Desenho e montagem de uma máquina de prototipagem 3D (Powder Bed) acoplada num equipamento laser

Abstract

As tecnologias de Fabrico Aditivo, e em particular a sinterização seletiva a laser (SLS), têm revolucionado os processos de produção, permitindo a fabricação de componentes com geometrias complexas que não são possíveis de obter com meios de produção convencionais. A liberdade geométrica torna este tipo de tecnologia interessante para aplicações em que é necessária a criação de peças personalizadas e altamente complexas. O polímero poli(éter-éter-cetona) (PEEK) é amplamente reconhecido pela sua combinação única de propriedades mecânicas, térmicas e químicas. Possui resistência mecânica elevada, resistência ao calor, baixa densidade e excelente resistência química, tornando-o ideal para aplicações exigentes que requerem peças duráveis e resistentes. Esta dissertação aborda o desenvolvimento e construção de uma máquina de prototipagem 3D, com base na tecnologia de SLS e utilizando como matéria-prima o PEEK. O objetivo deste trabalho é projetar e montar uma máquina capaz de realizar a sinterização de PEEK em pó, utilizando um feixe de laser para fundir seletivamente as partículas permitindo construir objetos tridimensionais. Para atingir os objetivos desta dissertação foi realizado o projeto da máquina, bem como a produção da mesma. Foi ainda colocada em funcionamento e testada, culminando na obtenção de uma peça tridimensional e consequente validação do projeto da máquina e da peça produzida. Os objetivos para a dissertação foram atingidos, tendo sido observada a influência das propriedades da matéria prima na produção da peça final. No decorrer desta dissertação foram enfrentados alguns desafios, quer no projeto e construção da máquina bem como na seleção do pó ideal e dos parâmetros laser para a aplicação em questão. Esta dissertação contribuiu para o avanço do conhecimento na área de Fabrico Aditivo e fornecer uma base sólida para futuras pesquisas e aplicações do SLS na Universidade de Aveiro.

Additive Manufacturing technologies, particularly selective laser sintering (SLS), have revolutionized production processes, enabling the fabrication of components with complex geometries that are not achievable through conventional manufacturing methods. This geometric freedom makes this technology particularly relevant for applications requiring highly customized and intricate parts. Polyether ether ketone (PEEK) material is widely recognized for its unique combination of mechanical, thermal, and chemical properties. It exhibits high mechanical strength, heat resistance, low density, and excellent chemical resistance, making it an ideal choice for demanding applications that require durable and resilient parts. This dissertation focuses on the development and assembly of a 3D prototyping machine based on SLS technology and using PEEK as the feedstock. The aim of this dissertation is to design and assemble a machine capable of direct laser sintering of PEEK powder, using a laser beam to selectively melt particles, allowing the construction of three-dimensional objects. To achieve the objectives of this dissertation, the design of the machine was carried out, as well as its production. It was also put into operation and tested, resulting in the creation of a three-dimensional piece and the subsequent validation of the machine and the produced part. Several challenges were encountered, both in the design and construction of the machine, as well as in the selection of powder characteristics and laser parameters for the specific application. However, the objectives for the dissertation were achieved, with the influence of raw material properties on the production of the final piece being observed. This dissertation has contributed to the advancement of knowledge in the field of Additive Manufacturing and provided a solid foundation for future research and applications of SLS at the University of Aveiro.