Desenvolvimento e Impressão 3D de Estruturas Poliméricas com Coeficiente de Poisson Unitário.

Abstract

O objetivo desta dissertação é avaliar experimentalmente o comportamento mecânico de duas microestruturas poliméricas (microestrutura A e microestrutura B), desenvolvidas através de um programa numérico (VAMUCH) e que segundo as simulações numéricas, conseguem assegurar um coeficiente de Poisson próximo do valor unitário. Assim, pretende-se efetuar uma comparação do comportamento mecânico destas microestruturas com os valores obtidos através das simulações numéricas previamente efetuadas. Para este estudo foi necessário a escolha de dois materiais de modo a obter conclusões mais sólidas. Estes teriam de cumprir alguns requisitos base, para conseguirem ser impressos, tendo-se escolhido inicialmente o rPLA e o HIPS. Após esta escolha, foram feitas avaliações numéricas e experimentais para a confirmação de alguns parâmetros, nomeadamente o coeficiente de Poisson. Posteriormente, as microestruturas A e B foram obtidas por impressão 3D, pelo método FFF. O rPLA foi processado com as duas microestruturas em estudo, contudo o HIPS foi apenas processado com a microestrutura A. Utilizando as amostras impressas, foram realizados ensaios experimentais com solicitações axiais de tração e efetuando-se uma medição das deformações, por recurso a um sistema de correlação de imagem digital. A análise dos resultados permitiu concluir que apesar dos valores do coeficiente de Poisson irem de encontro aos obtidos através das simulações numéricas, não sucedeu o mesmo com a rigidez das microestruturas, conduzindo a resultados contraditórios. Para além disso, através dos mesmos resultados foi possível concluir que as microestruturas em rPLA apresentam maior rigidez e conduzem a coeficientes de Poisson mais próximos do valor unitário.

The main goal of this dissertation is to experimentally evaluate the mechanical behaviour of two polymeric microstructures (microstructure A and microstructure B), developed through a numeric program (VAMUCH) and which, according to the numerical simulations, can assure a Poisson’s ration close to the unit value. So, the objective of this work will be to compare the mechanical behaviour of these microstructures with the values obtained in the numerical simulations previously carried out.For this study it was necessary to choose two materials, in order to obtain solid conclusions. These would have to satisfy some basic requirements, having initially chosen the rPLA and HIPS. After this choice, numerical and experimental evaluations were made to confirm some parameters, namely the Poisson´s ratio. After this, microstructures A and B were obtained by 3D printing, using the FFF method. The rPLA was processed with the two microstructures under study, however, the HIPS was only processed with microstructure A. Using the printed samples, tensile tests were carried out and the deformations were measured with the help of a system of digital image correlation.The analysis of the results allowed us to conclude that, despite Poisson’s ration values were simular to the values obtained in the numerical simulations, the same did not happen with the stiffness of the microstructures, leading to contradictory results. Furthermore, through the same results it was possible to conclude that the rPLA microstructures have greater stiffness and lead to Poisson’s ration closer to the unit value.