Simulação e optimização de processos estereolitográficos

Abstract

A estereolitografia é uma tecnologia aditiva de prototipagem rápida de elevada importância e com grande implantação ao nível de investigação e de aplicações indústriais. O processo baseia-se na cura selectiva de sistemas poliméricos na presença de uma fonte de irradiação. Depende, deste modo, de diversos factores que interessa conhecer e optimizar para que se obtenham modelos físicos com boas propriedades mecânicas num intervalo de tempo reduzido. A modelação do processo de cura revela-se uma ferramenta importante porque permite a optimização dos parâmetros iniciais do processo, sem que para tal seja necessário recorrer a extensos trabalhos experimentais. O desenvolvimento de um modelo de simulação numérico do processo de cura em aplicações estereolitográficas constitui o tema central desta dissertação. O código baseia-se no modelo fenomenológico, de simples implementação mas grande versatilidade, na medida em que permite estudar diferentes sistemas poliméricos. O código de simulação permite a simulação dos diferentes processos de iniciação em estereolitografia. Os resultados obtidos seguem o comportamento obtido experimentalmente por vários investigadores sobre cura de resinas estereolitográficas, sendo capaz de quantificar de forma correcta os parâmetros de processamento mais importantes (temperatura, intensidade de radiação) e o efeito da composição química dos sistemas poliméricos.

ABSTRACT: Stereolithography is an aditive technology of great importance with great implantation at the level of research and development, and industrial applications. The process is based on the selective cure of polymeric systems in the presence of an irradiation source. The cure process depends on several factors that are important to understand and optimise in order to obtain physical models with good mechanical properties in a reduced fabrication time. The simulation of the cure process is particularly important as it allows the optimisation of the initial processing parameters, without the need of carrying out an extensive experimental work. This research work proposes a computational tool to simulate stereolithographyc processes. This computational tool enables the simulation of both photo-initated and thermalinitiated curing reactions and can be used to study different types of polymeric systems (radicalar, cationic and hybrid systems). The numerical code is based on a phenomenologic model, of simple implementation but great versatility. The computational results follow the behavior experimentally observed, showing that this tool is able to properly describe the most important curing parameters such as temperature, light intensity and the effect of the chemical composition of the polymeric systems.