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Aug 11, 2023

Efeito de parâmetros de impressão na manufatura aditiva de peças metálicas: aspectos de desempenho e sustentabilidade

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19292 (2022) Cite este artigo

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Neste estudo, os efeitos dos parâmetros de impressão nas propriedades mecânicas de peças metálicas fabricadas aditivamente foram investigados por meio de um teste de tração. As amostras de aço inoxidável 17-4 PH com dois parâmetros de impressão, incluindo densidade de preenchimento e orientação do padrão, foram fabricadas por manufatura aditiva (AM) usando a técnica de deposição de metal ligado (BMD). As propriedades mecânicas consideradas neste estudo são o módulo de Young e o limite de resistência à tração. Os resultados demonstram que as orientações do padrão não afetam o módulo de Young do corpo de prova com padrão triangular. Em contraste, a resistência máxima varia significativamente dependendo das orientações do padrão, onde as amostras com a orientação do padrão de zero graus produzem a melhor resistência final. De fato, as propriedades mecânicas dos espécimes de preenchimento aumentam com sua densidade de preenchimento. No entanto, quando se considera o custo e o tempo de operação, estabelece-se um índice para estimar o desempenho e a sustentabilidade. A relação entre a resistência máxima normalizada de uma amostra de preenchimento e a densidade relativa é definida como a eficiência de peso. O índice para avaliar um produto sustentável é caracterizado pela eficiência de peso versus parâmetro(s) sustentável(is). O índice pode ajudar os usuários finais a selecionar uma densidade de preenchimento apropriada para produtos AM, considerando o custo e o tempo de operação. Diferentes modelos de custo, incluindo custos somente de material, custos diretos e custos totais, podem ser incluídos no modelo de índice para avaliar um produto sustentável em um contexto de custo específico.

A proliferação do desenvolvimento humano no século XXI envolve uma mudança fundamental na revolução tecnológica e na vida humana, conhecida como a Quarta Revolução Industrial ou Indústria 4.0. A civilização está à beira de uma nova revolução industrial para aumentar o desempenho industrial global e melhorar a qualidade de vida em todo o mundo, impulsionada por modernas tecnologias de fabricação e sistemas de informação. Uma nova geração de sistemas de manufatura pode fornecer processos e tecnologias ideais, ou seja, inteligência artificial, robótica, internet das coisas e manufatura aditiva (AM), para uma produção flexível com ganhos de eficiência e produtividade de longo prazo1,2,3. Entre os avanços tecnológicos, AM é considerado um processo de fabricação crucial que impulsiona a Indústria 4.0. AM é uma técnica de fabricação para fabricar peças a partir de um arquivo tridimensional (3D) de design auxiliado por computador (CAD), também conhecido como impressão 3D. Ele permite a fabricação sem esforço de peças complexas com formas livres por um processo de camada por camada4. Essa técnica tem menos desperdício de material no processo de fabricação do que os processos subtrativos tradicionais, por exemplo, máquinas de controle numérico computadorizado (CNC), jatos de água e corte a laser. Como as peças AM podem ser projetadas com maior liberdade de forma e menos desperdício de fabricação, a AM pode ser aplicada como um novo processo de fabricação para produtos personalizáveis ​​e personalizáveis, criando potencialmente um novo modelo de negócios.

Além de ser uma tecnologia impulsionadora da Indústria 4.0, a AM pode ser considerada uma tecnologia sustentável para o meio ambiente, pois a tecnologia fornece menos resíduos e pode usar material reciclado na fabricação. É um processo produtivo que pode reduzir consideravelmente as emissões globais de gases de efeito estufa. A produção massiva de matéria-prima em setores industriais e sua possível pegada ambiental podem ser potencialmente reduzidas usando tecnologias AM. Nesse caso, AM pode oferecer oportunidades para aumentar a sustentabilidade ambiental em vários setores. Antigamente, a sustentabilidade era definida enfatizando o aspecto ambiental. Atualmente, a definição também inclui aspectos sociais e econômicos, que a tecnologia AM também aborda5. Referindo-se aos princípios dos 6R (reduzir, recuperar, reciclar, reutilizar, redesenhar e remanufaturar)6, AM oferece uma possibilidade de desenvolvimento sustentável, melhorando os impactos sociais e econômicos de todo o ciclo de vida do produto7,8. A MA permite o desenvolvimento simultâneo da conservação ambiental e do crescimento econômico, otimizando assim o consumo e conservando os recursos para a vida humana. À luz da mecânica do desenvolvimento econômico, uma economia circular e o uso de recursos estão substancialmente relacionados. Se o consumo de materiais e energia nas indústrias puder ser reduzido e controlado, os modelos de negócios tradicionais poderão em breve ser transformados em modelos sustentáveis ​​de economia circular1,9.