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COBEF 2023
12th Brazilian Congress on Manufacturing Engineering
DESAFIOS DA MANUFATURA ADITIVA DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS COM FIBRAS CONTÍNUAS
Submission Author:
Lucio Roberto Menezes , MG
Co-Authors:
Lucio Roberto Menezes, Júlia Souza Abrão, Igor Cesar de Carlos Rosa, Leonardo da Silva Alves, Thiago Ferreira Querino, Bruno Souza Abrão, Mayara Fernanda Pereira, Arthur Alves Fiocchi
Presenter: Lucio Roberto Menezes
doi://10.26678/ABCM.COBEF2023.COF23-0476
Abstract
A manufatura aditiva (AM) de compósitos de matrizes poliméricas reforçadas com fibras contínuas (CFRP) despertou industrialmente, segundo estudo bibliométrico competindo com tradicionais tecnologias de fabricação de compósitos, com destaque nas indústrias aeroespacial, automotiva, esportiva e médica. As vantagens residem na fabricação de geometrias complexas multiescala e multimaterial com elevado desempenho mecânico por densidade relativa sem a necessidade de moldes e ferramentais. A presente pesquisa apresenta e discute a AM CFRP destacando as três tecnologias pioneiras. A pesquisa abrangeu os diferenciais tecnológicos, materiais (matriz e reforço), softwares e processos de deposição, fundamentada principalmente nas respectivas patentes e artigos científicos. As resistências à tração foram comparadas entre polímeros e CFRP. Também foram identificados os desafios de aumentar a fração volumétrica de fibras (Vf) acima de 50 %, melhorar adesão matriz/reforço, aumentar a compactação, reduzir porosidade e aprimorar a distribuição das fibras contínuas (CF). A resistência à tração de peças obtidas por AM CFRP alcançou 900 MPa com Vf próximas a 30 % para Nylon (PA) reforçado com CF e fibras descontínuas (DF) de carbono, representado 75 % da resistência de peças fabricadas por filament winding (FW). Sistemas de deposição com mais graus de liberdade são necessários para alcançar a deposição verdadeiramente tridimensional. Diversos polímeros termoplásticos (TP), PLA, PA e PEEK, e termofixos (TS) epoxídicos de engenharia podem ser associadas as fibras de basalto, vidro, aramida e carbono puxando o desenvolvimento de novos materiais com vistas a desempenho mecânico com maior custo relativo (Fibra de carbono e PEEK) ou custo-benefício (fibra de vidro e PA). Perspectivas futuras contemplam aumentar a rigidez estrutural e os graus de liberdade (DOF) das impressoras. Não obstante, o desenvolvimento de softwares CAD-CAE-CAM voltados à AM CFRP, orientação tridimensional da FC, melhoria do controle termodinâmico, minimização de defeitos com monitoramento e controle de processo e associação da AM com a manufatura subtrativa (MS) no contexto da manufatura híbrida (HM).
Keywords
manufatura aditiva, Compósitos, Fibras contínuas, Extrusão de material, Resistência Mecânica
