Otimização de pastas cerâmicas para processos de extrusão por fabricação aditiva e respetiva caracterização do comportamento mecânico

Abstract

A fabricação aditiva (FA) é uma designação frequente dos processos de impressão 3D de um modelo físico, por camadas, a partir de um modelo digital tridimensional com geometria precisa e usando a quantidade exata de material – sem desperdício e sem a necessidade de utilização de outros instrumentos ou ferramentas. A presente dissertação restringe-se à exploração da FA por extrusão de pastas cerâmicas. As especificidades da criação dos produtos com este tipo de processo, exige o profundo conhecimento dos materiais cerâmicos, prevendo e controlando o seu comportamento em todas as fases, nomeadamente durante a secagem e cozedura. A utilização de diferentes pastas cerâmicas implicou a necessidade de explorar soluções adequadas à criação de produtos arquitetónicos, analisando diferentes parâmetros e variáveis do processo de FA. Este estudo dá particular ênfase à otimização das pastas cerâmicas para processos de extrusão por FA. Recorre-se ao método de Pfefferkorn para caracterizar o índice de plasticidade das pastas. Os protótipos desenvolvidos e os estudos efetuados serviram de base para a análise da retração das várias pastas cerâmicas considerando diferentes curvas de cozedura. A correlação entre a retração e o comportamento mecânico das diversas pastas usadas nesta investigação constitui um contributo relevante que permitirá a FA de elementos e estruturas cerâmicas com consumos elétricos controlados.

Additive manufacturing (AM) is a common designation for the definition of three-dimensional printing processes of a physical model, in layers, from a three-dimensional digital model, resulting in a faithful physical representation that uses the exact amount of material during production - without waste and without the need to use other instruments or tools. This dissertation is restricted to the exploration of AM by extrusion of ceramic pastes. The specificities of creating products by this process requires a thorough knowledge of ceramic materials, predicting and controlling their behaviour at all stages, namely during drying and firing. The use of different ceramic pastes implied the need to explore appropriate solutions for the creation of architectural products, analysing different parameters and variables of the AM process. This study places particular emphasis on the optimization of ceramic pastes for AM extrusion processes, using the Pfefferkorn method to characterize the optimal plasticity index of each of the tested pastes. The prototypes developed and the studies carried out served as a basis for analysing the shrinkage of the various ceramic pastes considering different firing curves. The correlation between the shrinkage and the mechanical behaviour of the different pastes used in this investigation constitutes a relevant contribution that will allow the AF of elements and ceramic structures informed and adapted to a specific context.