Fabricação Aditiva por FFF de Provetes de Fadiga da Liga AA7050

Abstract

O presente estudo foca a utilização do processo indireto de fabrico aditivo “Fused Filament Fabrication” (FFF), em conjunto com as etapas de eliminação de ligante (debinding) e sinterização, para obtenção de componentes metálicos com um sensor de fissuras incorporado.O objetivo principal do trabalho apresentado é a conformação de um provete de fadiga da liga de alumínio AA7050 através do processo de fabrico aditivo FFF, com um furo transversal de modo a introduzir um sensor de fissuras (fio de NiTi). A tecnologia utilizada baseia-se na extrusão de filamento, criado a partir da extrusão de feedstocks previamente preparados com diferentes percentagens volumétricas de pós metálicos da liga AA7050 (55, 60 e 65 % vol.) e material polimérico. Várias peças de geometria simples foram conformadas e analisadas de modo a otimizar as etapas de produção: parâmetros de impressão e ciclos térmicos (debinding e pré-sinterização).Após a otimização de todo o processo, não foi possível obter a consolidação desejável. A introdução do fio de NiTi, durante e após conformação da peça, resultou em defeitos, apesar de existir um bom contacto entre o fio e a matriz metálica. No entanto, a introdução do fio após a conformação revelou-se mais adequada. Pequenos cilindros foram testados através de ensaios mecânicos de modo a avaliar a adesão entre o fio NiTi e a matriz metálica AA7050, após ciclo térmico. Como a consolidação das partículas metálicas das peças não foi atingida na totalidade, os ensaios mecânicos não permitiram quantificar a adesão, pois ocorreu fratura no material matriz, permanecendo junto ao fio de NiTi parte da liga AA7050, o que indicia uma boa adesão entre ambos.

The present study focuses on the use of the indirect additive manufacturing process “Fused Filament Fabrication” (FFF), together with the debinding and sintering steps, to obtain metallic components with a crack sensor incorporated.The main objective of the work is the shaping of a fatigue specimen of aluminium alloy AA7050 through the FFF additive manufacturing process, with a transversal hole in order to introduce a crack sensor (NiTi wire). The technology used is based on filament extrusion, created from the extrusion of feedstocks previously prepared with different volumetric percentages of metallic powders of the AA7050 alloy (55, 60 and 65 vol.%) and polymeric material. Several parts with simple geometry were shaped and analysed in order to optimize the production steps: printing parameters and thermal cycles (debinding and pre-sintering).After optimizing the entire process, it was not possible to achieve the desired consolidation. The introduction of the NiTi wire, during and after components shaping, resulted in defects, despite the good contact between the wire and the metallic matrix. However, the introduction of the wire after the shaping process proved to be more adequate. Small cylinders were mechanically tested to evaluate the adhesion between the NiTi wire and the AA7050 metallic matrix, after thermal cycle. As the consolidation of the parts’s metallic particles was not fully achieved, the mechanical tests did not allow the adhesion to be quantified, because fracture occurred in the matrix material, with part of the AA7050 alloy remaining attached to the NiTi wire, indicating a good adhesion between them.