Neste trabalho foi projetado o núcleo de um mini motor de passo, com rotor e estator, obtidos a partir do processo de Moldagem de Pós por Injeção (MPI). Foram avaliadas as propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas da liga FeNi50 obtida pelo processo MPI. Também por metalurgia do pó convencional obteve-se as mesmas propriedades físicas para comparação, e avaliar os dois processos de fabricação. Na obtenção do mini motor, primeiramente procedeu-se de maneira alternativa com a utilização de ferro puro, bem como, na preparação dos pós de ferro (moagem e misturas), e assim fazendo a avaliação funcionamento do motor. Projetou-se a carga injetável e todos os parâmetros fazendo-se um levantamento por reologia de propriedades como viscosidade e tensão de cisalhamento. Também com DSC/TGA analisou-se os componentes da carga, termicamente, e estipulou-se as temperaturas de extração térmica e química. Após confecção dos corpos de prova levantou-se os dados elétricos e magnéticos. O material que apresentou melhor comportamento para fins de utilização em motores (alta resistividade, alta permeabilidade magnética), foi o injetado de FeNi50 desenvolvido, com resistividade média de 5,06*10-7 Ωm e baixas perdas por histerese magnética. Por fim construiuse o mini motor com FeNi50 a partir de cilindros injetados. O motor foi submetido a testes de acionamento. / This work was designed the core of a mini stepper motor, rotor and stator, obtained from the Powder Injection Molding (PIM) process. Magnetic, electrical and mechanical properties of the alloy obtained by the PIM process FeNi50 were evaluated. Also by conventional powder metallurgy gave the same physical properties for comparing and evaluating the two processes. Obtaining the miniature motor is held first alternative way with the use of pure iron as well as in the preparation of iron powders (grinding and mixtures thereof), thus making the evaluation of engine operation. Designed to charge injection and all the parameters by making a survey by rheological properties such as viscosity and shear stress. Also DSC / TGA was analyzed components of the load, heat, and it was stipulated temperatures of thermal and chemical extraction. After preparation of the specimens rose electric and magnetic data. The material showed the best behavior for the purpose of use in motors (high resistivity, high magnetic permeability), was injected FeNi50 developed, with an average resistivity of 5.06 * 10-7 Ωm and low loss magnetic hysteresis. Finally we constructed the mini motor with FeNi50 from injected cylinders. The engine underwent drive tests.

Na presente pesquisa, produziu-se amostras de ferro puro poroso como biomaterial degradável visando a aplicação em stents, pelo processo de moldagem por injeção de pós metálicos (MPI). Os efeitos da fração volumétrica de ferro puro na mistura de injeção e da temperatura de sinterização na porosidade, microestrutura, propriedades mecânicas, propriedades de superfície, de degradação in vitro e de biocompatibilidade, foram investigados. Os resultados obtidos foram comparados com o ferro puro fabricado por fusão e com o aço inoxidável AISI 316-L. Encontrou-se que o grau de porosidade remanescente nas amostras sinterizadas foi o principal fator influenciando as propriedades mecânicas e de superfície, influenciando indiretamente os demais resultados. O ferro puro produzido por MPI exibiu valores de limite de escoamento entre 59 e 114 MPa e limite de resistência máximo de 210 MPa, com alongamento entre 10 e 50 %. A alta ductilidade é uma propriedade especialmente requerida em materiais para potencial aplicação em stents. Suas taxas de degradação em solução de Hank foram superiores às do ferro puro fabricado por fusão. O material fabricado com mistura de injeção contendo fração de ferro de 66 % (acima da fração crítica) mostrou o maior alongamento e boa taxa de degradação, um resultado interessante, pois segundo a literatura, valores acima da fração volumétrica crítica não são amplamente explorados. Os testes de biocompatibilidade mostraram excelente hemocompatibilidade do ferro puro fabricado por MPI com as células do sangue. Todas as condições testadas mostraram um nível de citotoxicidade abaixo do recomendado pela norma vigente, mas este dependendo da concentração de íons de ferro empregada e do grau de porosidade. Entre todas as condições de ensaio investigadas, as amostras contendo fração volumétrica de ferro de 62 % inicialmente na mistura de injeção e sinterizadas a 1120 oC, apresentaram a melhor combinação de propriedades para aplicação em stents. Concluiu-se que a MPI é um método tecnicamente viável como rota de produção de tubos de parede fina precursores para fabricação de stents biodegradáveis. / In the present research, an attempt was made to produce porous pure iron, as a metallic degradable biomaterial potentially for stent application, via the MIM route. The effects of iron powder loading and sintering temperature on the porosity, microstructure, mechanical properties, surface properties and in vitro degradation behavior of MIM iron were investigated. The results obtained were compared to those of cast iron. It was found that the amount of porosity remained in the as-sintered specimens had a major effect on their surface and mechanical properties. The MIM pure iron showed yield strength values between 59 and 114 MPa and maximum tensile strength of 210 MPa, with elongation values between 10 and 50 %. A high ductility is a specially required property of stent materials. Its degradation rates in Hank’s solution were superior to the degradation rate of cast iron. The material made from the feedstock containing 66 % of iron powder, above the critical powder loading, showed the highest elongation and a good in vitro degradation rate. This result is interesting, once according to the literature, powder loadings above the critical value are not well explored. The biocompatibility tests showed excellent hemocompatibility of MIM pure iron with blood cells. All conditions tested showed toxicity level below the values determined by current standards, but depending of Fe ions concentration and porosity level. Between all the conditions tested in the present investigation, the 62 % powder loading sample, sintered at 1120 oC, showed the best combination of properties for stent application. In conclusion, MIM is a promising method to be developed as a new route to produce thin-wall tubes for biodegradable stents.

Neste trabalho, inicialmente, foram obtidos TPSs (amidos termoplásticos) com diferentes concentrações de amido e plastificantes, por processamento em câmara de mistura, com o objetivo de determinar formulações para estudo em extrusora reativa. As formulações de TPS que apresentaram os melhores resultados de torque reométrico foram as que continham 39%m/m de amido. Investigou-se a influência da velocidade da rosca na obtenção de TPS por extrusora reativa, e os resultados mostraram que este parâmetro teve pequena influência na estabilidade do amido termoplástico, sendo possível utilizar 150 rpm de rotação. Foram produzidas 5 blendas com razões de TPS:PEBDL variando de 30:70; 40:60; 50;50; 60:40 e 70:30 para o desenvolvimento de um sistema ligante para a injeção de alumina pelo processo de moldagem de pós (MPI), a partir das quais foi possível analisar a influência do TPS no PEBDL, através de análises de MEV, IF, TGA, DMA e propriedades mecânicas. Quanto maior a concentração de TPS nas blendas, mais heterogênea foi a morfologia observada por MEV e menor o módulo de armazenamento e de perda obtidos por DMA. Este comportamento foi similar ao encontrado pela análise de resistência à tração, que apresentou propriedades mecânicas pobres para elevadas concentrações de TPS. Foram escolhidas três blendas para testar como veículo orgânico em feedstocks de alumina, com carga de partícula sólida de 45%, 50% e 55%v/v de Al2O3. A carga crítica para o sistema ligante-partículas sólidas determinada por reometria de torque foi de 50%v/v de alumina. / In this work, TPSs (thermoplastic starch), with different concentrations of starch and plasticizers for processing in the mixing chamber, were obtained in order to determine formulations for study in a reactive extruder. The TPS formulations that showed the best results for the rheometric torque were those containing 39% w/w starch. The influence of the screw speed to obtain TPS in the reactive extruder was investigated and the results showed that this parameter had little influence on the stability of the thermoplastic starch, allowing the use of 150 rpm rotation speed. Five blends were produced, with TPS:LLDPE ratios of 30:70; 40:60; 50:50; 60:40 and 70:30, to develop a binder for alumina injection by the powder molding process (MPI). From these five systems it was possible to analyze the influence of TPS in LLDPE through SEM analyzes, MFI, TGA, DMA and mechanical properties. The higher the concentration of TPS in blends, more heterogeneous morphology was observed by SEM and the lowest storage and loss modulus were obtained by DMA. This behavior was similar to that found by analysis of tensile strength, which showed poor mechanical properties for high concentrations of TPS. Three blends were chosen for testing as an organic vehicle in alumina feedstocks, with solid particles load of 45%, 50% and 55% v/v of Al2O3. The critical load for the system binder-solid particles, determined by torque rheometry, was 50% v/v of alumina.

Neste trabalho foi projetado o núcleo de um mini motor de passo, com rotor e estator, obtidos a partir do processo de Moldagem de Pós por Injeção (MPI). Foram avaliadas as propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas da liga FeNi50 obtida pelo processo MPI. Também por metalurgia do pó convencional obteve-se as mesmas propriedades físicas para comparação, e avaliar os dois processos de fabricação. Na obtenção do mini motor, primeiramente procedeu-se de maneira alternativa com a utilização de ferro puro, bem como, na preparação dos pós de ferro (moagem e misturas), e assim fazendo a avaliação funcionamento do motor. Projetou-se a carga injetável e todos os parâmetros fazendo-se um levantamento por reologia de propriedades como viscosidade e tensão de cisalhamento. Também com DSC/TGA analisou-se os componentes da carga, termicamente, e estipulou-se as temperaturas de extração térmica e química. Após confecção dos corpos de prova levantou-se os dados elétricos e magnéticos. O material que apresentou melhor comportamento para fins de utilização em motores (alta resistividade, alta permeabilidade magnética), foi o injetado de FeNi50 desenvolvido, com resistividade média de 5,06*10-7 Ωm e baixas perdas por histerese magnética. Por fim construiuse o mini motor com FeNi50 a partir de cilindros injetados. O motor foi submetido a testes de acionamento. / This work was designed the core of a mini stepper motor, rotor and stator, obtained from the Powder Injection Molding (PIM) process. Magnetic, electrical and mechanical properties of the alloy obtained by the PIM process FeNi50 were evaluated. Also by conventional powder metallurgy gave the same physical properties for comparing and evaluating the two processes. Obtaining the miniature motor is held first alternative way with the use of pure iron as well as in the preparation of iron powders (grinding and mixtures thereof), thus making the evaluation of engine operation. Designed to charge injection and all the parameters by making a survey by rheological properties such as viscosity and shear stress. Also DSC / TGA was analyzed components of the load, heat, and it was stipulated temperatures of thermal and chemical extraction. After preparation of the specimens rose electric and magnetic data. The material showed the best behavior for the purpose of use in motors (high resistivity, high magnetic permeability), was injected FeNi50 developed, with an average resistivity of 5.06 * 10-7 Ωm and low loss magnetic hysteresis. Finally we constructed the mini motor with FeNi50 from injected cylinders. The engine underwent drive tests.

Master of Science / Department of Grain Science and Industry / Greg Aldrich / Pet food is a $23 billion industry that continues to grow. Owners continue to humanize their pets and their dietary needs, thus the pet food industry tends to mirror human dietary trends. Currently, pet food is trending towards higher levels of protein, thus lower levels of starch. Decreasing starch, one of the main structure forming ingredients in extruded foods, creates issues in terms of lower rates of expansion and decreased kibble durability. Consumers tend to dislike ingredients that do not serve a dual nutritional purpose; therefore gelatin may be a plausible binding ingredient for high protein pet foods. Gelatin is a pure protein derived from collagen and is sold as a dry, odorless, tasteless powder. High-bloom gelatins find numerous uses in the human food as a stabilizer, foaming agent, and capsule base among other uses. Low-bloom gelatin may find a value-adding opportunity as a nutritional binder in the pet food market. Four extrusion experiments were performed to test this hypothesis. Experiment 1 compared gelatin at 0%, 5%, 10%, and 15% inclusion and 15% gelatin at 3 different extruder screw speeds. Results showed a decrease in expansion but an increase in hardness and pellet durability index (PDI); however there may have been inadequate preconditioning. It was unclear whether the decrease in expansion or presence of gelatin improved product durability. Experiment 2 analyzed two levels of gelatin, 0% and 10%, under two extruder screw speeds, 300 rpm and 500 rpm, and two hydration ratios, 17% and 28%. In this experiment, there were no differences in density, expansion, hardness, or PDI. This indicated that preconditioning was more ideal and may indicate gelatin does not decrease product expansion. Experiment 3 analyzed two levels of gelatin, 0% and 10%, at two target densities, low and high. Results indicated that gelatin created a more expanded product when processed under similar conditions as a control formula. Experiment 4 analyzed different strengths of gelatin to determine if the low-bloom gelatin experiments were repeatable with more conventional strength gelatins. Treatments were a control with no gelatin, and a 100 bloom, 175 bloom, and 250 bloom gelatin. Results showed increased gelatin strength increased product expansion, likely through a foaming effect. However, durability declined with mid- and high-bloom gelatins; thus, low-bloom gelatin may be the most promising to improve product characteristics and preserve durability. Two additional experiments were performed in order to explore gelatin bloom strength in injection molded treat processing. A lab-scale experiment was performed to optimize an initial formula. Tensile strength, strain at break, Young’s Modulus, puncture force, and peaks were measured. It was determined that equal parts gelatin, gluten, and glycerin were most ideal for further testing purposes. Determination of gelatin bloom strength effects with three bloom strength gelatins were used to produce beadlets on a pilot-scale twin-screw extruded and production model injection molding system. Differences were noted between treatments; wherein high bloom gelatin created a softer, more stretchy treat and low bloom gelatin created a tougher, more rubbery treat. Low-bloom gelatin may find use as a nutritional binder in high protein pet foods and may be an alternative to high-bloom gelatin in injection molded dental treats.

Thesis (MTech (Mechanical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2009. / The objective of this project was to measure the performance of high-strength aluminium alloys as injection mould material compared against conventionally used tool steel.

Na presente pesquisa, produziu-se amostras de ferro puro poroso como biomaterial degradável visando a aplicação em stents, pelo processo de moldagem por injeção de pós metálicos (MPI). Os efeitos da fração volumétrica de ferro puro na mistura de injeção e da temperatura de sinterização na porosidade, microestrutura, propriedades mecânicas, propriedades de superfície, de degradação in vitro e de biocompatibilidade, foram investigados. Os resultados obtidos foram comparados com o ferro puro fabricado por fusão e com o aço inoxidável AISI 316-L. Encontrou-se que o grau de porosidade remanescente nas amostras sinterizadas foi o principal fator influenciando as propriedades mecânicas e de superfície, influenciando indiretamente os demais resultados. O ferro puro produzido por MPI exibiu valores de limite de escoamento entre 59 e 114 MPa e limite de resistência máximo de 210 MPa, com alongamento entre 10 e 50 %. A alta ductilidade é uma propriedade especialmente requerida em materiais para potencial aplicação em stents. Suas taxas de degradação em solução de Hank foram superiores às do ferro puro fabricado por fusão. O material fabricado com mistura de injeção contendo fração de ferro de 66 % (acima da fração crítica) mostrou o maior alongamento e boa taxa de degradação, um resultado interessante, pois segundo a literatura, valores acima da fração volumétrica crítica não são amplamente explorados. Os testes de biocompatibilidade mostraram excelente hemocompatibilidade do ferro puro fabricado por MPI com as células do sangue. Todas as condições testadas mostraram um nível de citotoxicidade abaixo do recomendado pela norma vigente, mas este dependendo da concentração de íons de ferro empregada e do grau de porosidade. Entre todas as condições de ensaio investigadas, as amostras contendo fração volumétrica de ferro de 62 % inicialmente na mistura de injeção e sinterizadas a 1120 oC, apresentaram a melhor combinação de propriedades para aplicação em stents. Concluiu-se que a MPI é um método tecnicamente viável como rota de produção de tubos de parede fina precursores para fabricação de stents biodegradáveis. / In the present research, an attempt was made to produce porous pure iron, as a metallic degradable biomaterial potentially for stent application, via the MIM route. The effects of iron powder loading and sintering temperature on the porosity, microstructure, mechanical properties, surface properties and in vitro degradation behavior of MIM iron were investigated. The results obtained were compared to those of cast iron. It was found that the amount of porosity remained in the as-sintered specimens had a major effect on their surface and mechanical properties. The MIM pure iron showed yield strength values between 59 and 114 MPa and maximum tensile strength of 210 MPa, with elongation values between 10 and 50 %. A high ductility is a specially required property of stent materials. Its degradation rates in Hank’s solution were superior to the degradation rate of cast iron. The material made from the feedstock containing 66 % of iron powder, above the critical powder loading, showed the highest elongation and a good in vitro degradation rate. This result is interesting, once according to the literature, powder loadings above the critical value are not well explored. The biocompatibility tests showed excellent hemocompatibility of MIM pure iron with blood cells. All conditions tested showed toxicity level below the values determined by current standards, but depending of Fe ions concentration and porosity level. Between all the conditions tested in the present investigation, the 62 % powder loading sample, sintered at 1120 oC, showed the best combination of properties for stent application. In conclusion, MIM is a promising method to be developed as a new route to produce thin-wall tubes for biodegradable stents.

Neste trabalho, inicialmente, foram obtidos TPSs (amidos termoplásticos) com diferentes concentrações de amido e plastificantes, por processamento em câmara de mistura, com o objetivo de determinar formulações para estudo em extrusora reativa. As formulações de TPS que apresentaram os melhores resultados de torque reométrico foram as que continham 39%m/m de amido. Investigou-se a influência da velocidade da rosca na obtenção de TPS por extrusora reativa, e os resultados mostraram que este parâmetro teve pequena influência na estabilidade do amido termoplástico, sendo possível utilizar 150 rpm de rotação. Foram produzidas 5 blendas com razões de TPS:PEBDL variando de 30:70; 40:60; 50;50; 60:40 e 70:30 para o desenvolvimento de um sistema ligante para a injeção de alumina pelo processo de moldagem de pós (MPI), a partir das quais foi possível analisar a influência do TPS no PEBDL, através de análises de MEV, IF, TGA, DMA e propriedades mecânicas. Quanto maior a concentração de TPS nas blendas, mais heterogênea foi a morfologia observada por MEV e menor o módulo de armazenamento e de perda obtidos por DMA. Este comportamento foi similar ao encontrado pela análise de resistência à tração, que apresentou propriedades mecânicas pobres para elevadas concentrações de TPS. Foram escolhidas três blendas para testar como veículo orgânico em feedstocks de alumina, com carga de partícula sólida de 45%, 50% e 55%v/v de Al2O3. A carga crítica para o sistema ligante-partículas sólidas determinada por reometria de torque foi de 50%v/v de alumina. / In this work, TPSs (thermoplastic starch), with different concentrations of starch and plasticizers for processing in the mixing chamber, were obtained in order to determine formulations for study in a reactive extruder. The TPS formulations that showed the best results for the rheometric torque were those containing 39% w/w starch. The influence of the screw speed to obtain TPS in the reactive extruder was investigated and the results showed that this parameter had little influence on the stability of the thermoplastic starch, allowing the use of 150 rpm rotation speed. Five blends were produced, with TPS:LLDPE ratios of 30:70; 40:60; 50:50; 60:40 and 70:30, to develop a binder for alumina injection by the powder molding process (MPI). From these five systems it was possible to analyze the influence of TPS in LLDPE through SEM analyzes, MFI, TGA, DMA and mechanical properties. The higher the concentration of TPS in blends, more heterogeneous morphology was observed by SEM and the lowest storage and loss modulus were obtained by DMA. This behavior was similar to that found by analysis of tensile strength, which showed poor mechanical properties for high concentrations of TPS. Three blends were chosen for testing as an organic vehicle in alumina feedstocks, with solid particles load of 45%, 50% and 55% v/v of Al2O3. The critical load for the system binder-solid particles, determined by torque rheometry, was 50% v/v of alumina.

Neste trabalho foi projetado o núcleo de um mini motor de passo, com rotor e estator, obtidos a partir do processo de Moldagem de Pós por Injeção (MPI). Foram avaliadas as propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas da liga FeNi50 obtida pelo processo MPI. Também por metalurgia do pó convencional obteve-se as mesmas propriedades físicas para comparação, e avaliar os dois processos de fabricação. Na obtenção do mini motor, primeiramente procedeu-se de maneira alternativa com a utilização de ferro puro, bem como, na preparação dos pós de ferro (moagem e misturas), e assim fazendo a avaliação funcionamento do motor. Projetou-se a carga injetável e todos os parâmetros fazendo-se um levantamento por reologia de propriedades como viscosidade e tensão de cisalhamento. Também com DSC/TGA analisou-se os componentes da carga, termicamente, e estipulou-se as temperaturas de extração térmica e química. Após confecção dos corpos de prova levantou-se os dados elétricos e magnéticos. O material que apresentou melhor comportamento para fins de utilização em motores (alta resistividade, alta permeabilidade magnética), foi o injetado de FeNi50 desenvolvido, com resistividade média de 5,06*10-7 Ωm e baixas perdas por histerese magnética. Por fim construiuse o mini motor com FeNi50 a partir de cilindros injetados. O motor foi submetido a testes de acionamento. / This work was designed the core of a mini stepper motor, rotor and stator, obtained from the Powder Injection Molding (PIM) process. Magnetic, electrical and mechanical properties of the alloy obtained by the PIM process FeNi50 were evaluated. Also by conventional powder metallurgy gave the same physical properties for comparing and evaluating the two processes. Obtaining the miniature motor is held first alternative way with the use of pure iron as well as in the preparation of iron powders (grinding and mixtures thereof), thus making the evaluation of engine operation. Designed to charge injection and all the parameters by making a survey by rheological properties such as viscosity and shear stress. Also DSC / TGA was analyzed components of the load, heat, and it was stipulated temperatures of thermal and chemical extraction. After preparation of the specimens rose electric and magnetic data. The material showed the best behavior for the purpose of use in motors (high resistivity, high magnetic permeability), was injected FeNi50 developed, with an average resistivity of 5.06 * 10-7 Ωm and low loss magnetic hysteresis. Finally we constructed the mini motor with FeNi50 from injected cylinders. The engine underwent drive tests.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Durante o processo de extraÃÃo de rochas ornamentais no estado do Cearà (Nordeste do Brasil), uma grande quantidade de material à rejeitada. Deste grande montante, atà esta data, nÃo existe qualquer aproveitamento econÃmico, ele à simplesmente descartado podendo vir a acarretar possÃveis danos ambientais. Este trabalho descreve o uso do pà de granito como um possÃvel componente do processo de moldagem por injeÃÃo de pÃs, em substituiÃÃo a materiais cerÃmicos de custo mais elevado. Inicialmente o pà selecionado foi moÃdo e peneirado. O material resultante foi entÃo caracterizado por difraÃÃo de raios â x e microscopia eletrÃnica de varredura. CaracterÃsticas das partÃculas foram tambÃm determinadas. O material caracterizado foi misturado com um veÃculo orgÃnico de baixa viscosidade composto de cÃra de carnaÃba polietileno de baixa densidade a Ãcido esteÃrico. Estudos reolÃgicos foram realizados a fim de determinar o conteÃdo de pà Ãtimo, compatÃvel com o processo de moldagem por injeÃÃo a baixas pressÃes, apÃs isso a mistura pÃ-ligante foi injetada. Pequenos gria-fios da indÃstria tÃxtil foram produzidos usando 1020. AnÃlises tÃrmicas foram empregadas para determinar uma taxa de aquecimento para a retirada do ligante apropriado. ApÃs a retirada do ligante as peÃas foram sinterizadas a diferentes temperaturas para a determinaÃÃo daquela que apresentasse melhores propriedades. Testes de porosidade, densificaÃÃo e microdureza das peÃas sintetizadas mostraram que o pà de granito tem um grande potencial como substituto de materiais cerÃmicos mais caros. / During the process of extraction of stone in the state of Cearà (Northeast Brazil), a large amount of material is rejected. This large amount, to date, there is no economic use, it is simply discarded and be a possible cause environmental damage. This paper describes the use of granite dust as a possible component of the powder injection molding, replacing ceramic materials more expensive. Initially, the selected powder was ground and sieved. The resulting material was then characterized by XRD - x and scanning electron microscopy. Characteristics of the particles were also determined. Characterized The material was mixed with an organic vehicle of low viscosity consisting of carnauba wax low density polyethylene stearic acid. Rheological studies were performed to determine the content of fine powder, consistent with the process of injection molding at low pressure, after which the powder-binder has been injected. Small-GRIA of textile yarns were produced using 1020. Thermal analyzes were used to determine a rate of heating to remove the suitable binder. After removal of the binder parts were sintered at various temperatures to determine that to produce the best properties. Tests porosity, densification and hardness of the parts synthesized showed that the granite dust has great potential as a replacement for more expensive ceramic material.