral direita e b) vista superior dos corpos de provas produzido.

Após o término da impressão dos objetos, as menores resoluções apresentaram um pequeno acúmulo de rebarbas em suas estruturas. Para manter um controle dimensional dos materiais analisados, os corpos de provas foram submetidos a um processo de desgaste à abrasivo em suas faces. Para isso, foi utilizado uma Lixa D’agua T223 Grão 600 produzidos pela Norton Saint-Gobain Abrasivos ®, o qual cada face foi submetida a seis passagens da lixa sobre os objetos. Após desgastados e removidos os excessos de materiais por meio de um compressor, os corpos de provas foram submetidos a testes de compressão. Os testes foram realizados em temperatura ambiente de 23 °C com umidade relativa de 49%.

Os ensaios foram feitos de acordo com a norma ASTM D-695 [6], em uma máquina universal de ensaios EMIC-DL 10000, com capacidade máxima de 100 kN, utilizando software Tesc (versão 3.5) para computar os dados analisados. Para tanto, cincos corpos de provas de cada resolução foram submetidos aos testes.

Figura 4. Máquina universal de ensaios EMIC-DL 10000.

Cada corpo de prova foi submetido inicialmente a uma velocidade de 1,3 ± 0,3 mm/min. Uma vez conhecida à zona elástica do objeto, a velocidade do teste foi alterada para 5 mm/min [6]. O processo se estendeu até a relação tensão-deformação obtiverem um caráter linear, sendo assim o processo interrompido nesse instante de tempo.

Figura 5. Corpo de prova sobre a máquina EMIC-DL 10000.

3. RESULTADOS

Após a realização dos ensaios, observou-se que alguns corpos de provas se romperam e outros não. Quanto menor a resolução, menores as ocorrências de rompimentos dos objetos.

a) b)

Figura 6. a) Corpos de provas com resolução 0,40 mm e b) 0,15 mm após teste de compressão

Após a realização dos ensaios, foi possível obter os valores de tensão de compressão, tensão de escoamento, o alongamento e o módulo de elasticidade, como mostrado na Tabela 1. De acordo com os dados, a resolução 0,35 mm apresentou o maior módulo de elasticidade, com um valor de 2,52 GPa. Além disso, essa resolução obteve o maior índice de tensão de compressão, apresentando 39,46 MPa. Por outro lado, a resolução 0,15 mm apresentou os maiores índices de tensão de escoamento e alongamento, apresentando um valor de 21,46 Mpa e 1,90%, respectivamente. Materiais ABS produzidos por métodos convencionais apresentam densidade média de 1,01 a 1,21 g/cm³ [7], o que demonstra presença de “vazios” nos corpos de provas. Além disso, o ABS produzidos por métodos convencionais apresenta em média módulos de elasticidade entre 1,1 a 2,90 GPa [7], o que demonstra que o método FDM obteve valores similares aos convencionais para esse parâmetro.

Tabela 1. Resultados dos ensaios de compressão para diferentes resoluções

Espessura da camada Área Densidade Tensão de compressão Tensão de escoamento Alongamento Módulo de elasticidade

(mm) (mm²) (g/cm³) (MPa) (MPa) % (GPa)

0,15 158,10 0,73 38,89 21,46 1,90 2,02

0,20 157,50 0,74 35,99 19,22 1,63 2,1

0,25 157,10 0,72 35,12 20,59 1,74 2,01

0,30 158,00 0,71 37,50 21,15 1,64 1,99

0,35 155,70 0,72 39,64 19,26 1,65 2,52

0,40 158,00 0,69 37,46 20,02 1,43 2,31

A partir dos dados obtidos, foi possível obter o gráfico 1 de caracterização da curva de tensão-deformação a partir dos testes realizados.

Gráfico 1. Curva de tensão-deformação a partir dos testes de compressão

A partir do gráfico gerado foi possível notar que as resoluções maiores apresentaram maiores valores de tensão com relação a deformação, sendo a resolução