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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-16032023-164029
Documento
Autor
Nome completo
Ana Caroline Batista Pires
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Ferreira, Eduardo Bellini (Presidente)
Crovace, Murilo Camuri
Pileggi, Rafael Giuliano
Título em português
Desenvolvimento de suspensão fotossensível de vidro soda-cal-sílica para impressão 3D por processamento digital de luz (DLP)
Palavras-chave em português
impressão 3D
manufatura aditiva
processamento digital de luz
vidro de janela
vidro soda-cal-sílica
Resumo em português
Apesar dos mais de 30 anos de desenvolvimento das técnicas de manufatura aditiva, que consiste na adição sucessiva de material, camada por camada, para fabricar peças a partir de um modelo digital, o uso de vidros como matéria-prima é recente. As primeiras pesquisas surgiram em 2010 e progrediram buscando viabilidade técnica em aplicações avançadas, principalmente ópticas, microfluídicas e biomédicas, com destaque para a produção de scaffolds de biovidros e vitrocerâmicas bioativas. O interesse em vidros nessas aplicações se deve fortemente a suas excelentes propriedades, que são ajustáveis em função da composição química. As técnicas de estereolitografia (SLA) e processamento digital de luz (DLP) têm se mostrado bastante promissoras na fabricação de peças de vidro geometricamente complexas e com alta resolução e qualidade superficial. No entanto, elas ainda são limitadas à algumas poucas composições, visto que a maioria dos trabalhos publicado se basearam no uso de nanopartículas de sílica vítrea dispersas em resinas fotossensíveis. Assim, este trabalho tem por objetivo expandir o rol de matérias-primas para manufatura aditiva utilizando partículas de vidro soda-cal-sílica. Para isto, foi desenvolvida uma suspensão fotossensível de vidro sodacal-sílica com características reológicas adequadas ao processamento digital de luz (DLP). Partículas oriundas da moagem de um vidro de janela comercial foram dispersas em uma mistura de monômero (PEGDA 250), fotoiniciador (PPO) e dispersante. De acordo com os testes reológicos, o dispersante BYK-2001 se destacou, resultando em uma suspensão com 40% em volume de sólidos, estável, dispersa e de baixa viscosidade (0,13 Pa.s na taxa de cisalhamento de 30 s-1). Peças altamente complexas, que dificilmente seriam obtidas por métodos tradicionais de fabricação, foram impressas com sucesso em uma impressora 3D DLP comercial. Tratamentos térmicos de queima de ligante e sinterização até 650 °C, seguindo um protocolo de queima com base em análises termogravimétricas, resultaram em peças com até 91,6% de densificação e retração volumétrica de aproximadamente 57% após 40 h. Porém, as peças resultantes apresentaram coloração escura pela queima parcial do ligante, tornando necessário ajustar o procedimento para se obter peças de vidro translúcidas ou transparentes
Título em inglês
Development of photosensitive soda-lime-silica glass suspension for 3D printing by digital light processing (DLP)
Palavras-chave em inglês
3D printing
additive manufacturing
digital light processing
soda-lime-silica glass
window glass
Resumo em inglês
Despite over 30 years of development of additive manufacturing techniques, which consists of successively adding material, layer by layer, to manufacture parts from a digital model, the use of glass as a raw material is recent. The first research appeared in 2010 and progressed, seeking to explore its technical feasibility in advanced applications, mainly optics, microfluidics and biomedical, emphasizing the production of bioactive glass and glass-ceramics scaffolds. The interest in glasses in these applications is firmly due to their excellent properties, which are adjustable depending on the chemical composition. Stereolithography (SLA) and digital light processing (DLP) techniques have shown to be very promising in manufacturing geometrically complex glass pieces with high resolution and surface quality. However, they are still limited to a few compositions since most published works were based on glassy silica nanoparticles dispersed in photosensitive resins. Thus, this work aims to expand the list of raw materials for additive manufacturing using soda-lime-silica glass particles. For this, a photosensitive suspension of soda-lime-silica glass with rheological characteristics suitable for digital light processing (DLP) was developed. Commercial window glass powder was obtained by grinding and dispersed in a mixture of monomer (PEGDA 250), photoinitiator (PPO) and dispersant. According to rheological tests, the BYK-2001 dispersant stood out, resulting in a stable, dispersed and low-viscous suspension (0.13 Pa.s at a shear rate of 30 s-1) of 40 vol% solid loading. Highly complex elements, hard to obtain by traditional manufacturing methods, were successfully printed on a commercial DLP 3D printer. Heat treatments for debinding and sintering up to 650 °C, following a firing protocol based on thermogravimetric analysis, resulted in relatively dense products, reaching 91.6% densification, and volumetric shrinkage of approximately 57% after 40 h. However, the resulting pieces showed a dark color due to partial thermal debinding, making it necessary to adjust the procedure to obtain translucent or transparent pieces of glass.
 
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Data de Publicação
2023-03-17
 
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