Desenvolvimento de um sistema de conformação de PEEK

Abstract

As estruturas compósitas de natureza cerâmica e polimérica, nomeadamente PEEK-Alumina, podem assumir propriedades diferenciadas em função dos materiais envolvidos. Estas estruturas têm cada vez maior aplicação industrial em diferentes áreas inovadoras e de elevado potencial de desenvolvimento como a biomecânica, fabrico de equipamentos de segurança e de componentes para aeronáutica e aeroespacial. A presente dissertação procura contribuir para o desenvolvimento de um sistema integrado, constituído por uma prensa, um forno e um sistema de vácuo. O sistema para conformação de termoplásticos, pode funcionar no sentido de infiltrar termoplásticos em diversas estruturas, seguindo algumas especificações prévias, que potencie a investigação em áreas industriais inovadoras. Neste sentido, no âmbito da presente dissertação, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre diversos tipos de prensas para conformação de materiais e uma revisão bibliográfica sobre o processo de prensagem de pós a quente. Produziu-se uma análise do modo de falha (FMEA) do sistema existente, partindo dos requisitos especificados. Realizaram-se análises estruturais da prensa existente, utilizando os softwares ANSYS e Ftool para analisar a resposta da estrutura atual atendendo aos esforços mecânicos previstos. Foi realizada a análise térmica em ANSYS para inferir se algum dos componentes do sistema seria danificado pelas temperaturas da operação. O FMEA produto permitiu identificar previamente alguns dos problemas que se identificaram na fase de montagem e testagem experimental da máquina existente. A análise estrutural demonstrou que a estrutura da prensa é capaz de suportar forças superiores a 490 N. Os resultados da análise térmica mostraram um panorama geral da distribuição de temperaturas no sistema experimental e permitiram concluir sobre os efeitos da temperatura em alguns dos componentes. Nesta dissertação, propõe-se um novo sistema de pressão.

Ceramic and polymeric composite structures, namely PEEK-Alumina, can assume different properties depending on the materials involved. These structures have an increasing industrial interest in different innovative areas with high development potential such as biomechanics, manufacture of safety equipment’s and components for aeronautics and aerospace. The dissertation sought to validate the applicability of an integrated system, consisting of a press, a heating oven and a vacuum system, for processing thermoplastic materials. The system was designed for forming of thermoplastics, capable of infiltrating thermoplastics in different types of structures, which will enhance research in innovative industrial areas. In this sense, within the scope of this dissertation, research was carried out on types of presses for material forming. A literature review was also carried out on the hot powder pressing process. A failure mode and effect analysis (FMEA) of the existing system was produced, based on the specified requirements. Structural analyses were carried out on the existing press, using ANSYS and FTOOL software to analyse the response of the current structure to the expected mechanical stresses. Thermal analysis was performed in ANSYS to infer if any of the system components would be damaged by operating temperatures. The product FMEA made it possible to identify in advance some of the problems that were experienced in the assembly and experimental testing phase of the existing machine. Structural analysis demonstrated that the structure of the press is capable of withstanding forces over 490 N. The results of the thermal analysis showed an insight into the distribution of temperatures in the experimental system and allowed conclusions about the effects of temperature on some of the components. In this dissertation, it is proposed a new pressure system.