Manufatura de compósitos Cobre-Grafeno a partir de pastas para impressão 3D por extrusão
Resumen
Nos últimos anos, a manufatura aditiva (MA) de metais têm atraído o interesse da indústria
devido à possibilidade de reduzir o consumo de matéria-prima e de produzir peças
com geometrias complexas. Um dos processos utilizados para fabricação de metais é a
impressão 3D por extrusão de pastas. Neste processo, pós metálicos são misturados com
ligantes, formando uma pasta metálica. Essa pasta é depositada por extrusão imprimindo
uma peça verde. Na sequência, a peça verde passa por tratamento térmico para remoção
do ligante e sinterização. O sucesso da impressão 3D por extrusão de pastas depende das
características reológicas da pasta, da resistência do componente verde e do processo de
sinterização. Essa técnica de MA é promissora para fabricação de compósitos de matriz
metálica que são difíceis de produzir pelas rotas convencionais. Dentre os compósitos de
matriz metálicas, destaca-se os compósitos de cobre-grafeno, devido às suas propriedades
elétricas, térmicas e mecânicas. Neste estudo, a manufatura aditiva de compósitos
de cobre grafeno foi simulada fisicamente através da moldagem e compactação de pastas
metálicas seguida por sinterização. Para isso, foram produzidas três composições de
pastas de cobre e cobre-grafeno usando como ligante soluções aquosas de carboximetilcelulose
(CMC) e o álcool polivinílico (PVA). Amostras verdes foram produzidas a partir
da compactação à frio e deposição das pastas metálicas em um molde. Na sequência, as
amostras verdes foram submetidas a extração térmica do ligante e sinterização a 500 °C
e 900 °C, respectivamente. As amostras sinterizadas foram caracterizadas quanto a porosidade,
microestrutura, dureza e resistência à compressão. Os resultados obtidos para
amostras de cobre puro indicaram que o uso PVA no ligante resultou em uma porosidade
menor (cerca de 7 %) em comparação ao uso de CMC no ligante (cerca de 10%). A adição
de grafeno no cobre tendeu a aumentar a porosidade de 7% para 10% nas amostras
produzidas com ligante à base de PVA. Os valores de microdureza Vickers variam de 36 a
46 HV, sendo que menores valores foram observados nas amostras de cobre com grafeno.
Uma resistência à compressão de aproximadamente 1000 MPa foi alcançada nas amostras
produzidas a partir das três pastas metálicas desenvolvidas nesse estudo. Os resultados
obtidos demonstraram a viabilidade da fabricação de cobre e compósitos de cobre-grafeno
a partir de pastas metálicas desenvolvidas. Os resultados obtidos nesse estudo poderão
ser aplicados na manufatura aditiva por extrusão de pastas metálicas, e assim contribuir
para impulsionar essa tecnologia.
Colecciones
- TCC Engenharia Mecânica [120]