Construção de equipamento para obtenção de filamentos para impressão 3D: um estudo com copolímero ABS e microcompósitos com fibras de celulose

Este trabalho teve como objetivo principal montar um conjunto de equipamentos para a produção de filamentos poliméricos para impressão 3D por FDM (Fused Deposition Modeling), que seja compacto e de fácil operação a fim de se ter controle, principalmente, do diâmetro do filamento produzido. Foram preparados dois tipos de filamentos a base do terpolímero co-acrilonitrila-co-butadieno-co-estireno (ABS) utilizando o equipamento aqui montado: a) utilizando grânulos de material virgem e b) utilizando grânulos de compósitos de ABS/microfibra de celulose. Foram preparados corpos de prova de tração, flexão e impacto com esses dois tipos de filamentos utilizando a técnica de FDM e para efeito comparativo, corpos de prova com filamento comercial de ABS também foram produzidos. O equipamento eletromecânico se mostrou adequado para a fabricação dos filamentos composto por unidade de fusão térmica e homogeneização de pellets, puxamento eletromecânico do filamento extrudado, monitoração digital do diâmetro do filamento extrudado e bobinagem eletromecânica do filamento, mantendo o diâmetro do mesmo constante e em torno de 1,75 mm. A produção das microfibras de celulose foi realizada por hidrólise ácida da madeira de Eucalyptus grandis, obtendo microfibras com cristalinidade superior a 83%. Os microcompósitos de ABS/microfibra de celulose foram preparados via mistura no estado fundido com 0,5% em massa de fibra em uma extrusora dupla rosca co-rotante. Apesar da necessidade de um refinamento das variáveis de processamento para obtenção dos filamentos (evitando a degradação térmica), a presença da microfibra de celulose conseguiu melhorar de forma significativa as propriedades mecânicas de tração e flexão do ABS.This work had as main objective to assemble a set of equipment to produce polymeric filaments for 3D printing by FDM (Fused Deposition Modeling), which is compact and easy to operate in order to have control, mainly, of the diameter of the produced filament. Two types of filaments were prepared based on the acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene (ABS) terpolymer using the equipment assembled here: a) using granules of virgin material and b) using granules of ABS / cellulose microfiber composites. Tensile, bending and impact specimens were prepared with these two types of filaments using the FDM technique and for comparative purposes, specimens with commercial ABS filament were also produced. The electromechanical equipment proved to be suitable for the manufacture of the filaments consisting of a thermal fusion unit and pellet homogenization, electromechanical pulling of the extruded filament, digital monitoring of the extruded filament diameter and electromechanical filament winding, keeping the diameter of the same constant and around 1.75 mm. The production of cellulose microfibers was carried out by acid hydrolysis of Eucalyptus grandis wood, obtaining microfibers with crystallinity greater than 83%. ABS/ cellulose fiber microcomposites were prepared by mixing in the molten state with 0.5% by weight of fiber in a co-rotating twin screw extruder. Despite the need for a refinement of the processing variables to obtain the filaments (avoiding thermal degradation), the presence of cellulose microfiber has managed to significantly improve the tensile and banding mechanical properties of ABS.Instituto Presbiteriano Mackenzi