ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ENGRENAGEM FABRICADA EM PLA UTILIZANDO IMPRESSÃO TRIDIMENSIONAL

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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE

ENGRENAGEM FABRICADA EM PLA UTILIZANDO

IMPRESSÃO TRIDIMENSIONAL

1 Graduando do curso de Engenharia Mecânica 2 Professor Orientador; luiz.brant@newtonpaiva.br

PALAVRAS-CHAVE

Poliácido láctico. Impressão 3D. Indústria 4.0.

KEYWORDS

Polylactic Acid (PLA). 3D printing. Industry 4.0.

RESUMO

Vários são os dispositivos mecânicos que fazem uso de engrenagens como um elemento fundamental em um sistema de transmissão. Por esta razão e em decorrência da crescente necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias de fabricação e utilização de materiais alternativos que proporcionem eficiência elevada em quesitos como desempenho, meio ambiente e custo, o presente artigo apresenta um estudo baseado em experimentação e pesquisas que buscou analisar o comportamento de uma engrenagem fabricada em Poliácido Lático (PLA) através da impressão tridimensional, tecnologia promissora proposta pela Indústria 4.0. Essa nova engrenagem é analisada como alternativa à engrenagem original empregada em sistemas de acionamento de vidros elétricos de veículos automotivos que, atualmente, são fabricados em Polióxido de Metileno (POM), também denominado Poliacetal, que utiliza o método de injeção plástica para sua manufatura. Para a experimentação, foram adquiridos uma porta traseira direita do carro Fiat Uno Mille e o sistema de acionamento para vidro elétrico. A engrenagem do motor principal de acionamento foi substituída pela nova engrenagem e o sistema foi submetido à ciclos de funcionamento contínuo até a conclusão de 3000 ciclos de vida útil. A partir desta análise, observou-se que o material PLA, manufaturado por Impressão 3D do tipo FDM, não possui propriedades térmicas e mecânicas adequadas a conclusão da experimentação, já que falhou ao final de 356 ciclos de testagem contínua.

ABSTRACT

There are several mechanical devices use gears as a fundamental element in transmission systems. For this reason and because the need to develop new production process technologies using alternative materials that provide high efficiency in subjects as performance, environment and cost, this article presents a study based on research and experimentation, to analyze a gear made of Polylactic Acid (PLA) through 3D printing, a promising technology proposed by Industry 4.0. This new gear is analyzed as an alternative to the original gear used in electric drive systems of windowpane of vehicles, which are currently manufactured in Polyoxymethylene (POM), also called Polyacetal, which uses the plastic injection method for its manufacture. For test, a right rear door of the Fiat Uno Mille car and the drive system for electric window were used. The original gear of the main drive motor was replaced by the new gear and the system was subjected to continuous operating until complete 3,000 cycles. From this analysis, it was observed that the PLA material, manufactured by 3D printing of the FDM type, does not have adequate thermal and mechanical properties to complete the test, since it failed with 356 continuous testing cycles.

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1. INTRODUÇÃO

A constante busca pelo aprimoramento contínuo de produtos e serviços, aliado às necessidades, cada vez mais sofisticadas, da sociedade permitiram avanços tecnológicos importantes, que têm levado diversas organizações a adaptar seus processos produtivos como principal forma de garantir destaque no mercado (FREITAS, 2018).

Determinado processo de desenvolvimento e aprimoramento está relacionado às premissas propostas pelo novo contexto em que a sociedade está inserida, que é o da quarta revolução industrial, também denominada Indústria 4.0. Este estágio da evolução industrial consiste em um novo nível de entendimento mercadológico e organizacional que abrange toda a cadeia de valor no ciclo produtivo de uma empresa. Como fundamentação básica, pode-se entender a Indústria 4.0 como sendo uma rede capaz de interligar máquinas, sistemas e ativos de forma a obter uma planta fabril autônoma, ou seja, indústrias com capacidade de receber, compilar e enviar dados e informações do processo de produção com baixa ou nenhuma interferência humana (BECKER, 2018).

Como consequência do avanço da tecnologia e da integração de processos promovidos pela quarta revolução industrial, tem-se a manufatura por adição de material, também chamada de Manufatura Aditiva (MA), como um dos principais elementos que compõe a ideologia da Indústria 4.0 (RILKO e SANTOS, 2017). A Impressão 3D, termo menos formal para se referir à MA, surgiu como um processo produtivo que permite a fabricação de peças com geometrias complexas utilizando como base um modelo construído digitalmente. Indica-se a existência de mais de 20 tecnologias de produção por adição de material e todos estes sistemas possuem em comum o princípio de fabricação por camadas (SANTOS; PADILHA e TREICHEL, 2018). Estes processos podem ser diferenciados pelo princípio básico de funcionamento, pela forma de energia utilizada no processo de confecção das camadas e pelo tipo de material base a ser impresso, sendo os mais comuns os materiais poliméricos, cerâmicos e metálicos (PORTO, 2016).

O processo de Fabricação por Filamento Fundido (FFF), também conhecido como Fused Deposition Modeling (FDM) é um dos principais processos de impressão tridimensional, e também o processo mais empregado atualmente. Isto ocorre em razão do baixo custo de aquisição do equipamento, baixo custo e desperdício de material para impressão, fácil armazenagem e utilização (PORTO, 2016). Outra razão para sua vasta aplicabilidade está relacionada à enorme variedade de impressoras disponíveis no mercado, com capacidades de impressão variadas (DUARTE, 2016). Este processo baseia-se no aquecimento de filamentos enrolados em uma bobina, geralmente materiais poliméricos termoplásticos, até um estado que mantenha o filamento semissólido, que é depositado em camadas sucessivas através de um bico extrusor. Conforme as camadas vão solidificando-se, os filamentos depositados ganham aderência molecular, garantindo-se a fixação apropriada das camadas (BESKO; BILYK e SIEBEN, 2017). Em razão de sua relação custo e benefício, este será o método abordado neste documento. A figura 1 representa o processo descrito anteriormente.

Fonte: Adaptado BOA IMPRESSÃO 3D (Acesso em 29 de maio de 2020) FIGURA 1 - Método de impressão 3D por FDM

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Outro fator que tem sido explorado por diversos setores no mercado industrial é a aplicação e utilização de materiais poliméricos em substituição aos materiais tradicionais como aço, bronze, alumínio e outros materiais metálicos que, anteriormente, eram tidos como os únicos materiais capazes de oferecer alta eficiência e desempenhos satisfatórios em situações que envolvem solicitações mecânicas severas (SILVA e SILVA, 2003). Atualmente, com o avanço nas pesquisas e desenvolvimento de novos materiais, existe uma enorme variedade de polímeros capazes de atender as mais variadas aplicações, oferecendo propriedades mecânicas, físicas e térmicas otimizadas e que também possibilitam reduções significativas em massa, quando comparados aos materiais mencionados anteriormente. Adicionalmente, em certas ocasiões, promovem o diferencial competitivo no quesito de sustentabilidade, como nos casos dos chamados biopolímeros ou polímeros ecológicos (SILVA; OLIVEIRA e ARAUJO, 2014).

Dentre os diversos materiais disponíveis para impressão 3D, como a Acrilonitrila Butadieno Estirano (ABS), Nylon, Politereflato de Etireno (PET), Polietileno de Alta Densidade (PEAD), Polipropileno (PP), entre vários outros, destaca-se o poliácido láctico, relacionado pela sigla PLA, que é um poliéster alifático, do tipo termoplástico, obtido através de fontes renováveis como os açúcares de milho, de batata e de cana-de-açúcar, através de bioconversão e polimerização. Este material é atóxico e biodegradável, tornando o ecologicamente mais interessante (SANTOS, 2018). O PLA ainda se destaca por apresentar boas propriedades mecânicas e de processabilidade e é estável termicamente, característica fundamental para uma impressão tridimensional de qualidade. A resistência à tração do PLA encontra-se entre (50 e 70) MPa, com módulo de elasticidade variando entre (3,0 e 4,0) GPa, dependendo de sua massa molar. A faixa de temperatura para extrusão varia entre 160 e 220 ºC, de acordo com a pigmentação utilizada e características pós-obtenção (SANTANA, 2018).

Outro material que apresenta destaque, especialmente na fabricação de componentes mecânicos, é o Polióxido de Metileno (POM), também denominado Poliacetal. O POM é um plástico de engenharia com elevada estabilidade dimensional, que apresenta alta resistência ao escoamento e à fadiga causada por vibrações (POLYBRASIL, 2018). Sua elevada rigidez favorece aplicações em que são requeridas capacidades de suportar esforços com o mínimo de deformações (FILHO, 2002). A tabela 1 apresenta algumas das principais propriedades do PLA e do POM, conforme fichas técnicas de fabricantes. É importante salientar que os valores apresentados na tabela podem sofrer variações de acordo com forma de processamento do material, pigmentação utilizada, estrutura molecular e temperatura de trabalho (FRANCISCO, 2017).

Fonte: Adaptação DataSheet (NATUREWORKS, Acesso em 8 de junho de 2020) e (POLYBRASIL, Acesso em 2 de junho de 2020)

TABELA 1 - Principais propriedades do PLA e POM

Através da análise da tabela 1, pode se perceber que o PLA é um material mais leve que o POM. Adicionalmente apresenta dureza maior e menor taxa de alongamento quando exposto à tensão de tração. Tais características indicam que o PLA possui comportamento menos dúctil, ou seja, deforma-se pouco até a ruptura. Já o poli(óxido) de metileno resiste à uma tensão de tração maior e alonga-se à uma taxa superior, ou seja,

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apresenta comportamento de um material dúctil, tornando-o menos frágil. Observando-se a taxa de absorção de água dos dois materiais, nota-se que apesar dos valores serem de baixa grandeza, o PLA apresenta o dobro da capacidade de absorção de água que o POM. Tal comportamento interfere notoriamente nas propriedades mecânicas do PLA e contribui diretamente para sua rápida decomposição. Através da tabela 2, verifica-se redução nos valores de algumas propriedades mecânicas em corpos de prova (PLA) impressos padronizados (JAHNO, 2005).

Fonte: Ficha técnica PLA 3DLab, acesso em 10 de junho de 2020.

TABELA 2: Propriedades mecânicas em corpos de prova impressos em PLA

Podem-se citar diversas aplicações em que as tecnologias descritas anteriormente têm se desenvolvido no setor industrial como um todo, porém, os elementos de transmissão, especificadamente as engrenagens, tornaram-se objeto de estudo descrito neste documento. Justificando-se principalmente pela vasta aplicação e importância na indústria metalmecânica, que busca otimizar padrões de desempenho com custos reduzidos de aquisição e fabricação, garantindo a competitividade e ganho econômico.

A partir da necessidade descrita, objetivou-se apresentar um estudo sobre o comportamento de engrenagens fabricadas em PLA por meio do processo de impressão tridimensional. A aplicação escolhida para o desenvolvimento do estudo foi o sistema de transmissão para acionamento de vidros elétricos em veículos automotores.

2. EXPERIMENTAL

A experimentação baseou-se na substituição da engrenagem movida original do sistema de transmissão, especificadamente do redutor de velocidade do tipo sem-fim coroa, por outra fabricada em PLA por meio da impressão tridimensional. A figura 2 apresenta o motoredutor descrito, sendo o parafuso sem-fim representado pela letra (a) e a engrenagem helicoidal movida indicada pela letra (b). O material base para a fabricação da engrenagem original é o poliacetal (POM).

Fonte: Elaborado pela autora

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Após efetuada a alteração de componentes, o sistema foi submetido à ciclos de testagem contínua. A seguir serão abordados os procedimentos e materiais empregados para a realização da experimentação.

2.1 Materiais

Para a realização da experimentação foram utilizados:

• Poliácido láctico – PLA 3D450 (NatureWorks®) com índice de fluidez: 18-26 g/10min (210ºC/2,16 kg) – Filamento preto com diâmetro de 2,85mm;

• Impressora 3D Ultimaker 2.0 – Método de impressão FDM; • Porta traseira direita do Fiat Uno Mille;

• Vidro para porta traseira direita Fiat Uno Mille – massa: 2,570g;

• Máquina para vidro elétrico para porta traseira direita Uno – (Zinni®) – R1459D SM

• Motor elétrico para acionamento do vidro – lado: esquerdo – (Mabuchi®) – MVJ 400 8 dentes (saída), tensão: 12V, corrente a vazio: 1,3A, torque nominal: 3Nm.

• Graxa Mobilux EP2;

• Software CAD para Modelagem tridimensional SolidWorks® 2015 – versão educacional; • Software de fatiamento para impressão tridimensional – Simplify3D®

• Componentes elétricos/eletrônicos: Arduino® Uno R3 (1 unidade); Relés CTK 1C 5Vdc (2 unidades); Módulo Ponte H L9110; Regulador de tensão LM7808 e LM7805; Placa de circuito impresso ilhada em fenolite 10cm x 15cm; Fonte 12V Knup® 120W; conectores e cabos diversos;

2.2 Procedimentos

Procedimento 1 - Medições: Inicialmente foram obtidos, através de medições realizadas na engrenagem original, os dados e dimensões necessárias para a modelagem tridimensional da engrenagem substituta. A figura 3 exibe a modelagem 3D feita por meio Toolbox, ferramenta do software SolidWorks para geração de elementos mecânicos padronizados, além dos parâmetros utilizados para sua elaboração.

FIGURA 3 - Modelo tridimensional da engrenagem helicoidal - SolidWorks

Procedimento 2 - Modelagem 3D/Prototipagem: Após o desenvolvimento do modelo da engrenagem em 3D em formato SLDPRT (SolidWorks Part), o arquivo foi importado para a versão STL (stereolithography), que é o formato interpretado pelos softwares de fatiamento, no caso o Simplify3D. Neste software foram detalhados o formato de preenchimento desejado, porcentagem de preenchimento, espessura de camadas, velocidade de impressão entre outros dados. Na figura 4 (a) tem-se a disposição dos elementos e as principais configurações para impressão 3D. Já a figura 4 (b) mostra o processo de impressão sendo realizado. O equipamento utilizado foi a impressora Ultimaker 2.0 e o material base é o PLA.

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Procedimento 3 - Controle dimensional e superficial: O processo de impressão 3D por filamento fundido apresenta deficiências em relação ao acabamento superficial final da peça e, também, em propriedades geométricas com restrições maiores. Mesmo com impressão em qualidade máxima e infill em 100%. Observou-se que a engrenagem impressa apreObservou-sentou desvios em algumas dimensões em relação ao proposto no projeto, além de elevada rugosidade superficial em partes importantes. Por esta razão, foi necessário realizar remoções de material excedente para que o protótipo entrasse em conformidade com o projeto. Para tal procedimento foi utilizado lixa nº 320. Em relação aos dentes da engrenagem, por apresentarem dimensões muito pequenas, não foi possível remover todas as rebarbas oriundas do processo de impressão.

Procedimento 4 - Montagem da máquina de vidro elétrico: A nova engrenagem fabricada em PLA foi anexada ao motor no lugar da engrenagem original de poliacetal. Para lubrificação foi utilizada a graxa Mobilux EP2, modelo indicado para redução de efeitos do desgaste e corrosão. Adicionalmente, o óleo lubrificante, que foi aplicado em toda a extensão da engrenagem, é resistente à água, fator que contribui para a proteção do componente de PLA que é altamente absorvente de umidade, propriedade que contribui para a degradação do componente. O conjunto motoredutor foi remontado com a nova engrenagem em PLA, conforme indica a figura 5.

Fonte: Elaborada pela autora

FIGURA 4 - Engrenagens em PLA: (a) parâmetros de impressão; (b) Impressão 3D - FDM

FIGURA 5 - Montagem do motoredutor: (a) Engrenagem nova em PLA e original em POM; (b) Engrenagem nova montada

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Após este processo, o motoredutor foi fixado no sistema de acionamento do vidro elétrico e na sequência, a porta direita traseira do Uno Mille foi montada para início dos testes de funcionamento contínuo.

FIGURA 6 - Montagem da porta direita Fiat Uno Mille: (a) Máquina do vidro elétrico; (b) lado interno da porta; (c) lado externo da porta

Na figura 6 (a) tem-se o conjunto mecânico utilizado para acionamento do vidro elétrico da porta direita do Fiat Uno Mille, que é composto por uma placa de arraste do vidro “A”, roldanas “B”, trilho da placa de arraste “C”, Conexão do sistema de polias ao motoredutor “D” e o motoredutor “E”. Já a figura 6 (b) e (c) apresentam a parte interna da porta com o sistema de acionamento do vidro montado e o lado externo da porta, respectivamente.

Procedimento 5 - Acionamento elétrico/eletrônico do vidro: O acionamento eletrônico foi montado na plataforma Arduino Uno R3 que é um dispositivo construído na plataforma do microcontrolador ATMega328P. O circuito consiste em um processo de acionamento do motor, reversão e contagem de ciclos. Devido a limitações de corrente na saída do controlador, foi necessário fazer o acionamento do motor de forma indireta. A saída digital do Arduino é utilizada para acionar uma ponte H dupla que por sua vez é responsável por energizar as bobinas de 2 relés de 5V. Esses relés recebem em seu contato NA a alimentação 12 V (fornecida através da fonte de tensão de 120W) enquanto o contato NF é ligado ao terra. Já o comum de ambos os relés é ligado nos polos do motor DC que faz o acionamento do vidro. A lógica programada no Arduino permite que o relé 1 seja energizado para subir o vidro e o relé 2 para descer o vidro. Foi implementada também uma contagem de ciclos que permite parar os testes após uma quantidade pré-definida e após cada ciclo essa contagem é mostrada na tela no computador ligado ao arduino através de uma porta serial. Durante os testes foi observada a necessidade de uma interrupção de segurança em caso de falha no motor, para evitar sobreaquecimento e dano aos componentes eletrônicos. Esse sistema foi implementado através do monitoramento dos tempos de subida ou descida do vidro, que ao ter um valor pré-definido excedido, envia um comando ao controlador para desenergizar os relés, e consequentemente o motor.

Procedimento 6 - Testagem: O processo de testagem consistiu em submeter o sistema de acionamento do vidro elétrico a subidas e descidas contínuas e intercaladas de forma que a contagem de ciclos fosse realizada por meio de sensores de final de curso (FDC). Neste caso, um ciclo equivale a uma subida completa e uma descida completa. A Figura 8 apresenta a porta com o sistema de acionamento do vidro montado e os sensores de fim de curso superior (A) e inferior (B).

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FIGURA 7 - Jiga de Testes

Os procedimentos para a realização do teste estão descritos a seguir:

• Inicialmente o vidro foi posicionado na posição inferior (sensor inferior acionado);

• Após pressionado o botão de liga, o motor recebe um sinal para subir o vidro até o acionamento do FDC superior, espera-se 1,0 segundo (programação), o motor recebe sinal para descer até o acionamento do FDC inferior. A contagem de um ciclo foi contabilizada. Espera-se novamente 1,0 segundo (programação) e o processo se repete;

• O processo descrito anteriormente foi programado para durar 3000 ciclos à temperatura ambiente (23 ºC ± 3 ºC);

• O número de ciclos concluídos, bem como o tempo decorrido desde o início da testagem pôde ser monitorado através de uma comunicação serial conectada ao dispositivo de controle;

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• Foi implementado também, através de programação, um dispositivo que interrompe o acionamento do motor caso o sistema demore mais que 3 segundos para atingir o FDC superior ou inferior, evitando assim, um sobreaquecimento do motor ou circuito eletrônico em caso de falha.

Como mencionado, os testes foram executados a temperatura ambiente. Porém, a completa validação do sistema requer testes com variações de temperatura de -30ºC até 82°C, (±3ºC). Esses testes são feitos de forma intercalada variando-se não somente a temperatura, mas também a umidade e até adicionando interferência de detritos no sistema. No total, para validação do sistema de movimento do vidro elétrico da porta traseira são requeridos aproximadamente 15000 ciclos de teste, que abrangem quantidades específicas em cada uma das situações acima mencionadas. Esse número de testes é definido pelo fabricante baseado na expectativa de vida útil do veículo e definido através de um processo DFMEA além de normas que regulamentam as características necessárias para dispositivos utilizados em veículos automotivos, como a SAE J1739 e SAE JA1011.

Como o processo de testagem foi executado em um protótipo próprio, com pequenas diferenças com relação a montagem original do carro, a engrenagem original do sistema de transmissão também foi submetida ao procedimento experimental descrito.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Procedimento e material utilizado

Seguindo-se os procedimentos mencionados no tópico 2, foi possível observar o comportamento da engrenagem fabricada em PLA através de Impressão Tridimensional quando submetida a repetidos esforços. Para os testes foi utilizada uma engrenagem com 65 dentes, módulo de 0,8, ângulo de inclinação da hélice de 6º e ângulo de pressão de 20º.

Dificuldades foram enfrentadas para estabilizar o movimento do vidro sem a montagem original da porta, com todas as guias de borrachas que delimitam o espaço de movimentação deste componente somente na vertical. Além disso foi necessária a utilização de espuma vinílica para limitar o impacto do vidro nos sensores de fim de curso. Apesar deste esforço, o vidro ainda apresentou folga durante o seu deslocamento, causando uma vibração maior que a montagem original de um veículo e possivelmente aumentando o esforço requerido para movimento do mesmo.

3.2 Testes e resultado

Ao iniciar os testes, a engrenagem de PLA comportou-se de forma semelhante à original, apresentando pequenos batimentos em função da falta de cilindricidade após sua fabricação. Entretanto começou a mostrar sinais de falhas, com o vidro exibindo movimentos instáveis após 350 ciclos. Após 356 ciclos, o movimento ficou completamente travado e o sistema de teste foi interrompido. Ao desmontar a engrenagem foi observado um aumento de temperatura razoável no acoplamento do parafuso de rosca sem fim do motor e a engrenagem.

Retirando-se a engrenagem foi observado que vários dentes ficaram deformados. Aparentemente o aumento da temperatura foi um forte influente nessa deformação. A seguir têm-se as figuras 9 e 10 exibindo vistas da engrenagem antes dos testes e as figuras 11 e 12 indicando as vistas após o procedimento de testagem, como forma de comparação.

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Nas imagens da engrenagem antes da realização do teste observam-se falhas no acabamento superficial em decorrência do processo de impressão tridimensional.

Fonte: Elaborado pelo autor

FIGURA 9 - Vista frontal da engrenagem antes do teste

FIGURA 10 - Vista lateral engrenagem antes do teste

FIGURA 11 - Vista frontal após o teste

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FIGURA 12 - Vista lateral da engrenagem após os testes

3.2 Análise do resultado obtido

Ao contrário do esperado, nenhum dente mostra sinais de quebra, mas apenas de deformação, sugerindo que o aumento da temperatura aumentou a maleabilidade do material, permitindo que o mesmo fosse deformado a ponto de não haver mais acoplamento com o eixo do motor. Essa alteração de propriedade do PLA se deve ao fato de a temperatura de transição vítrea (Tg) desse material estar entre 55 o_{C e 60 ºC} conforme tabela 1.

Foi observado ainda que a engrenagem impressa apresentou uma forma ligeiramente ovalizada e quando montada no motor livre (sem carga) e foi possível ouvir ruídos intensos de raspagem na lateral do alojamento da mesma, causado por batimento excessivo. Esse atrito pode ter sido também um contributivo para o desgaste da engrenagem e redução da capacidade de acoplamento com o eixo do motor. Além disso, o atrito em excesso teve forte influência no aumento de temperatura mencionado anteriormente.

Outra possibilidade para a causa dessa falha é o fato de que foi utilizado um processo de impressão tridimensional FDM utilizando-se a técnica de preenchimento Honeycomb. Apesar de esse ser o padrão infill que oferece melhor resistência, o material ainda apresenta vazios, que contribuem para a redução significativa da resistência mecânica apresentada pelo componente, pode-se verificar essa redução de propriedades mecânicas pela tabela 2.

Uma necessidade que não foi implementada por limitações de tempo e recursos foi o monitoramento de temperatura no acoplamento e no ambiente. Essas informações estão diretamente relacionadas ao comportamento e propriedades mecânicas no PLA, interferindo muito no resultado dos testes, conforme atestado. Finalmente, apesar da falha no PLA do tipo amorfo, ainda pode-se testar para a mesma aplicação, o uso de PLA do tipo semicristalino que apresenta melhores propriedades mecânicas.

Apesar de o teste não ter sido executado seguindo todos os requisitos de variação de temperatura, umidade e detritos, pôde-se atestar a falha no uso desse tipo de PLA para essa aplicação.

Em razão da ausência de toda a guarnição original constituinte da porta do veículo e do excesso de vibrações presentes no protótipo de testes montado, a engrenagem original também foi submetida ao processo de testagem contínua descrita anteriormente como forma de validação do processo e metodologia empregada no teste. A engrenagem original resistiu sem danos aparentes aos 3.000 ciclos propostos.

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4. CONCLUSÃO

O artigo buscou apresentar uma análise sobre o comportamento de uma engrenagem fabricada em PLA por meio da impressão 3D (FDM) em substituição à engrenagem original de poliacetal utilizada no sistema de transmissão da máquina de vidro elétrico da porta traseira direita do carro Fiat Uno Mille. Desta forma, foi elaborado um plano de teste que envolveu acionar continuamente o vidro elétrico da porta com a nova engrenagem, de forma a obter informações que comprovem a eficiência do PLA e da manufatura estabelecida. Em virtude dos fatos descritos durante a experimentação e levando-se em consideração os resultados obtidos, conclui-se que a engrenagem fabricada com o PLA por impressão 3D por filamento fundido não apresentou propriedades mecânicas e térmicas adequadas para suportar os esforços envolvidos na aplicação descrita, chegando-se à falha ao final de 356 ciclos.

Para a completa validação do estudo desenvolvido, outros testes de funcionamento em condições de temperatura e umidade específicas deveriam ter sido realizados, assim como uma quantidade maior de amostras deveriam ter sido utilizadas, porém não foi possível desenvolver tais condições de teste em função dos recursos disponíveis.

Tendo em vista os aspectos observados, o presente artigo abre precedência para novos estudos que objetivem apresentar alternativas de solução economicamente viáveis, ecologicamente sustentáveis e de alto desempenho que busquem otimizar o processo produtivo como um todo. Oportunamente, estes futuros estudos poderiam utilizar engrenagens fabricadas em PLA semicristalino (40%) utilizando-se outros processos de impressão 3D em substituição ao FDM. Adicionalmente deve-se observar também meios de monitorar continuamente as condições de temperatura e umidade em que o sistema estará submetido no momento da testagem, bem como a temperatura no ponto de acoplamento do eixo com a engrenagem.

5. AGRADECIMENTOS

A autora agradece ao orientador e coordenador do curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário Newton Paiva, Luiz F. V. Brant pela aquisição de recursos essenciais ao desenvolvimento do experimento e ao Engenheiro de Controle e Automação Alex Azevedo pelo auxílio no desenvolvimento do projeto elétrico/ eletrônico para automatização do ensaio realizado.

REFERÊNCIAS

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