Pó de Construção

A formulação do pó geralmente é o primeiro passo para se trabalhar com sistemas de jateamento de aglutinante, pois, na maioria dos casos, o pó irá compor a maior fração do volume da peça verde, variando de 30% a 75%. O restante do volume geralmente é composto por ~10% de aglutinante e o que sobra são espaços vazios (LIU; RYNERSON, 2003). O processo de formulação do pó inclui a seleção do material, definição do tamanho de partícula, seleção de aditivos e otimização da deposição (UTELA et al., 2008).

A propriedade mais importante que o pó deve possuir para ser utilizado em um sistema de jateamento de aglutinante é a depositabilidade, que é fortemente dependente do formato e tamanho das partículas (UTELA et al., 2008). O atrito gerado nos pontos de contato entre os grânulos tem grande influência na fluidez de pós. Para aumentar a fluidez de massas cerâmicas granuladas é desejado que se tenha a redução do número de pontos de contato por unidade de volume. No geral, grânulos finos apresentam fluidez mais baixa em virtude do maior número de pontos de contato entre os grânulos. Características como a distribuição granulométrica e a morfologia dos grânulos devem ser analisadas uma vez que influenciam diretamente no processamento e nas propriedades finais dos modelos gerados (DUTRA, 2007).

Segundo Sachs et al. (2003), pós finos (~1 µm) tendem a aglomerar devido às forças de Van der Waals e pelos efeitos da umidade, apresentando problemas durante o espalhamento. Partículas com tamanhos inferiores a 5 µm podem ser depositadas

a seco ou a úmido e partículas maiores que 20 µm são preferencialmente depositadas a seco (SACHS, 2000). Tanto para a deposição a seco, quanto a úmido, o formato da partícula é menos importante que o tamanho, embora para deposição a seco partículas esféricas são melhores, pois tendem a fluir melhor. Partículas facetadas possuem maior área de contato entre elas, o que aumenta a fricção interna do pó diminuindo e dificultando o seu espalhamento. Por outro lado, permitem um melhor empacotamento (CIMA et al., 1995).

Spath e Seitz (2014) realizaram a avaliação do aspecto das superfícies geradas pela deposição do pó sobre a mesa de construção no processo de jateamento de aglutinante. No Quadro 4 é possível observar a diferença entre os resultados alcançados, com os quais foi concluído que o pó deve gerar uma superfície coerente (inteiramente preenchida) e sem irregularidades, para que possa ser usado no processo.

Descrição

Qualidade suficiente para processamento via

jateamento de aglutinante?

Representação

Leito de pó não coerente Não

Leito de pó coerente, porém

com grandes sulcos Não

Leito de pó coerente, porém

pequenas irregularidades Não

Leito de pó coerente, sem irregularidades, mas com

superfície áspera

Sim

Leito de pó coerente, com superfície com aspecto suave

e homogênea.

Sim

Quadro 4 - Avaliação da qualidade da superfície de pó depositada sobre a cuba de construção (adaptado de SPATH e SEITZ, 2014)

Segundo Spath e Seitz (2014), um método utilizado para determinar quantitativamente a fluidez do pó é a análise do ângulo de repouso. Zhang et al. (2014), avaliaram o pó Inline Dentin Powder (IPS) da empresa Ivoclar Vivadent Corporate, utilizado para fabricação de modelos de porcelana odontológica. A composição do material é dada principalmente por 59,5% - 65,5% de SiO2, 13,0% -

18,0% de Al2O3, 10,0% - 14,0%; de K2O e 4,0% - 8,0% de Na2O. O pó é formado por

partículas com tamanhos que estão entre 0,3 e 10 µm, com formas irregulares, mas devido a agregação os aglomerados são muito maiores. Foi constatado a necessidade do uso de um agente que melhorasse a fluidez, no caso foi usado o 10% do volume em Aerosil R 972 MSDS, composto 99,8% de sílica fumada. Depois da adição do agente foi notado uma grande queda de tamanho médio dos aglomerados, sendo que 95% do pó original era composto por aglomerados com tamanho médio de 52,89 µm, o que caiu para 36,79 µm após a adição do Aerosil. Além de diminuir o tamanho dos aglomerados, com o Aerosil também foi observado uma grande variação no ângulo de repouso dos pós, como pode ser visto na Figura 11, variando de 67º na composição original para 58º após a adição. Neste estudo, com a sinterização sendo feita a 950ºC e permanência de 30 minutos, a porosidade mínima alcançada foi de 7%.

(a) (b)

Figura 11 - Ângulos de repouso dos pós: a) pó em estado de fornecimento; b) após a adição do Aerosil (ZHANG et al., 2014)

O tamanho da partícula afeta o processamento e também as características da peça final, que incluem sinterabilidade, porosidade, área superficial, rugosidade e tamanho mínimo de detalhes (SACHS et al., 2003). No Quadro 5 são apresentadas as vantagens e desvantagens ligadas ao formato e tamanho de partículas na formulação de pós para o processo de jateamento de aglutinante.

Vantagens Desvantagens Tamanho de Partícula

Partículas grandes (>20 µm)

• Podem ser depositadas a seco; • Baixa área superficial (por volume); • Grandes espaços facilitam a

infiltração de fluidos.

• Partículas grandes limitam a espessura mínima de camada.

Partículas pequenas (<5 µm)

• Aumento da sinterabilidade; • Baixa rugosidade superficial; • Possibilitam trabalhar com camadas

finas;

• Permitem o emprego em modelos que possuem pequenos detalhes.

• Apresentam complexidade de deposição devido as forças de Van der Waal’s e umidade; • Alta chance de ejeção balística

durante o impacto da gotícula de aglutinante;

• Pode ser necessário que a deposição seja feita a úmido ou através de pasta.

Formato de Partícula

Esférico • Tende a fluir bem; • Baixa fricção interna.

Facetado • Melhora a taxa de empacotamento. • Alta fricção interna, dificulta a deposição do pó.

Quadro 5 - Vantagens e desvantagens relacionadas com tamanho e forma de partícula no processamento por jateamento de aglutinante (adaptado de UTELA et al., 2008)

A utilização de pós que contém em sua formulação partículas de diferentes tamanhos, pode ter as vantagens apresentadas por pós de partículas pequenas (<5 µm) e partículas grandes (>20 µm). Partículas maiores facilitam a deposição, enquanto as partículas pequenas preenchem os vazios aumentando significantemente a densidade do pó (LIU et al., 2006). Lanzetta e Sachs (2003) utilizaram uma mistura de pós de alumina de diferentes tamanhos, visando primeiramente melhorar o acabamento superficial. A mistura também apresentou aumento da taxa de compactação, e, consequentemente, o aumento da densidade do pó. Na Figura 12 são apresentados filamentos obtidos por jateamento de aglutinante com o emprego de pós compostos por partículas de mesmo tamanho (a) e com uso de pó bimodal (b).

(a) (b)

Figura 12 - Filamentos obtidos por jateamento de aglutinante em pó de alumina: a) tamanho de partícula de 20 µm; b) pó bimodal com tamanhos de partículas de 20 µm e 4 µm (LANZETTA; SACHS, 2003)

O uso de aditivos no pó pode influenciar na depositabilidade, no comportamento durante o processamento, nas propriedades finais do modelo e no comportamento durante o pós-processamento. O uso de pequenas quantidades de lubrificantes ou, o recobrimento superficial das partículas do pó, pode beneficiar na redução da fricção interna, melhorando o espalhamento do pó sobre a cuba de construção na deposição a seco (UTELA et al., 2008). Segundo Bredt e Anderson (1999), o uso de fibras longas (menores que a espessura de camada) pode ser utilizada para reforçar e melhorar a resistência do modelo final, enquanto fibras curtas (menores que metade da espessura da camada) podem melhorar a estabilidade dimensional dos modelos. Independentemente da função, o uso de aditivos requer que a composição seja misturada uniformemente, evitando que sejam criadas deformidades e heterogeneidades no modelo final.

Segundo Seyed et al. (2015), a molhabilidade das partículas é outro fator que afeta a capacidade de processamento do pó. O volume de aglutinante distribuído sobre o pó e a quantidade de aglutinante absorvido pelo pó determinam a resolução e a resistência mecânica dos modelos. Pouca molhabilidade acarreta em um rearranjo do leito de pó que pode ser prejudicial ao processo, muita molhabilidade e baixa reação do pó acarreta em perda de resolução, diminuindo a capacidade de processar modelos com detalhes pequenos.