Termoformagem à vácuo em moldes obtidos por manufatura aditiva pelo processo de fabricação por filamento fundido (FFF): estudos de rugosidade e dimensional

Abstract

A manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, desperta interesse na indústria e na academia devido à sua eficiência na construção de objetos complexos, reduzindo o tempo e o desperdício de material. Entre os métodos amplamente utilizados, destaca-se a impressão por filamento fundido (FFF), que possui um potencial promissor na fabricação de moldes para termoformagem à vácuo. Entre os diversos trabalhos que procuram investigar os parâmetros de processo, a espessura de camada é apontada como um fator crucial para a melhoria do acabamento superficial do molde. Compreender esses parâmetros é essencial para aprimorar a qualidade dos produtos termoformados em moldes impressos por FFF. Nesse contexto, foram fabricados três moldes em ABS, utilizando diferentes espessuras de camada: 0,05 mm, 0,15 mm e 0,25 mm, enquanto os demais parâmetros foram fixados. Posteriormente, os moldes foram submetidos a dez ciclos de termoformagem à vácuo, utilizando chapas de PET com espessura de 0,6 mm. O objetivo foi investigar a influência da espessura de camada no acabamento superficial e dimensional dos moldes, além de avaliar a influência da rugosidade dos moldes nos produtos termoformados. Análises foram realizadas nos moldes antes e após os dez ciclos de termoformagem. As análises dos produtos termoformados foram conduzidas nos produtos derivados do primeiro ciclo e décimo ciclo. Para avaliar o acabamento superficial, utilizou-se um rugosímetro, e para as análises dimensionais, empregou-se uma máquina de medição por coordenadas. Os resultados obtidos revelaram que, considerando o desvio padrão, tanto os moldes quanto os produtos termoformados não apresentaram diferenças significativas entre as medições, indicando que o molde suportou os dez ciclos de termoformagem sem deformações. Além disso, observou-se que os produtos termoformados nos moldes com espessura de camada de 0,05 mm apresentaram um acabamento superficial melhor em comparação com os outros moldes, porém, o tempo de impressão do molde é muito superior, quando comparado com os demais. Para a geometria definida neste trabalho, no entanto, ao comparar os produtos termoformados produzidos com moldes de espessuras de camada de 0,15 mm e 0,25 mm, observou-se uma diferença mínima tanto no acabamento superficial quanto no tempo de impressão. Diferente do que é relatado nos trabalhos de pesquisa até o momento, os resultados evidenciaram que é possível obter menores valores de rugosidade Ra e Rt nos moldes fabricados por FFF com espessuras de camada inferiores a 0,2 mm, possibilitando que sejam alcançados valores de Ra nos produtos termoformados típicos dos obtidos para superfícies metálicas resultantes de processos de usinagem.

Abstract: Additive manufacturing, also known as 3D printing, sparks interest in both the industry and academia due to its efficiency in constructing complex objects, reducing time and material waste. Among the widely used methods, fused filament fabrication (FFF) stands out, showing promising potential in manufacturing molds for vacuum thermoforming. Among the various studies investigating process parameters, layer thickness is considered a crucial factor for improving the surface finish of the mold. Understanding these parameters is essential to enhance the quality of thermoformed products using FFF-printed molds. In this context, three ABS molds were fabricated using different layer thicknesses: 0.05 mm, 0.15 mm, and 0.25 mm, while the remaining parameters were kept constant. Subsequently, the molds were subjected to ten cycles of vacuum thermoforming using 0.6 mm thick PET sheets. The objective was to investigate the influence of layer thickness on the surface finish and dimensional accuracy of the molds, as well as to evaluate the influence of mold roughness on thermoformed products. Analyses were conducted on the molds before and after the ten thermoforming cycles, while the thermoformed products were analyzed after the first and tenth cycles. A surface roughness meter was used to evaluate the surface finish, and a coordinate measuring machine was employed for dimensional analyses. The obtained results revealed that, considering the standard deviation, both the molds and the thermoformed products showed no significant differences between the measurements, indicating that the mold withstood the ten thermoforming cycles without deformation. Furthermore, it was observed that thermoformed products from molds with a layer thickness of 0.05 mm exhibited better surface finish compared to the other molds, although the mold printing time was significantly longer compared to the others. For the geometry defined in this study, however, when comparing thermoformed products produced with molds of layer thicknesses 0.15 mm and 0.25 mm, minimal differences were observed in both surface finish and printing time. Unlike what has been reported in previous research, the results demonstrated that it is possible to achieve lower Ra and Rt roughness values in molds manufactured by FFF with layer thicknesses below 0.2 mm, allowing for Ra values in thermoformed products typical of those obtained for metallic surfaces resulting from machining processes.