Sistema de extrusão de material de alta gravidade e melhoria de desempenho de ácido polilático extrudado

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14224 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

A manufatura aditiva (AM) ganhou atenção significativa nos últimos anos devido à sua capacidade de fabricar de forma rápida e fácil formas e geometrias complexas que são difíceis ou impossíveis de alcançar com métodos de fabricação tradicionais. Este estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema de extrusão de material de alta gravidade (HG-MEX), que gera um campo de alta gravidade através da aceleração centrífuga. Neste processo, o material é dissolvido através do aquecimento do bocal e posteriormente depositado na plataforma de construção. O objetivo principal desta pesquisa é avaliar os efeitos positivos da gravidade na extrusão de materiais (MEX), que é um aspecto fundamental da AM. Para conseguir isso, é construída uma máquina combinada composta por uma unidade MEX e uma centrífuga. Este sistema HG-MEX é utilizado para analisar e refletir a influência da gravidade na extrusão do material. As avaliações experimentais demonstram que a aplicação de alta gravidade é uma abordagem promissora para melhorar a precisão da forma e o desempenho das peças fabricadas através do MEX. Notavelmente, nossos resultados confirmam a viabilidade da utilização de MEX sob alta gravidade para melhorar o desempenho em processos AM.

A manufatura aditiva (AM) é normalmente empregada para criar objetos tridimensionais adicionando sequencialmente camadas de material1. Ao contrário dos métodos tradicionais de fabricação, a AM pode fabricar facilmente formas e geometrias complexas que, de outra forma, seriam desafiadoras ou inviáveis2,3,4,5. Além disso, a gama de materiais utilizados na AM é diversificada, abrangendo plásticos, metais, cerâmicas e até materiais biológicos6,7,8,9,10. Consequentemente, a AM tem uma ampla gama de aplicações em indústrias como aeroespacial, automotiva e de saúde11. Assim, a AM tem o potencial de revolucionar a produção, permitindo uma produção mais rápida, mais eficiente e mais personalizada.

Uma característica notável da AM é a sua capacidade de facilitar a fabricação flexível de formas complexas e alterações individuais de design12. Sehhat et al.13,14 estudaram o efeito da temperatura e da variação do material nas propriedades mecânicas de peças fabricadas via modelagem por deposição fundida (FDM). Além disso, eles validaram a transformação de tensões em material anisotrópico fabricado aditivamente via FDM. Além disso, Mohamed et al.15 estudaram a otimização dos parâmetros do processo FDM. Além disso, Charalampous et al.16 investigaram a otimização do comportamento mecânico baseada em aprendizado de máquina de construções impressas em 3D fabricadas através do processo FFF. Além disso, Li et al.17 estudaram o efeito dos parâmetros do processo na modelagem de deposição fundida no grau de aderência e nas propriedades mecânicas. Espera-se que a AM se torne a tecnologia central do sistema de produção da próxima geração18,19,20. Na década de 2010, a NASA iniciou testes de impressão 3D na Estação Espacial Internacional, visando garantir a sustentabilidade em diversas atividades espaciais21. A partir de 2020, os projetos de longo prazo que envolvem missões lunares e marcianas necessitam de capacidades de manutenção e reparação em ambientes espaciais regulamentados. A este respeito, a AM tem merecido uma atenção significativa devido às suas excelentes características de poupança de recursos e de espaço22. Mesmo na Terra, as experiências de campo de microgravidade em AM foram conduzidas com base em experiências de voo parabólico nos Estados Unidos, China e Alemanha23.

Os esforços de pesquisa acima mencionados relacionados à AM de microgravidade revelaram que ambientes de microgravidade não são propícios para o processo de fabricação. Na AM de microgravidade, fixar o material no palco é um desafio, e as falhas residuais no depósito não podem ser ejetadas devido à ausência de forças de empuxo. Vários estudos AM tentaram realizar um fornecimento denso de material e eliminar microporos no depósito, mesmo sob condições de 1 G . Com base nos resultados relatados, esperamos que vários índices de avaliação sejam melhorados nas condições 1 G. Assim, esta conclusão serve de motivação para o desenvolvimento de uma nova tecnologia AM que aproveita níveis de gravidade superiores a 1 G. Nesse sentido, o sistema de extrusão de material de alta gravidade (HG-MEX) é uma instalação especializada projetada para operar sob alta pressão. -condições de gravidade, criando assim novas oportunidades para aplicações comerciais e industriais. O HG-MEX pode potencialmente enfrentar certos desafios relativos à AM no espaço e em condições de microgravidade. Assim, pode desempenhar um papel crucial no atendimento à necessidade de técnicas de fabricação eficientes e confiáveis ​​e no avanço da AM em ambientes espaciais e de microgravidade.