Fabrico aditivo com reforço de fibras contínuas - Silva, Miguel José dos Reis (2018)
Nos últimos 25 anos o uso de compósitos reforçados com fibras contínuas em matriz termoplástica tem aumentado, em virtude das suas vantagens quando comparadas com matrizes termoendurecíveis, bom desempenho mecânico, elevada temperatura de serviço, boa resistência química e reciclável. Este aumento tem sido feito quer pela substituição dos sistemas termoendurecíveis quer pela descoberta de novas aplicações. Contudo a sua utilização apresenta alguns desafios tecnológicos e científicos em resultado da sua elevada viscosidade, quando comparada com os termoendurecíveis, traduzindo-se numa maior dificuldade e complexidade na impregnação dos reforços. No entanto os sistemas de deposição e consolidação de fibras pré-impregnadas em matriz termoplástica são dispendiosos e apresentam elevada complexidade. Desta forma um importante desafio prende-se com o desenvolvimento de sistemas de deposição e consolidação de fibras contínuas em matriz termoplástica, que permitam a deposição do reforço, segundo orientações pré-definidas de acordo com as solicitações em serviço do componente. Com o objetivo de alcançar o mercado de componentes de engenharia, a escolha recaiu nos compósitos de matriz termoplástica, à base de poliamida reforçada com fibras de carbono. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento um sistema de baixo custo, para processamento e consolidação de fibras pré-impregnadas para uso conjugado com sistema impressão 3D (fabrico aditivo) por fusão filamentar, para a produção de componentes em materiais compósitos reforçado com fibras de carbono por fabrico aditivo. O sistema foi desenvolvido para funcionar integrado e de forma complementar em sistemas de fabrico aditivo por fusão filamentar (FFF) com capacidade deposição e consolidação das fibras contínuas ou longas nas direções estabelecidas. Os componentes compósitos produzidos apresentam características de componentes finais, sem necessidade de operações de pósprocessamento. O resultado final permitiu obter um sistema de deposição de fio contínuo composto por fibras longas para uso integrado com sistemas de fabrico aditivo por fusão filamentar. A operacionalização do sistema foi alcançada permitindo a impressão de peças com sucesso. As peças obtidas permitiram obter bons resultados de caracterização, validando o sistema desenvolvido. Em síntese, do trabalho desenvolvido, deve sublinhar-se a implementação de um equipamento de FFF recorrendo a componentes e subsistemas com custo reduzido para deposição de fio de fibras de carbono impregnadas com termoplástico em proporções que permitem ter uma resistência específica elevada. Os resultados atingidos a estes dois níveis permitem perspetivar o desenvolvimento e implementação de uma segunda versão do sistema com especificações para a produção sistemática de componentes com elevada reprodutibilidade e fiabilidade.