[pt] O principal objetivo deste trabalho foi avaliar de forma quantitativa a aplicação da fotoplasticidade como técnica experimental, na predição das grandes deformações plásticas que ocorrem em componentes metálicos, quando são trabalhados em processos de conformação mecânica. Esta avaliação foi feita através do estudo do problema de extrusão plana. As distribuições das deformações obtidas através da analise fotoplastica foram comparadas com as obtidas técnica de malha, em modelos planos feitos de resinas poliéster e epóxi, chumbo e alumínio. Na procura de determinar o polímero que melhor reproduz o comportamento mecânico dos outros materiais comumente empregados em processos de conformação, várias combinações de resinas poliéster rígida e flexível, e uma nova formulação de resinas poliéster rígida e flexível, e uma formulação de resina epóxi ainda em desenvolvimento, foram estudadas quando submetidas a extrusão plana. Os resultados foram comparados com os obtidos para modelos de alumínio e chumbo, submetido ao mesmo processo de conformação mecânica. Embora outras misturas de resina poliéster tenham tido resultados satisfatórios, verificou-se, que a mistura 70 por cento rígida e 30 por cento flexível modela bem as deformações plásticas que ocorrem na extrusão de materiais como chumbo e alumínio, se fatores de correção adequados forem utilizados. / [en] The main objetive of this thesis is to evalute in a quantitative manner the possibility of employing photoplasticity as na experimental techinique for the predection of large plastic strains which occur in mechamnical forming. This was made throught an experimental study of the plane extrusion problem. Distribuitions of strains obtained through the photoplastic analystic were compared to those obtained by the grid technique in plane models made of spoxy and polyester resinds, lead and aluminum. Trying to determine the polymer that best reproduces the mechanical behavior of other materials commonly used in forming processes, several combinations of rigid and flexible polyester resins and a new formulation of a epoxy resin still in development ere studied when submitted to plane extrusion. The results were compared with those obtained from aluminum and lead models subject to the same mechanical process. Although, other combinations of polyester resind present satisfactory results, it was verifyed that the combination of 70 per cent rigid and 30 per cent flexible polyester resins was teh one that best modeled the plastic strains that occurred in the plane extrusion of the aluminum and lead specimens, if appropriate correction factors were aplled to take into account the plastic strain recovery which occurs right after unloading of the polyester specimens.

[pt] Este trabalho tem como objetivo a analise numérica da extrusão de pastas cerâmicas. Essas pastas são formuladas a partir de materiais de comportamento conhecido como viscoplástico, que consiste de um fluido não-newtoniano que sofre efeito de uma tensão limite de escoamento. Fizemos este material sofrer um escoamento em contração abrupta. Foram utilizados dois modelos numéricos para o estudo dessa extrusão, o chamado modelo de Carreau-Yasuda e o chamado modelo de bi-viscosidade modificado, baseado no modelo de Herschel-Bulkley. Foi testado como se comportam as variáveis quando variamos parâmetros reológicos da pasta e parâmetros operacionais do processo de extrusão, buscando a compreensão deste processo e sua otimização. / [en] The present work is focuse in the numerical analisis of ceramical paste extrusion. These pastes are formulated from materials with a typical behavior known as viscoplastic, that are non newtonian fluids with a flow limit tension. In our study we made this material go through an abrupt contraction flow. Two numerical models were used for the study of this extrusion, the Carreau-Yasuda model and the modified bi-viscosity, based on the the Herschel-Bulkley model. It was tested the behavior of the variables when we vary the reological parameters of the paste and the operational parameters of the extrusion process, searching the better understanding of the process and its otimization.

[pt] O objetivo deste trabalho foi produzir, caracterizar e avaliar o comportamento mecânico de um compósito de matriz termoplástica (ABS) reforçado por fibras de carbono para uso futuro em manufatura aditiva. Misturas foram produzidas contendo diferentes quantidades (0 por cento, 5 por cento e 16,7 por cento) e comprimentos (3 mm e 6 mm) de fibras. Cada mistura foi processada através de uma extrusora dupla rosca para a produção de pellets. Os pellets de cada mistura (incluindo pellets de ABS puro) foram analisados para a caracterização do material processado. Posteriormente, corpos de prova foram extrusados para a determinação das propriedades mecânicas e análise da superfície de fratura. As técnicas utilizadas para a caracterização do material foram: espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), reometria capilar e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para a avaliação do comportamento mecânico, os corpos de prova extrusados foram ensaiados para a determinação da resistência à tração, módulo de elasticidade e ductilidade. Em seguida, as superfícies de fratura dos corpos de prova foram analisadas no MEV. Foi verificada a possibilidade de degradação da matriz polimérica e formação de vazios durante o processamento inicial do material, que foram eliminados após a segunda extrusão. As fibras de carbono causaram aumento no módulo de elasticidade e diminuição da ductilidade do compósito, apesar de pouco influenciarem as propriedades reológicas. Além disto, pequenas variações na estabilidade térmica foram observadas. Ao final, em anexo, foi elaborado um panorama sobre a Manufatura Aditiva (MA) e a oportunidade de utilização de compósitos em técnicas de impressão 3D. / [en] The goal of this work was to produce, characterize and analyze the mechanical behavior of a carbon fiber reinforced thermoplastic composite with future applications in additive manufacturing. Mixtures were produced with varying carbon fiber content (0 per cent, 5 per cent, and 16,7 per cent) and initial length (3 mm and 6 mm). Each mixture was processed via a twin-screw extruder to produce pellets. Pellets from each mixture (including pure ABS) were analyzed to investigate the processed material properties. Afterwards, test specimens were extruded from each mixture s pellets for mechanical testing and fracture surface analysis. The following techniques were used for material characterization: Fourrier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), capillary rheology and Scanning Electron Microscopy (SEM). For the evaluation of mechanical properties, the extruded test specimens yield strength, Young s modulus and ductility were determined. Also, the fracture surfaces were observed using SEM. The effects of processing parameters and of the introduction of carbon fibers in the ABS polymer were determined. Results pointed out the possibility of degradation during initial processing and the formation of voids in the pellets structure, which were eliminated during the second extrusion. Results also showed an increase in modulus and a decrease in ductility of the composite, whereas rheological properties seemed largely unaffected. Additionally, small variations in thermal stability were observed with varying carbon fiber content and length. Finally, as an annex, a brief overview of Additive Manufacturing and the opportunities for using carbon fiber reinforced thermoplastics in 3D printing techniques is presented.

[pt] Diversos processos apresentam escoamentos com superfícies livres. Alguns desses processos vão além dos problemas de engenharia, incluindo questões cotidianas como gotas de chuva caindo do céu, água fluindo pelo rio ou através de uma torneira. Na indústria, o processo de extrusão e revestimento são dois exemplos de processos que são fortemente afetados pelo comportamento da interface. O modelo de interface livre mais comumente utilizado foi desenvolvido no século XIX e descreve como isotrópico o comportamento das interfaces e dependente de um único parâmetro, denominado tensão interfacial. Desde então, os avanços na área de reologia interfacial vêm mostrando que os fenômenos interfaciais são mais complexos e precisam de mais informações para serem modelados. Nesta linha de pensamento, este trabalho analisa o efeito da viscosidade interfacial na dinâmica do processo de extrusão e revestimento por slot, no qual o conjunto de equações diferenciais que governam o problema é resolvido pelo método dos elementos finitos. / [en] Several processes present free surfaces flows. Some of those processes go beyond engineering problems, including everyday issues like raindrops falling from the sky, water flowing down the river or through a faucet. In industry, extrusion and coating process are two examples of processes that are strongly affected by the behavior of the interface. The most commonly used free interface model was developed in the 19th century and describes as isotropic the behavior of interfaces and dependent on asingle parameter called interfacial tension. Since then, advances in the areaof interfacial rheology have been showing that the interfacial phenomena are more complex and accurate of more information to be modeled. In this line of thinking, this work analyzes the effect of interface viscosity on the dynamics of extrusion and slot coating process, in which the set of differential equations that governs the problem is solved by Finite Element method.