Impressão FFF de polímeros de memória de forma

Abstract

Os shape-memory polymers (SMP), ou polímeros de memória de forma, são uma classe de materiais inteligentes, mecanicamente ativos, capazes de alterar a sua forma em resposta a um estímulo, como por exemplo, temperatura, radiação, impulsos elétricos, etc. Nesta dissertação de mestrado pretendeu-se avaliar as características de um material com memória de forma, impresso pela técnica de Fabricação por Filamento Fundido (FFF). Para o efeito, foi necessário definir e validar uma metodologia adequada à caracterização do mesmo, tendo como principais objetivos analisar a influência da temperatura de recuperação e influência da espessura da amostra na força que o material promove durante a fase de recuperação. Numa fase inicial, foi extrudido filamento do material SMP com diâmetro calibrado para o processo de impressão 3D. Foi também necessário selecionar a geometria da amostra para o ensaio e proceder à identificação da janela operatória de impressão deste material. Imprimiram-se várias peças com diferentes espessuras (0.5, 1 e 2mm), para analisar a sua influência sobre a força de recuperação e caraterizaram-se as amostras de acordo com a metodologia definida usando o equipamento de análise mecânica dinâmica (DMA), que analisou a recuperação restringida do material. Para uma mesma espessura, 1 mm, obteve-se, para a temperatura mínima de 50 °C, a força de recuperação de 104 mN e, para a temperatura máxima de 70 °C, obteve-se a força de recuperação de 494 mN; uma variação de 20 °C na temperatura originou um aumento de 390mN (375 %) na referida força. Para uma mesma temperatura, 70 °C, obteve-se, para a espessura mínima de 0.5mm, a força de recuperação de 325 mN e, para a espessura máxima de 2mm, obteve-se a força de recuperação de 932 mN; um aumento de 1.5 mm na espessura provocou um aumento de 607 mN (187 %) na força de recuperação. Concluiu-se assim que, quanto mais elevada for a temperatura de recuperação, maior é o valor da força que o material promove quando recupera a forma permanente e que, quanto maior a espessura do provete, maior o valor desta força.

Shape memory polymers (SMP) are a class of mechanically active smart materials, capable of altering their shape in response to a stimulus as, temperature, radiation, electrical impulses, etc. In this master's dissertation, it was intended to evaluate the shape memory characteristics of a material, via samples printed by the Fused Filament Fabrication (FFF) technique. For this purpose, it was necessary to define and to validate an appropriate methodology, with the main objective of analyzing the influence of the recovery temperature and of the thicknesses of the samples on the force released during the recovery stage. In an initial phase, a calibrated diameter SMP material filament for the 3D printing process was extruded. It was also necessary to select the geometry of the test specimen, and proceed to the identification of the operating window for printing this material. Several samples were printed with different thicknesses (0.5, 1 e 2 mm), in order to also analyze their influence on the recovery force. These components were then characterized according to a methodology using the dynamic mechanical analysis equipment (DMA), which analyzed the constrained recovery of the material. For the 1 mm samples thickness, and for the minimum recovery temperature of 50 °C, a recovery force of 104 mN was obtained, while for the maximum temperature of 70 °C this force was 494 mN. Therefore, a 20 °C variation in temperature caused an increase of 390 mN (375 %) in that force. For the 70 °C recovery temperature, and the maximum thickness of 2 mm, a recovery force of 932 mN was obtained, i.e.an increase of 1.5 mm in thickness caused an increase of 607 mN (187 %) in the recovery force. It was concluded that, the higher the recovery temperature, the higher the value of the recovery force and that the higher the thickness of the sample, the higher the value of this force.