Impressão de provetes

4.6.1. Realização da impressão dos provetes

O intuito deste trabalho era preparar uma formulação com as propriedades mecânicas adequadas à produção de um filamento para impressão por FFF. Desenvolvidos os estudos considerados adequados, obteve-se uma formulação com características adequadas à produção de filamento a formulação CPC_V.

Pretende-se agora produzir o filamento, caracterizar e avaliar o efeito de orientação da construção de objetos por FFF, da espessura de camada e da taxa de alimentação nas propriedades mecânicas de provetes impressos e comparara-las com as dos provetes obtidos por injeção. Nos pontos 3.3.7. e 3.3.8 encontram-se os detalhes sobre a produção do filamento e os correspondentes dados de impressão.

Como já referido, o FFF é um processo complexo com um grande número de parâmetros que influenciam a qualidade do produto. A combinação desses parâmetros como por exemplo a orientação de construção, a espessura da camada, a densidade do enchimento, a velocidade de impressão, a densidade e padrão de preenchimento, entre outros, têm um efeito substancial na qualidade e desempenho dos produtos impressos, neste caso os provetes.

Como referido o filamento foi produzido numa extrusora e as impressões foram feitas numa impressora Delta WASP 3D. Na Figura 49 pode-se observar a cabeça de extrusão com o seu bico a depositar, e ainda uma bobine de filamento de CPC_V.

Na impressão é necessário ter em conta a orientação de construção, ou seja, como e em que direção uma amostra é produzida na plataforma de impressão. J.M. Chacóna et al. [30] concluíram que a orientação de impressão que proporciona melhores propriedades mecânicas é obtida quando a direção de deposição do filamento fundido coincide com a direção de tração. As amostras com menor espessura de camada levam a um aumento da resistência à tração e diminuição da resistência à flexão [30,40].

A dimensão e orientação de construção dos provetes, encontram-se representadas na Figura 50, assim como as dimensões do provete impresso.

Apesar de existir um amplo espectro de padrões de preenchimento, optou-se por um que proporciona um maior preenchimento. Com base no estudo realizado por J.M. Chacóna et al. [30] desenvolveram-se amostras sólidas, preenchidas com um rasto com padrão de preenchimento concêntrico, como o representado na Figura 51.Os parâmetros foram fixados de acordo com os valores apresentados na Tabela 20.

Tabela 20 - Parâmetros fixos usados na impressão dos provetes. Parâmetros Valores (mm) Qualidade Altura de camada 0,06 mm

Shell Espessura das Paredes 0,06 mm

Espessura Superior/Inferior 0,06 mm Enchimento Densidade do Enchimento 99 %

Padrão de Enchimento Concêntrico Material Temperatura de Impressão 190°C

Temperatura Base de Construção 40°C Velocidade Velocidade Impressão 16 mm/s

Fluxo Fluxo do Bico de Impressão 140 kg·m−2·s−1

Figura 51 - Parâmetros do processo, espessura da camada e rasto com padrão de concêntrico [38]. Figura 50 - Dimensões de um provete (mm) e orientação de construção dos provetes por (FFF) [38,40].

4 - Resultados Experimentais e Discussão

Os provetes resultantes da impressão foram sujeitos a ensaios mecânicos para posteriormente se proceder à comparação das suas propriedades com as de provetes obtidos por injeção (Figura 52).

4.6.2. Ensaios Mecânicos

As curvas tensão-deformação dos provetes do CPC_V_3D e CPC_V_i são apresentadas na Figura 53. As designações PLA_3D, CPC_V_3D referem-se a provetes de amostras impressas, e CPC_V_i designa os exemplares da amostra injetada. As propriedades em análise destes materiais incluem a resistência à tração, a tensão máxima, módulo de elasticidade e erro associado e encontram-se representadas na Tabela 21.

O PLA_3D puro exibiu maior resistência à tração quando comparado com os restantes provetes. Com a adição de cortiça houve uma redução da resistência à tração, observada em ambos os CPC_V, que apresentaram uma redução de aproximadamente 9% na resistência à tração.

Figura 52 - Provetes impressos na Delta WASP 3D, com a formulação (1) CPC_V e (2) com a formulação CPC_V, lado a lado, com provete impresso com filamento de PLA.

(1) (2) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 𝜎 (M P a) Ɛ PLA_3D CPC_V_3D CPC_V _i

O módulo de Young e a tensão de rutura, diminuem nas formulações com pó de cortiça. Este facto pode ser atribuído à menor rigidez e à estrutura da cortiça, que exibe um módulo de Young mais baixo quando comparado com biopolímeros puros.

Por outro lado, comparando ambos os CPCs, pode observar-se que não há diferenças assinaláveis na tensão de rutura dos provetes impressos e injetados. O CPC_V_i apresenta um módulo de elasticidade, superior ao CPC_V_3D, o que se atribui à compressão da estrutura de favo da cortiça. Sugere-se que a pressão aplicada durante o processo de moldagem por injeção tem mais impacto nas propriedades mecânicas do CPC do que a pressão muito reduzida associada ao processo de impressão 3D.

Tabela 21 - Tensão máxima, módulo de elasticidade e erro associado à sua determinação dos provetes impressos e injetados.

4.6.3. Análise morfológica por SEM

Na Figura 54 (1) e (2) são apresentadas as micrografias dos CPCs injetado e impresso, respetivamente.

Comparando as duas micrografias (1) e (2), são visíveis diferenças ao nível da homogeneidade da superfície. Em (2) a fratura foi causada pelos filamentos terem cedido à força aplicada.

Uma imagem do PLA impresso resultante da superfície da fratura à tração encontra- se na Figura 55. Na secção transversal da amostra observam-se formas trapezoidais que indicam apenas uma variação de formato da secção circular inicial (bocal com diâmetro de 0,4 mm) causando uma ligeira redução do filamento devido à orientação do polímero durante

𝛔𝐦á𝐱(MPa) E (MPa) 𝐑𝟐 PLA_3D 43,49 ± 0,7 966,1 ± 48,4 0,994 CPC_V_3D 34,8 ± 1,2 790,2 ± 32,6 0,988 CPC_V_i 33,5 ± 0,1 847,0 ± 26,4 0,995

Figura 54 - Imagens de SEM da superfície resultante da fratura dos provetes: (1) CPC_V_i e (2) CPC_V_3D.

4 - Resultados Experimentais e Discussão

o processo FFF. Podemos ainda ver que existe uma aceitável ligação entre as diferentes camadas do filamento criando uma boa ligação interfacial.

Apesar da impressão dos provetes ser um dos propósito do estudo, foram ainda impressos produtos que demostram o sucesso da adesão do filamento, como o representado na Figura 56. Tanto os provetes como o produto exibido na Figura 56, intitulado de “Mini- Groot” pela equipa criadora, evidenciam caraterísticas sensoriais transversais com grande relevância devido ao facto de estas serem diferentes das comumente encontradas em peças impressas com outros filamentos. As características em causa apelam aos sentidos:(i) ao tato pelo facto do toque não ser o toque plástico, comum aos filamentos tradicionais de FFF, notando-se uma rugosidade na sua superfície, (ii) ao olfato devido ao cheiro intenso a cortiça durante a sua impressão e (iii) à visão estimulada pela cor castanha herdada da própria cortiça.

Figura 55 -Micrografias de SEM do PLA impresso.

Capítulo 5