A manufatura aditiva, (também referida por AM, impressão 3D, dentre outros), vem sendo desenvolvida nas últimas quatro décadas, e hoje, é possível a fabricação por AM de produtos em polímero, metal, cerâmica e compósitos, diretamente para o uso. A contínua evolução, tanto das matérias-primas quanto dos equipamentos associados à AM, é a responsável pela crescente difusão e aplicabilidade da impressão 3D em diversos setores da indústria e serviços. Nesse sentido, o presente trabalho objetiva o desenvolvimento de matérias-primas, aparatos e processos de manufatura aditiva por fotopolimerização em cuba, visando o alto desempenho mecânico dos materiais impressos. Para tanto, foram caracterizados materiais impressos com cinco resinas de mercado, em uma impressora 3D comercial. Em seguida, foram desenvolvidos aparatos, como uma impressora 3D protótipo, moldes de silicone e sistemas de alinhamento de materiais de reforço em resinas. Formulações acrílicas, com dois tipos de monômeros, foram experimentadas. Fibras de carbono, nanotubos de carbono e grafeno foram usados como reforços nos fotopolímeros, com e sem funcionalização de suas superfícies (silanização), para promover maior aderência dos reforços à resina; também, testes foram realizados visando o alinhamento de reforços, por meio de campo elétrico e ondas mecânicas. Formulações híbridas foram feitas combinando resinas acrílicas e epoxídicas; e compósitos foram desenvolvidos utilizando uma resina híbrida como matriz, com reforços de fibras de carbono, nanotubos de carbono e grafeno silanizados. Os resultados iniciais com resinas comerciais mostraram a viabilidade da AM para polímeros de alto desempenho mecânico. A impressora 3D protótipo foi eficaz na fabricação de objetos com detalhes precisos, e o uso de moldes de silicone permitiu uma proximidade satisfatória de resistência mecânica entre corpos de prova impressos e moldados. A formulação acrílica, de melhor desempenho mecânico, ficou no mesmo patamar de resistência à flexão das resinas comerciais de referência. Os experimentos de alinhamento das fibras e nanotubos, pelos métodos propostos, não forneceram valores proeminentes devido a não obtenção de alinhamento uniforme e contínuo dos reforços, e foram interrompidos. Já a funcionalizações superficiais por silanização, (das fibras, nanotubos e grafeno), foram confirmadas por meio de espectros no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), e a silanização foi aplicada no desenvolvimento dos compósitos, sem o alinhamento dos reforços. A formulação híbrida de melhor desempenho mecânico, (90% acrílica e 10% de epóxi), apresentou resistência superior às resinas comerciais testadas inicialmente. E utilizando tal resina híbrida como matriz, o compósito com 0,2% v/v de grafeno silanizado obteve tensões máximas de 121 MPa em flexão, 60 MPa em tração e 122 MPa em compressão; em comparação com as resinas comerciais mais resistentes testadas inicialmente, esse compósito apresentou uma resistência mecânica superior, cerca de 53% em flexão, 22% em tração e 45% no escoamento em compressão. A combinação de resinas fotopolimerizáveis com agentes de reforço funcionalizados demonstrou um potencial inovador, viabilizando alta resistência dos fotopolímeros na impressão 3D, alcançando o objetivo principal do trabalho e representando avanços significativos nessa área, além de inspirar futuras pesquisas com compósitos de reforços nanométricos para a manufatura aditiva por fotopolimerização.

Additive manufacturing, (also referred to as AM, 3D printing, among others), has been developed in the last four decades, and today, it is possible to manufacture products in polymer, metal, ceramic, and composites directly for use through AM. The continuous evolution of both raw materials and equipment associated with AM is responsible for the growing diffusion and applicability of 3D printing in various sectors of industry and services. In this sense, this study aims to develop raw materials, apparatus, and additive manufacturing processes through vat photopolymerization, aiming for high mechanical performance of printed materials. To this end, printed materials were characterized using five market resins in a commercial 3D printer. Subsequently, apparatus such as a prototype 3D printer, silicone molds, and alignment systems for reinforcing materials in resins were developed. Acrylic formulations with two types of monomers were tested. Carbon fibers, carbon nanotubes, and graphene were used as reinforcements in photopolymers, with and without surface functionalization (silanization) to promote better adhesion of the reinforcements to the resin. Tests were also conducted to align the reinforcements using an electric field and mechanical waves. Hybrid formulations were made by combining acrylic and epoxy resins, and composites were developed using a hybrid resin as the matrix, with carbon fiber, carbon nanotube, and silanized graphene reinforcements. The initial results with commercial resins demonstrated the feasibility of AM for high mechanical performance polymers. The prototype 3D printer was effective in manufacturing objects with precise details, and the use of silicone molds allowed for satisfactory proximity of mechanical strength between printed and molded specimens. The acrylic formulation, with the best mechanical performance, had a similar flexural strength to that of reference commercial resins. The fiber and nanotube alignment experiments using the proposed methods did not provide prominent values due to the inability to obtain uniform and continuous alignment of the reinforcements, and they were discontinued. On the other hand, surface functionalization through silanization (of fibers, nanotubes, and graphene) was confirmed through Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and silanization was applied in the development of composites without reinforcement alignment. The hybrid formulation with the best mechanical performance (90% acrylic and 10% epoxy) exhibited superior strength compared to the initially tested commercial resins. Using this hybrid resin as the matrix, the composite with 0.2% v/v silanized graphene achieved maximum flexural stresses of 121 MPa, 60 MPa in tension, and 122 MPa in compression. Compared to the initially tested strongest commercial resins, this composite showed higher mechanical strength, approximately 53% in flexure, 22% in tension, and 45% in compression yield strength. The combination of photopolymerizable resins with functionalized reinforcement agents demonstrated innovative potential, enabling high strength of photopolymers in 3D printing, achieving the main objective of the study and representing significant advancements in this field. It also inspires future research on nanoreinforcement composites for additive manufacturing through photopolymerization.