PPS 2 | Fabrico aditivo baseado em Materiais cerâmicos, cimentícios e compósitos de metal cerâmico
Resumo
O PPS2 tem como objetivo a investigação e o desenvolvimento de novas tecnologias de impressão 3D e evolução dos sistemas de produção na indústria cerâmica e cimentícia recorrendo a processos de fabrico aditivo. Este desenvolvimento tecnológico permitirá uma maior versatilidade produtiva, através da fácil reconfiguração das linhas de produção a partir de informação digital, um aumento da capacitação produtiva e redução dos tempos de fabrico. Este PPS pretende explorar a tecnologia existente de forma a potenciar e/ou otimizar a produtividade, conduzindo à diminuição de custos. Atuando num setor estratégico a nível nacional e exportador, por excelência, os promotores empresariais contribuirão para o reforço do posicionamento deste setor no mercado internacional e para o posicionamento de Portugal enquanto marca de referência no desenvolvimento de soluções inovadoras. A introdução de novas tecnologias e materiais comportará profundas alterações nos padrões produtivos da indústria cerâmica e cimentícia, levando a um conjunto de oportunidades que se afiguram relevantes provenientes de externalidades a serem efetivadas. Para além da sua validação em ambiente real, está previsto um intenso plano de divulgação dos resultados que realçará o impacto das externalidades positivas descritas e consequente reforço da competitividade das indústrias associadas, para as quais os promotores empresariais irão fornecer serviços de valor acrescido. Face ao exposto, é possível afirmar que este PPS permitirá disponibilizar ao mercado um serviço/solução intermédio para a indústria, gerando externalidades positivas para a economia, aportando valor a montante e a jusante na cadeia de valor. O PPS2 é liderado pelos Copromotores Porcelanas Costa Verde e pela Universidade de Aveiro, orientada para os materiais cerâmicos e compósitos de metal-cerâmico. O PPS2 é constituído adicionalmente pelas empresas LENA AGREGADOS, AMCubed e DURIT e pelas ENESIIs IPLeiria e CENTIMFE pelas provas já prestadas na área da investigação científica em engenharia de materiais.
Sumário dos resultados alcançados
Atividade A1 | Matéria-Prima: Pós, Pastas e Filamentos de matriz cerâmica e cimentícios
Nesta atividade, decorre a realização da revisão bibliográfica sobre materiais e tecnologias de FA e a caracterização das matérias-primas que serão utilizadas nos processos de fabrico. Com base nessa informação, foi possível elaborar os quadros de referência para cada tecnologia de fabrico aditivo. Realizaram-se também estudos de caracterização de pós e suspensões de WC-Co utilizados no processo produtivo da Durit, nomeadamente ao nível da reologia, corrosão e estado de superfície das partículas em suspensão para uso em R3D. Do ponto de vista de ligantes, estudou-se a deposição de silicone por R3D. Verificou-se que o material utilizado tem escoamento fácil e que possibilita a construção em altura, demonstrando o potencial para ser utilizado como binder. Para o fabrico por SLS caracterizaram-se pós atomizados da produção da Costa Verde, do ponto de vista térmico e morfológico. Estudou-se também a sinterização da matriz polimérica (PA12), nomeadamente a influência da direção de fabrico nas propriedades mecânicas. Replicaram-se em PA12 chávenas obtidas por robocasting em pasta de porcelana como referência para peças em porcelana obtidas por SLS. Estudou-se também uma mistura com 50/50 % peso de PA12/pó atomizado. Verificou-se a possibilidade da união destes dois materiais no fabrico aditivo de peças. No entanto, o excesso de ligante não permitiu a ligação das partículas no ciclo de sinterização. Também se verificou a necessidade de diminuir o tamanho do pó atomizado para valores consideravelmente inferiores aos utilizados. Desta forma, poderá obter-se camadas mais homogéneas durante o fabrico que permitam uma maior ligação das partículas nos ciclos térmicos posteriores. No fabrico aditivo com materiais cimentícios, com o objetivo de explorar a aplicação de novas alternativas para alguns subprodutos industriais, estão a ser estudadas misturas contendo pó de pedra, que substituiu a areia em 50% a 100%, juntamente com adjuvantes, a cinza de eucalipto como substituto do cimento até 15%, a cortiça como substituto de areia até 3% e o desperdício de alumínio que foi introduzido na mistura até 25 %. De modo a obter as propriedades desejadas, foram ainda utilizados outros adjuvantes.
Atividade A2 | Processos FA: Extrusão, Deposição de ligante, Fotopolimerização e Sinterização
Nesta atividade, encontra-se a ser otimizados os processos e respetivos parâmetros com o objetivo de obter peças completamente densas, sem porosidade, e com microestrutura e propriedades mecânicas semelhantes às dos materiais obtidos por processamento convencional.
Realizaram-se testes de fabrico aditivo por SLS com misturas de 1:3, 1:4 e 1:5 PA12/porcelana para o fabrico de modelos cilíndricos. Verificou-se uma maior retração com a maior razão de binder utilizado. No entanto, a morfologia e microestrutura dos cilindros obtidos é muito semelhante. Para os materiais cimentícios definiram-se parâmetros que se tornam cruciais para garantir uma impressão continua, com aparência aceitável e que permita atingir as resistências e propriedades necessárias.