Development of an innovative additive manufacturing equipment containing a co-rotating twin screw extrusion unit (2022)
- Authors:
- Autor USP: NETTO, JOAQUIM MANOEL JUSTINO - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEM
- DOI: 10.11606/T.18.2022.tde-26012023-181116
- Subjects: MANUFATURA ADITIVA; EXTRUSÃO; BLENDAS; POLÍMEROS (MATERIAIS); DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
- Keywords: Blendas poliméricas; Fabricação com pellets fundidos; Processo aditivo por extrusão; Projeto customizado; Protótipo
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Este trabalho aparesenta o desenvolvimento de uma impressora 3D baseada em extrusora dupla rosca corrotativa. A manufatura aditiva por extrusão (MAE) tem sido tradicionalmente implementada por impressoras 3D que utilizam filamentos com oferta comercial limitada de materiais. Desde os anos 2000, novas tecnologias MAE que aceitam material em pó ou pellets têm sido propostas. A solução típica, baseada em extrusão rosca simples, expande as opções de materiais aplicáveis, permite reduzir custos de impressão e aumentar as taxas de deposição, mas apresenta pouca flexibilidade de processo e baixa capacidade de mistura. O novo equipamento combina uma mini-extrusora dupla rosca corrotativa modular operada em regime de semipreenchimento com uma plataforma Cartesiana, e aceita material em pó ou micro-pellets. Similar às extrusoras dupla rosca industriais, a vazão e rotação das roscas podem ser definidas independentemente e sua capacidade de mistura pode ser ajustada de acordo com requisitos da manufatura. A MAE assistida por rosca foi investigada em uma revisão sistemática, revelando importantes vantagens e limitações de projeto, assim como o fluxo de desenvolvimento da tecnologia. O novo equipamento foi desenvolvido em três iterações, partindo da geometria das roscas até a simulação do processo de extrusão para verificar se o ambiente termomecânico apropriado seria criado pela mini-extrusora. Um protótipo funcional foi construído ao final da terceira iteração. Testes de extrusão foramrealizados em diferentes condições de operação, utilizando polipropileno e uma blenda de polipropileno/poliestireno 90/10 (% em massa). Duas configurações de rosca foram testadas, com e sem elementos de malaxagem, para avaliar as características de fluxo e desempenho de mistura. Os resultados mostraram que os elementos de mistura determinam o início da fusão, os tempos médios de residência, e o nível de cisalhamento que, por sua vez, tem efeito sobre a qualidade da mistura. A configuração e velocidade de rotação das roscas não afetam a vazão, que depende apenas da taxa de alimentação. Testes preliminares de deposição foram realizados para determinar os parâmetros de impressão 3D. Um corpo-de-prova padrão, um scaffold e uma caixa multicolorida foram adequadamente impressos, validando o novo equipamento. As propriedades mecânicas dos corpos-de-prova apresentaram valores em conformidade com a literatura. Os corpos-de-prova impressos com a blenda tiveram aumento no módulo de elasticidade e limite de resistência à tração (1417 ± 101 MPa e 32 ± 1 MPa, respectivamente), acompanhado por uma diminuição significativa no alongamento em ruptura (23 ± 6 %) em razão da presença da fase de PS. A impressora 3D projetada não apenas elimina a dependência de matéria-prima filamentosa, mas combina composição de polímeros e deposição em uma única rota de processamento. Isso representa um passo significativo para a disponibilidade de um equipamento mais versátil que pode ser personalizado deacordo com as tarefas de processamento específicas e/ou aplicação pretendida. As possibilidades de pesquisa futura incluem o uso da impressora para integrar em uma única etapa a fabricação e impressão de blendas poliméricas, biocompósitos e bionanocompósitos para aplicações médicas personalizadas
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2022
- Data da defesa: 28.11.2022
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
JUSTINO NETTO, Joaquim Manoel. Development of an innovative additive manufacturing equipment containing a co-rotating twin screw extrusion unit. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-26012023-181116/. Acesso em: 02 jan. 2026. -
APA
Justino Netto, J. M. (2022). Development of an innovative additive manufacturing equipment containing a co-rotating twin screw extrusion unit (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-26012023-181116/ -
NLM
Justino Netto JM. Development of an innovative additive manufacturing equipment containing a co-rotating twin screw extrusion unit [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-26012023-181116/ -
Vancouver
Justino Netto JM. Development of an innovative additive manufacturing equipment containing a co-rotating twin screw extrusion unit [Internet]. 2022 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18163/tde-26012023-181116/ - Projeto de uma miniextrusora dupla-rosca corrotativa vertical para aplicação em manufatura aditiva
- Design of an innovative three-dimensional print head based on twin-screw extrusion
- Physical and chemical characterization of colored poly (acid latic) 3D printing filaments
- Design and validation of an innovative 3D printer containing a co-rotating twin screw extrusion unit
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2022.tde-26012023-181116 (Fonte: oaDOI API)
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