Análise da influência das variáveis de fabricação altura de camada, densidade de preenchimento, temperatura do bico extrusor e velocidade de impressão sobre as propriedades mecânicas de peças de PETG fabricadas através do processo de FDM

Abstract

RESUMO: Este trabalho avaliou a influência das variáveis de fabricação altura de camada, densidade de preenchimento, temperatura do bico extrusor e velocidade de impressão sobre as propriedades mecânicas (limite de resistência à tração, limite de escoamento, alongamento na ruptura e módulo de elasticidade) de peças feitas em PETG através do processo de Modelagem por Fusão e Deposição (FDM), que é uma tecnologia de Manufatura Aditiva (AM). Devido ao atual desenvolvimento das tecnologias de AM, com destaque para a FDM, essa informação se torna de suma importância para a fabricação de peças usando essa tecnologia, neste caso com uso do PETG, pois torna possível selecionar o conjunto de variáveis de fabricação mais adequado visando atender suas demandas. O estudo foi realizado com o uso do Planejamento de experimentos (DOE), especificamente o planejamento fatorial 2^4, com definição dos níveis para cada variável de fabricação previamente descrita. Definidos os níveis e fatores, os corpos de prova foram modelados e fabricados de acordo com a norma ASTM D638-10 através do método FDM, sendo posteriormente ensaiados sob tração, novamente de acordo com a norma ASTM D638-10. Os resultados foram devidamente tratados e trabalhados estatisticamente, utilizando a análise de variância (ANOVA), via software Statistica 7, permitindo a análise de tais resultados com o uso dos gráficos das distribuições normais, de Pareto, das médias de limite, e modelos matemáticos, para cada uma das respostas obtidas. Observou-se que as variáveis de resposta (limite de resistência à tração, limite de escoamento e módulo de elasticidade) são influenciadas prioritariamente pela variável densidade de preenchimento, sendo elas maiores à medida que a densidade de preenchimento sai do nível baixo para o nível alto. Já para o alongamento de ruptura, a maior influência foi apresentada pela temperatura do bico extrusor, sendo os maiores valores obtidos para o nível mais alto da variável.

ABSTRACT: This study assessed the influence of manufacturing variables such as layer height, infill density, extruder temperature, and printing speed on the mechanical properties (ultimate tensile strength, yield strength, elongation at break, and modulus of elasticity) of PETG parts manufactured using the Fusion Deposition Modeling (FDM) process, which is an Additive Manufacturing (AM) technology. Given the current development of AM technologies, particularly FDM, this information becomes of utmost importance for manufacturing parts using this technology, specifically when utilizing PETG, as it allows for the selection of the most appropriate set of manufacturing variables to meet specific demands. The study employed Design of Experiments (DOE), specifically a 2^4 factorial design, with defined levels for each manufacturing variable described above. Once the levels and factors were determined, the test specimens were modeled and manufactured following the ASTM D638-10 standard using the FDM method. Subsequently, the specimens were subjected to tensile testing, again in accordance with the ASTM D638-10 standard. The results were appropriately processed and statistically analyzed using Analysis of Variance (ANOVA) with the aid of Statistica 7 software. This enabled the analysis of the results using graphs of normal distributions, Pareto charts, mean limit plots, and mathematical models for each obtained response. It was observed that the response variables (ultimate tensile strength, yield strength, and modulus of elasticity) are primarily influenced by the infill density variable, with values increasing as the infill density transitions from the low level to the high level. As for elongation at break, the extruder temperature exhibited the most significant influence, with the highest values obtained at the highest level of this variable.