A Manufatura Aditiva (MA) tem sido utilizada para a produção em massa de geometrias otimizadas e complexas, devido à crescente demanda por processos de fabricação avançados. Neste sentido, é importante entender o comportamento mecânico dos componentes fabricados para melhor aproveitamento das possibilidades. Devido à sua ampla aplicação na indústria, a liga Ti-6Al-4V fabricada por Fusão por Feixe de Elétrons (EBM) é explorada neste estudo. Através de um esquema experimentalnumérico híbrido, a ruptura dúctil de peças de MA submetidas a diferentes condições de carga é avaliada e modelada. O efeito da porosidade no comportamento mecânico e no mecanismo de ruptura é investigado por meio de amostras fabricadas na condição primária de construção e submetidas ao processo de Prensagem Isostática a Quente (PIQ). Em sequência, o efeito de ângulo de fabricação em relação à base é examinado. Os corpos de prova foram projetados de forma a abranger uma faixa de triaxialidades e ângulos de Lode diferentes. O efeito do processo PIQ no nível da porosidade foi avaliado pelo microtomografia de raio-X 3D. Os resultados mostraram que o processo de PIQ teve um efeito significativo na eliminação de defeitos internos. As deformações na ruptura dos ensaios foram capturadas com extensômetros virtuais, utilizando o DIC (Digital Image Correlation). Os resultados indicaram um aumento na deformação na ruptura nos corpos de prova no estado PIQ em comparação com aqueles no estado primário de fabricação. Essa melhoria foi particularmente evidente nos corpos de prova com ângulos de fabricação de 0 e 45. Foram usados três modelos de dano dúctil para simular a ruptura nos ensaios: o modelo de Johnson-Cook (JC), o modelo de Mohr-Coulomb Modificado (MMC) e o modelo de Hosford- Coulomb (HC). O primeiro está disponível na biblioteca do software ABAQUS e os dois últimos foram implementados via sub-rotina VUMAT e simulados no mesmo software. Os resultados mostraram que o modelo JC apresenta melhor aproximação para as taxas de triaxialidade abaixo de zero (casos de compressão), enquanto os modelos MMC e HC tiveram melhor desempenho para casos de triaxialidade positiva. Em busca de um modelo abrangente, é sugerido uma extensão do MMC para prever a ruptura em condições que envolvem triaxialidades negativas e positivas com um erro médio menor que 7% em relação às deformações de ruptura obtidas nos ensaios propostos. Essa extensão modifica o modelo original e coloca novas condições para se aproximar mais dos casos analisados. Afinal, este estudo mostrou que é possível prever a ruptura em corpos de prova fabricados por manufatura aditiva usando o modelo de dano proposto e calibrado com ensaios.

Additive Manufacturing (AM) has been used for mass production of optimized and complex geometries due to the increasing demand for advanced manufacturing processes. In this regard, it is important to understand the mechanical behavior of AM components for better exploration of the possibilities. Due to its wide application in industries, the Ti-6Al-4V alloy fabricated by Electron Beam Melting (EBM) is explored in this study. Through a hybrid experimental-numerical scheme, Ductile Fracture (DF) of AM parts subjected to different loading conditions is evaluated and modeled. The effect of porosity on mechanical behavior and fracture mechanism is investigated through specimens fabricated in the as-built condition and also subjected to Hot Isostatic Pressing (HIP) process. Subsequently, the effect of the fabrication angle in relation to the chamber base is analyzed. The test specimens were designed to cover a range of triaxiality and Lode angle values. The effect of the HIP process on the level of porosity was evaluated by 3D X-ray microtomography. The results showed that the HIP process had a significant effect in eliminating internal defects. Fracture deformations in the tests were captured using virtual extensometers through Digital Image Correlation (DIC). The results indicated an increase in fracture deformation in the HIP specimens compared to those in the as-built state. This result was particularly evident in the specimens with fabrication angles of 0 and 45. Three ductile fracture models were used to simulate the fracture: the Johnson-Cook (JC) model, the Modified Mohr-Coulomb (MMC) model, and the Hosford-Coulomb (HC) model. The first model already existe in ABAQUS librery but it was necessary to implement latter two models via the VUMAT subroutine to evaluate in ABAQUS. The results showed that the JC model provided a better approximation for triaxiality rates below zero (compression cases), while the MMC and HC models performed better for positive triaxiality cases. In search of a comprehensive model, an extension of the MMC model is suggested to predict fracture under conditions involving both negative and positive triaxiality, with an average error of less than 7% compared to the fracture deformations obtained in the proposed tests. This extension modifies the original model and places new conditions to get closer to the analyzed cases. Finally, this study demonstrated that it is possible to predict fracture in AM specimens using the proposed ductile fracture model, which was calibrated with experimental tests.