ESTUDO DA LIGAÇÃO METAL/POLÍMERO ATRAVÉS DE IMPRESSÃO 3D

Abstract

In the production of multi-material components, the use of dissimilar joints has become increasingly important. The joining of polymers and metals is an area of great interest due to the unique combination of mechanical and chemical properties offered by these materials, but in their production, we are faced with numerous technological barriers due to their different natures. The automotive industry is increasingly using polymeric materials because they have advantages over many traditional materials, such as a high level of reliability, flexibility in their design and low density, which makes it possible to reduce weight and consequently use less fuel and wear the car out. In 1990, a new 3D printing technology, fused deposition modelling (FDM), was developed. This technology could boost the production of metal/polymer joints by allowing controlled deposition of the polymer material on the metal substrate.The aim of this study is to analyse the feasibility of new joint concepts that could be used in the near future to produce joints of aluminum/polymer-based materials using a 3D printing process. The innovative joint concept is based on an interlocking mechanism using a deposited pin, which is compared to two conventional concepts. A new comparison is also made between two interlocking mechanisms, where the variable that differs is the shape of the pin. From the samples and tests carried out, it was possible to conclude that the mechanical strength of the PLA and PETG deposited samples is influenced by the infill percentage. The highest strength values were obtained for a 100 % infill percentage, but it was possible to conclude that decreasing the infill percentage does not cause a large discrepancy in mechanical strength. The difference in strength values between the materials, PLA and PETG, is due to the density and volume of printing defects, concluding that PLA should be used for the new joint concept, as better deposition conditions were obtained. The new pin joint concept allows the production of samples with good mechanical behaviour, where failure occurs outside the material overlap zone. The strength values obtained for the new joint concepts were lower than those obtained for the conventional concepts, however, the new joint concepts have potential. The new joint concept discussed in this dissertation focuses on heterogeneous connections.

Na produção de componentes multimaterial, a utilização de uniões heterogéneas tem sido cada vez mais importante. A união de polímeros e metais é uma área de elevado interesse devido à combinação única de propriedades mecânicas e químicas oferecidas por estes materiais, mas, na sua produção debatemo-nos com inúmeras barreiras tecnológicas em virtude das suas diferentes naturezas. Na indústria automóvel cada vez mais tem se verificado o aumento da utilização de materiais poliméricos, pois estes apresentam vantagens em relação a muitos materiais tradicionais, como alto índice de confiabilidade, flexibilidade no seu design e baixa densidade, o que possibilita a redução de peso e consequentemente uma menor utilização de combustível e desgaste do automóvel. Em 1990, foi desenvolvida uma nova tecnologia de impressão3D, fused deposition modelling (FDM). Esta tecnologia poderá impulsionar a produção de juntas metal/polímero, permitindo uma deposição controlada do material polimérico sobre o substrato metálico.O objetivo do presente estudo é analisar a viabilidade de novos conceitos de juntas que possam ser utilizadas num futuro próximo para produzir juntas de materiais à base de alumínio/polímero através de um processo de impressão 3D. O conceito inovador de junta baseia-se num mecanismo de ancoragem através de um pino depositado, que é comparado com dois conceitos convencionais. É ainda abordada uma nova comparação entre dois mecanismos de ancoragem, onde a variável que difere, é o formato do pino. A partir das amostras e dos testes realizados foi possível concluir que a resistência mecânica das amostras depositadas PLA e PETG, é influenciada pela percentagem de preenchimento. Os valores de resistência mais elevados foram obtidos para uma percentagem de 100% de preenchimento, mas, foi possível concluir, que a diminuição da percentagem de preenchimento não provoca uma grande discrepância da resistência mecânica. A diferença de valores de resistência entre os materiais, PLA e PETG, deve-se à densidade e volume de defeitos de impressão, concluindo que para o novo conceito de junta deve-se utilizar o PLA, pois foram obtidas melhores condições de deposição. O novo conceito de junta com pinos permite a produção de amostras com bom comportamento mecânico, em que a falha ocorre fora da zona de sobreposição do material. Os valores de resistência obtidos para os novos conceitos de junta foram inferiores aos obtidos para os conceitos convencionais, no entanto, os novos conceitos de juntas apresentam potencial. O novo conceito de junta abordado nesta dissertação concentra-se nas ligações heterogéneas.