Projeto de superfícies bio inspiradas para a otimização de fundição de estruturas finas

Abstract

Esta dissertação de mestrado tem como principal finalidade a análise e otimização do processo de fundição em estruturas finas – estruturas celulares metálicas. Partindo de uma análise bio mimética inspirada no funcionamento dos elementos constituintes da natureza pretende-se desenvolver conceitos e aplicar esses mesmos princípios na área da tecnologia de fabrico. O principal objeto de estudo é o efeito que estruturas rugosas podem ter no comportamento de escoamento de fluidos, bem como a otimização da sua morfologia. Pretende-se estudar e compreender o efeito que as superfícies rugosas das cavidades moldantes possam apresentar, no processo de transferência de calor e consequentemente na sua fluidez. O processo de fundição por cera perdida é o indicado para este tipo de estruturas, pois é dotado de boa qualidade dimensional e geométrica. São realizados alguns ensaios práticos de forma a analisar as fases de enchimento e respetivas taxas de solidificação durante a solidificação e enchimento do metal. Estes ensaios experimentais complementam diferentes níveis de rugosidade, para se compreender melhor a influencia deste fator. Utilizando como ligas de vazamento, respetivamente o alumínio (Al) e o bronze (CuSn), submetendo sempre o fluido a condições ideais de pressão e vácuo. São também apresentados alguns estudos relacionados com a transferência de calor e fundamentos teóricos que devem ser mencionados para que se possa adquirir uma maior sensibilidade na abordagem deste projeto. No final pretende-se determinar se a rugosidade pode influenciar, direta ou indiretamente este tipo de fundição, com o objetivo de otimizar o processo de fabrico de estruturas finas e detalhadas.

This dissertation has as main purpose the analysis and optimization of the casting process for thin structures - metal foams. From bio mimetic analysis inspired by the development of the constituent elements of nature is intended to develop concepts and apply these same principles in the manufacturing technology area. The effect it may have, rough structures on the behavior of fluid flow, as well as the optimization of their morphology, is the subject of this study. Aims to study and understand the effect that the rough surfaces of the cavities molding can be in the process of heat transfer and consequently in its fluidity. The process of lost wax casting is suitable for this type of structures, it is endowed with good quality and geometric dimensional. Some practical tests are performed in order to analyze the respective stages of filling and solidification rates during filling and solidification of the metal. These experimental complement different levels of roughness, to better understand the influence of this factor. Using as a casting alloys respectively the aluminum (Al) and bronze (CuSn) subjecting the fluid to always ideal conditions of pressure and vacuum. Also featured are some studies related to heat transfer and theoretical foundations that should be mentioned so that you can acquire a greater sensitivity in tackling this project. In the end it is intended to determine whether the roughness can influence, directly or indirectly such casting, in order to optimize the manufacturing process of fine structures and detailed.