Influência de parâmetros de processamento em propriedades de amostras de um compósito polimérico condutor de eletricidade fabricadas por impressão 3D

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.O emprego de compósitos poliméricos condutores de eletricidade na manufatura aditiva por extrusão de material, é uma alternativa para a fabricação de componentes de circuitos elétricos e dispositivos para proteção contra interferência eletromagnética. Ao passo, que trabalhos recentes têm como objetivo compreender a composição destes materiais, já que poucas pesquisas analisam o impacto dos parâmetros do processo de fabricação em propriedades elétricas e mecânicas da peça final. Neste estudo é investigado o processo de extrusão de material em uma impressora 3D de tecnologia aberta, utilizando um filamento compósito polimérico condutor de eletricidade, constituído de Poli(ácido Láctico) (PLA) e grafeno. A investigação foi dividida em quatro etapas, a primeira objetivou caracterizar a matéria-prima, visando estimar a densidade, umidade, quantidade de aditivo presente no compósito, além de propriedades térmicas. A segunda etapa contemplou a investigação e seleção de parâmetros do processo de fabricação, mediante medições de massa, espessura e imagens de microscopia óptica de amostras fabricadas. Na terceira etapa foi avaliada a influência da temperatura de extrusão (Te), velocidade de impressão (Vi) e temperatura da plataforma de construção (Tp) na condutividade elétrica e resistência à flexão das amostras fabricadas. A quarta etapa analisou variações na eficiência de blindagem eletromagnética associadas a modificação da estratégia de preenchimento. Como resultado, observou-se diferenças estatisticamente significativas na condutividade elétrica de amostras fabricadas com diferentes valores de Tp e combinações de Te e Vi, sendo a maior diferença de condutividade elétrica registrada entre amostras fabricadas com 50°C (0,316±0,019 S/cm) e 100°C (0,439±0,045 S/cm), para Tp. Embora a utilização de maiores valores para Tp tenha conduzido a diferenças de até 28% na condutividade elétrica das amostras fabricadas, variações estatisticamente significativas não foram encontradas para o módulo de elasticidade em função da modificação deste parâmetro. A utilização de diferentes estratégias de preenchimento conduziu a variações de até 10 dB, entre a amostra de maior (-39 dB) e menor (-29 dB) eficiência de blindagem eletromagnética, sendo observado por meio da MEV, a presença de menores vazios e falhas de adesão para amostras de maior eficiência de blindagem eletromagnética.Abstract : The use of electrical conductive polymer material in the additive manufacturing by material extrusion, is an alternative for the manufacturing of electric circuits components and electromagnetic shield devices. While recent works have as issue a better understanding of the materials composition, few studies analyzed the impact of manufacturing processes on electrical and mechanical properties of the final part. In this study is investigated the process of material extrusion in an open technology 3D printer, using an electrically conductive composite filament, composed by polyacid lactic (PLA) and graphene. The research was separated in four stages, one aim was to characterize a raw material, at estimating a density, moisture content, quantity of present additive present, as well as thermal properties. The second stage involves a research and selection of a manufacturing process, using measurements of mass, thickness and optical microscopy images of fabricated samples. In the third stage, the influence of extrusion temperature (Te), print speed (Vi) and temperature of the constructed platform (Tp) on the electrical conductivity and flexural strength of the samples were evaluated. The fourth step analyzed the electromagnetic shielding efficiency associated with modification of the fill strategy. As results, it was observed a statistically significant differences in the electrical conductivity of samples made with different Tp values and combinations of Te and Vi, with the greatest difference in electrical conductivity recorded between 50° C (0.316 ± 0.019 S / cm) and 100° C ( 0.439 ± 0.045 S / cm), for Tp. Although the use of higher values for Tp led to differences of up to 28% in the electrical conductivity of the samples, statistically significant variations were not found for the elasticity modulus of samples made as a function of the modification of this parameter. The use of different filling strategies led to variations of up to 10 dB, between the sample of bigger (-39 dB) and the smaller (-29 dB) electromagnetic shielding efficiency, being observed through SEM, the presence of smaller empty and adhesion failures for samples of greater efficiency of electromagnetic shielding