Efeitos de parâmetros de impressão 3D FDM nas propriedades mecânicas de poli (ácido lático)para órteses de membros superiores
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2023
Autores
Abrão, Ana Carolina Campos
Orientador
Ackermann, Marko
Cornelius, Baltus
Cornelius, Baltus
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Citação
ABRÃO, Ana Carolina Campos. Efeitos de parâmetros de impressão 3D FDM nas propriedades mecânicas de poli (ácido lático)para órteses de membros superiores. 2023. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.31414/EM.2023.D.131668.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Manufatura aditiva,Órteses de membros superiores,Polímeros
Resumo
A manufatura aditiva é uma tecnologia que vem se destacando por seus diversos benefícios, como customização, possibilidade de gerar geometrias complexas e vem se tornando cada vez mais acessível no quesito de custos. Uma das aplicações da impressão 3D é na área de reabilitação e tecnologia assistiva. Particularmente, a impressão 3D pela tecnologia FDM (Fused Deposition Modelling) está sendo crescentemente empregada na produção de órteses para pacientes em reabilitação ou como tecnologia assistiva nas atividades diárias, permitindo adaptação às caracterísitcas específicas do usuário e custos reduzidos de fabricação em relação a outras tecnologias de impressão 3D. Dentre os vários polímeros que podem ser utilizados nestas aplicações, observa-se a frequente escolha do PLA pela sua biocompatibilidade, rigidez, fluidez e resistência à tração. Neste contexto, este trabalho visa a investigação de efeitos de diferentes parâmetros de impressão 3D FDM sobre propriedades mecânicas de corpos de prova representativos da estrutura de órteses de membros superiores de PLA. Em particular, investigou-se os efeitos da porcentagem de preenchimento, do número de contornos e da temperatura do bico de impressão sobre propriedades mecânicas obtidas em ensaios de tração, flexão e impacto. Os corpos de prova foram confeccionados em parceria com uma empresa nacional especializada em órteses por manufatura aditiva, a Fix It, e os testes foram realizados nos laboratórios de ensaios mecânicos do Centro Universitário FEI. Observou-se que, a porcentagem de preenchimento se mostrou como o parâmetro mais relevante dentre os analisados para aumento das propriedades estudadas nos ensaios de tração, flexão e impacto, pois teve influência sobre todas (com exceção da deformação na ruptura em tração). O número de contornos influencia para as propriedades mecânicas de carga máxima e carga na ruptura em tração, carga na ruptura e deformação na ruptura em flexão e energia absorvida em impacto. O parâmetro de temperatura de bico mostrou pouca influência de forma geral nas propriedades mecânicas, tendo relevância como parâmetro isolado (sem estar combinado com outros parâmetros) apenas para módulo elástico em tração e deformação na ruptura em flexão. Porém, a temperatura de bico combinado com o parâmetro de porcentagem de preenchimento ou número de contornos, foi mais relevante sobre as propriedades do que de forma isolada. Este trabalho deverá fornecer subsídios aos fabricantes de órteses de PLA por impressão 3D FDM quanto à escolha apropriada de parâmetros de impressão que garantam as propriedades mecânicas desejadas
Additive manufacturing is a technology that has been standing out for its many benefits, such as customization, the possibility of generating complex geometries, flexibility, high productivity, and is becoming increasingly accessible in terms of costs. Applications areas of 3D printing include rehabilitation and assistive technology. Particularly, FDM (Fused Deposition Modelling) 3D printing is being increasingly employed in the production of orthoses for rehabilitation patients or as assistive technology for daily activities, allowing adaptation to the specific characteristics of the user and reduced manufacturing costs compared to other 3D printing technologies. Among the various polymers that can be used in these applications, PLA is often chosen for its biocompatibility, rigidity, fluidity and strength. In this context, this work aims to investigate the effects of different FDM 3D printing parameters on mechanical properties of specimens representative of the structure of PLA upper limb orthoses. In particular, the effects of the percentage of fill, number of layers and nozzle temperature on mechanical properties obtained in tensile, flexural and impact tests have been investigated so far. The specimens were printed in partnership with a national company specialized in orthoses by additive manufacturing, Fix It, and the tests were performed in the mechanical tests laboratories of FEI University Center. It was observed that the percentage of filling proved to be the most relevant parameter among those analyzed for increasing the properties studied in the tensile, flexural and impact tests, as it influenced all of them (except for tensile failure strain). The number of contours influenced the mechanical properties of maximum load and load at break in tensile, load at break and deformation at break in bending and energy absorbed in impact. The nozzle temperature parameter showed little overall influence on mechanical properties, being relevant as an isolated parameter (without being combined with other parameters) only for elastic modulus in traction and deformation at break in bending. However, the nozzle temperature combined with the parameter of fill percentage or number of contours was more relevant to the properties than in isolation. This work should provide subsidies to manufacturers of PLA orthoses by FDM 3D printing regarding the appropriate choice of printing parameters that ensure the desired mechanical properties
Additive manufacturing is a technology that has been standing out for its many benefits, such as customization, the possibility of generating complex geometries, flexibility, high productivity, and is becoming increasingly accessible in terms of costs. Applications areas of 3D printing include rehabilitation and assistive technology. Particularly, FDM (Fused Deposition Modelling) 3D printing is being increasingly employed in the production of orthoses for rehabilitation patients or as assistive technology for daily activities, allowing adaptation to the specific characteristics of the user and reduced manufacturing costs compared to other 3D printing technologies. Among the various polymers that can be used in these applications, PLA is often chosen for its biocompatibility, rigidity, fluidity and strength. In this context, this work aims to investigate the effects of different FDM 3D printing parameters on mechanical properties of specimens representative of the structure of PLA upper limb orthoses. In particular, the effects of the percentage of fill, number of layers and nozzle temperature on mechanical properties obtained in tensile, flexural and impact tests have been investigated so far. The specimens were printed in partnership with a national company specialized in orthoses by additive manufacturing, Fix It, and the tests were performed in the mechanical tests laboratories of FEI University Center. It was observed that the percentage of filling proved to be the most relevant parameter among those analyzed for increasing the properties studied in the tensile, flexural and impact tests, as it influenced all of them (except for tensile failure strain). The number of contours influenced the mechanical properties of maximum load and load at break in tensile, load at break and deformation at break in bending and energy absorbed in impact. The nozzle temperature parameter showed little overall influence on mechanical properties, being relevant as an isolated parameter (without being combined with other parameters) only for elastic modulus in traction and deformation at break in bending. However, the nozzle temperature combined with the parameter of fill percentage or number of contours was more relevant to the properties than in isolation. This work should provide subsidies to manufacturers of PLA orthoses by FDM 3D printing regarding the appropriate choice of printing parameters that ensure the desired mechanical properties