Estudo de chapas planas prensadas a quente a partir de resíduos de PLA originários do processo de impressão 3D por extrusão de filamento

Abstract

As impressoras 3D por extrusão de filamento à base de polímeros se popularizaram em diversos contextos nos últimos anos, sobretudo nos fab labs e espaços maker. Ainda que estes sejam equipamentos de manufatura aditiva e operem com a sobreposição progressiva de material, por diversos motivos de execução e ou erro humano eles geram resíduos poliméricos. Portanto, este trabalho teve como objetivo investigar a viabilidade de produção de chapas planas a partir da prensagem a quente de resíduos originários do processo de impressão 3D por extrusão de filamento. Com a finalidade de aplicação no âmbito dos espaços maker para a produção de protótipos e peças para estudo de forma e volume. O material investigado foi o Poli Ácido Lático (PLA), por este ser amplamente utilizado no contexto da impressão 3D. Para tanto, a metodologia empregada consistiu na coleta, separação e classificação dos resíduos de PLA, na trituração dos mesmos e na elaboração do molde, culminando no processo de prensagem a quente do material utilizando uma prensa sublimática. Foram também executados ensaios de caracterização do material; e foi feita a preparação dos corpos de prova por corte a laser para a realização de ensaios mecânicos. A partir dos resultados, é possível atestar a viabilidade de obtenção de chapas planas utilizando a metodologia apresentada, porém houve a ocorrência de bolhas em grande parte dos experimentos e a cor do material limitou a adoção de parâmetros padronizados para as chapas. Quanto à caracterização do material, por meio da análise DSC pode-se confirmar que o PLA possui baixa temperatura de transição vítrea, entretanto, observou-se alteração na cristalinidade do material e a diminuição da temperatura de fusão nas amostras ensaiadas. Nos ensaios mecânicos, de tração e impacto, observou-se que as chapas planas prensadas a quente são menos resistentes quando comparadas a outros processos analisados. Como conclusão, tem-se que as chapas planas obtidas pela metodologia podem ser utilizadas para aplicações com baixa solicitação mecânica, como no estudo de volumetria e protótipos.

Polymer-based filament extrusion 3D printers have become popular in many contexts in recent years, especially in fab labs and maker spaces. Although these are additive manufacturing equipment and operate with the progressive overlap of material, for various reasons of execution and or human error they generate polymeric waste. Therefore, this work aimed to investigate the viability of production of sheets from the hot pressing of residues originating from the 3D printing process by filament extrusion. With the purpose of application in the scope of the maker spaces for the production of prototypes and parts for the study of shape and volume. The material investigated was Poly Lactic Acid (PLA), because it is widely used in the context of 3D printing. For this, the methodology used consisted of the collection, separation and classification of PLA residues, the crushing of the PLA and the elaboration of the mold, culminating in the hot pressing process of the material using a sublimactic press. Tests were also performed to characterize the material; and the specimens were prepared by laser cutting for mechanical tests. From the results, it is possible to attest the feasibility of obtaining sheets using the methodology presented, but there was the occurrence of bubbles in most of the experiments and the color of the material limited the adoption of standardized parameters for the sheets. Regarding the characterization of the material, through the DSC analysis it can be confirmed that the PLA has low temperature of vitreous transition, however, there was a change in the crystalinity of the material and the decrease in melting temperature in the samples tested. In mechanical, tensile and impact tests, it was observed that hot pressed sheets are less resistant when compared to other processes analyzed. In conclusion, it is found that the sheets obtained by the methodology can be used for applications with low mechanical request, such as in the study of volumetry and prototypes.