Bipolar plate material and fabrication costs make up a significant fraction of the total cost in a polymer electrolyte membrane fuel cell stack. In an attempt to reduce these costs, a novel manufacturing method was developed for use with composite materials. Conductive fillers were mixed with a polypropylene binder and molded into single cell monopolar plates. A fuel cell test stand, capable of testing six cells simultaneously, was used for long-term corrosion testing. In-situ tests took place in 5 cm2 active area fuel cells with cathode humidification. Using data from test cells containing graphite monopolar plates as a baseline, two composite formulations, were able to produce power at 66-79% of the baseline power. Power output from one cell remained in this range for over 200 hours, while the other sample experienced surface oxidation and eventually failed. With improvements in part conductivity coming from conductive polymers, this manufacturing technique holds the promise of producing monopolar and bipolar plates that could eventually be scaled up for use in fuel cell stacks. / Master of Science

Yes / High-throughput manufacturing of transdermal microneedle arrays poses a significant challenge due to the high precision and number of features that need to be produced and the requirement of multi-step processing methods for achieving challenging micro-features. To address this challenge, we report a flexible and cost-effective process chain for transdermal microneedle array manufacture that includes mould production using laser machining and replication of thermoplastic microneedles via micro-injection moulding (micromoulding). The process chain also incorporates an in-line manufacturing data monitoring capability where the variability in the quality of microneedle arrays can be determined in a production run using captured data. Optical imaging and machine vision technologies are also implemented to create a quality inspection system that allows rapid evaluation of key quality indicators. The work presents the capability of laser machining as a cost-effective method for making microneedle moulds and micro-injection moulding of thermoplastic microneedle arrays as a highly-suitable manufacturing technique for large-scale production with low marginal cost. / This research work was undertaken in the context of MICRO-MAN project (“Process Fingerprint for Zero-defect Net-shapeMICROMANufacturing”, http://www.microman.mek.dtu.dk/).MICROMAN is a European Training Network supported byHorizon 2020, the EU Framework Programme for Research andInnovation (Project ID: 674801). This research has also receivedfunding and support from two other Horizon 2020 projects:HIMALAIA (Grant agreement No. 766871) and Laser4Fun (GA no.675063).

Neste trabalho foram produzidas molas cerâmicas através do processo de moldagem por injeção em baixa pressão, utilizando-se como matéria-prima alumina submicrométrica, aditivada com ligantes a base de ceras. Dentro do tanque de uma injetora Pelstman, estes materiais foram homogeneizados e resultaram em uma suspensão de baixa viscosidade. Entre os objetivos deste trabalho estão a produção de molas cerâmicas helicoidais com perfil circular, a extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a pré-sinterização das molas a 1000°C, o acabamento e a sinterização das molas em diferentes temperaturas e a medida de algumas de suas propriedades. A mudança na temperatura de sinterização é uma maneira simples de alterar as propriedades das molas cerâmicas, sem alterar sua composição ou suas dimensões. Foram produzidos três lotes de molas de alumina, que foram sinterizadas a 1550°C, 1600°C e 1650°C, com o objetivo de verificar os efeitos da temperatura sobre a constante de mola e a tensão de fratura. As molas de alumina sinterizada foram obtidas com densidades variando de 94,0% para 97,5% do limite teórico. As constantes de mola foram medidas desde a temperatura ambiente até 1100°C. Os dados obtidos nos ensaios de fratura sob compressão foram analisados de acordo com a estatística deWeibull e o método da máxima verossimilhança. Com o aumento da temperatura de sinterização, de 1550°C até 1650°C, foi observado que a constante de mola e a resistência característica de Weibull das molas de alumina aumentaram em 15% e 32%, respectivamente. Por outro lado, a temperatura de sinterização não teve muita influência sobre o módulo de Weibull. Isso acontece porque as bolhas internas e os defeitos superficiais introduzidos na fase de conformação das molas cerâmicas, possuem um efeito pronunciado na fratura das molas, mais importante do que a redução da porosidade com o aumento da temperatura de sinterização, e são fundamentais para determinar a resistência à compressão das molas cerâmicas. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-05T16:49:28Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rodrigo Antonio Barbieri.pdf: 4044147 bytes, checksum: 645abe8dc3f878007d2ac1715ded418e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-05T16:49:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rodrigo Antonio Barbieri.pdf: 4044147 bytes, checksum: 645abe8dc3f878007d2ac1715ded418e (MD5) / In this work, ceramic coil springs was prepared by low-pressure injection molding using alumina submicrometer-sized powder. The powder are mixed with organic binders in the Pelstman machine tank for several hours resulting in a mixture with low viscosity. This work include the production of helical ceramic springs, thermal debinding, sintering in different temperatures and measure some properties. Sintering temperature was shown to be a simple way to change the spring constant and resistence to compression of ceramics without having a significant impact in the spring´s physical dimensions. Three sets of springs were sintered at different temperatures, from 1550°C to 1650°C, in order to observe the effects on spring constant and fracture stress. Sintered alumina springs were obtained with densities ranging from 94.0% to 97.5% of the theoretical limit. Springs constants were measured from room temperature up to 1100°C. Fracture stress data was analyzed according to Weibull statistics and the maximum likelihood method. Upon increase of sintering temperature from 1550°C to 1650°C, the spring constant and the Weibull characteristic strength of the alumina springs increases by 15% and 32%, respectively. On the other hand, sintering temperature has a negligible influence on Weibull modulus. This is because internal bubbles and surface defects introduced in the production stage of the ceramic springs - more than the reduction in porosity with increasing sintering temperature - are critical in determining the compression resistance of the ceramic springs.

Neste trabalho foram produzidas molas cerâmicas através do processo de moldagem por injeção em baixa pressão, utilizando-se como matéria-prima alumina submicrométrica, aditivada com ligantes a base de ceras. Dentro do tanque de uma injetora Pelstman, estes materiais foram homogeneizados e resultaram em uma suspensão de baixa viscosidade. Entre os objetivos deste trabalho estão a produção de molas cerâmicas helicoidais com perfil circular, a extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a pré-sinterização das molas a 1000°C, o acabamento e a sinterização das molas em diferentes temperaturas e a medida de algumas de suas propriedades. A mudança na temperatura de sinterização é uma maneira simples de alterar as propriedades das molas cerâmicas, sem alterar sua composição ou suas dimensões. Foram produzidos três lotes de molas de alumina, que foram sinterizadas a 1550°C, 1600°C e 1650°C, com o objetivo de verificar os efeitos da temperatura sobre a constante de mola e a tensão de fratura. As molas de alumina sinterizada foram obtidas com densidades variando de 94,0% para 97,5% do limite teórico. As constantes de mola foram medidas desde a temperatura ambiente até 1100°C. Os dados obtidos nos ensaios de fratura sob compressão foram analisados de acordo com a estatística deWeibull e o método da máxima verossimilhança. Com o aumento da temperatura de sinterização, de 1550°C até 1650°C, foi observado que a constante de mola e a resistência característica de Weibull das molas de alumina aumentaram em 15% e 32%, respectivamente. Por outro lado, a temperatura de sinterização não teve muita influência sobre o módulo de Weibull. Isso acontece porque as bolhas internas e os defeitos superficiais introduzidos na fase de conformação das molas cerâmicas, possuem um efeito pronunciado na fratura das molas, mais importante do que a redução da porosidade com o aumento da temperatura de sinterização, e são fundamentais para determinar a resistência à compressão das molas cerâmicas. / In this work, ceramic coil springs was prepared by low-pressure injection molding using alumina submicrometer-sized powder. The powder are mixed with organic binders in the Pelstman machine tank for several hours resulting in a mixture with low viscosity. This work include the production of helical ceramic springs, thermal debinding, sintering in different temperatures and measure some properties. Sintering temperature was shown to be a simple way to change the spring constant and resistence to compression of ceramics without having a significant impact in the spring´s physical dimensions. Three sets of springs were sintered at different temperatures, from 1550°C to 1650°C, in order to observe the effects on spring constant and fracture stress. Sintered alumina springs were obtained with densities ranging from 94.0% to 97.5% of the theoretical limit. Springs constants were measured from room temperature up to 1100°C. Fracture stress data was analyzed according to Weibull statistics and the maximum likelihood method. Upon increase of sintering temperature from 1550°C to 1650°C, the spring constant and the Weibull characteristic strength of the alumina springs increases by 15% and 32%, respectively. On the other hand, sintering temperature has a negligible influence on Weibull modulus. This is because internal bubbles and surface defects introduced in the production stage of the ceramic springs - more than the reduction in porosity with increasing sintering temperature - are critical in determining the compression resistance of the ceramic springs.

The master thesis deals with design to produce terminal using the plastic injection molding. In the first part are theoretical information about injection molding and injection molding with inserts. The second part is a concrete design of production terminal which contains: injection mold design, calculation of the injection parameters, machine selection, technical and economic evaluation of production. Terminal is made of polyamide 66, inserts material is brass. Parts of injection mold assembly are selected from Hasco standards. The main parts of assembly are made of 1.2312 steel. Production cycle is placed on injection machine Allrounder 375 V from Arburg.

In this work, the material distribution, structure of fiber orientation and fiber attrition in sandwich and push-pull injection molded short fiber composites are investigated, regarding the effect of fiber content and processing parameters, given its direct relevance to mechanical properties. The prediction of the tensile strength of conventional, sandwich and push-pull injection molded short fiber composites are derived by an analytical method of modified rule of mixtures as a function of the area fraction between skin and core layers. The effects of fiber length and fiber orientation on the tensile strength are studied in detail. Modeling of the specialized injection molding processes have been developed and performed with the simulation program in order to predict the material distribution and the fiber orientation state. The secondorder orientation tensor (a11) approach is used to describe and calculate the local fiber orientation state. The accuracy of the model prediction is verified by comparing with corresponding experimental measurements to gain a further basic understanding of the melt flow induced fiber orientation during sandwich and push-pull injection molding processes.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-07-24T12:23:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Bruno Alexandro Melo Cordoba.pdf: 5568473 bytes, checksum: b7b2a5b911d9cf8f3e1f1564ba6a257e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-24T12:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Bruno Alexandro Melo Cordoba.pdf: 5568473 bytes, checksum: b7b2a5b911d9cf8f3e1f1564ba6a257e (MD5) Previous issue date: 2018-01-30 / A moldagem por injeção é um dos processos mais versáteis e amplamente empregada na manufatura de polímeros. Entretanto, há uma incidência de tantos fatores que tendem a influenciar o processo, ao ponto que um controle rigoroso dos parâmetros do processo se faz necessário para obtenção de peças com nível de qualidade adequada. Neste estudo, foram avaliadas as relações entre condições de processo, microestrutura e propriedades para o polímero Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS). Para tal, o ABS foi injetado em 9 condições, variando-se importantes parâmetros de injeção: temperatura do fundido (entre 210 e 240 ºC), temperatura do molde (45 – 65 ºC), pressão de compactação (150 - 250 bar) e velocidade de injeção (50 – 110 cm3/s). A partir dos resultados das propriedades mecânicas obtidas (Resistência sob Tração, Resistência ao Impacto, Módulo Elástico e Força Máxima sob Impacto), foram desenvolvidos 3 modelos de predição, determinados via Método Taguchi, Superfície de Resposta e Regressão Linear, sendo que o Método Taguchi apresentou maior eficácia. A partir dos modelos de previsão foram escolhidas 4 condições de injeção distintas da matriz ortogonal, no intuito de se verificar a precisão dos modelos criados. A microestrutura foi avaliada através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) de amostras fraturadas por impacto instrumentado e pela medição dos domínios elastoméricos (distribuição do tamanho do Polibutadieno) via análise de imagem. Por fim, foi aplicado o tratamento térmico de alívio de tensões, as propriedades mecânicas foram determinadas e por fim comparadas entre presença e ausência de tratamento térmico, onde foi observado que não se apresentou efeito considerável. / Injection molding is one of the most versatile and widely used processes in the manufacture of polymers. However, there is an incidence of so many factors that tend to influence the process, to the point that strict control of the process parameters is necessary to obtain pieces with adequate quality level. In this study, the relationships between process conditions, microstructure and properties for acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymer were evaluated. To do this, ABS was injected under 9 conditions, varying important injection parameters: melt temperature (between 210 and 240 ºC), mold temperature (45-65 ºC), compression pressure (150-250 bar) and injection rate (50-110 cm 3 / s). From the results of the mechanical properties obtained (Resistance under Traction, Impact Resistance, Elastic Modulus and Maximum Force under Impact), 3 prediction models were developed, determined by the Taguchi Method, Response Surface and Linear Regression, with the Taguchi Method was more effective. From the prediction models four different injection conditions of the orthogonal matrix were chosen, in order to verify the accuracy of the models created. The microstructure was evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM) of fractured samples by instrumented impact and by the measurement of the elastomeric domains (distribution of the polybutadiene size) through image analysis. Finally, the thermal treatment of stress relief was applied, the mechanical properties were determined and finally compared between the presence and absence of heat treatment, where it was observed that no considerable effect was observed.

O processo de moldagem de pós por injeção (MPI) é uma tecnologia relativamente recente e permite a fabricação de peças e componentes de diversos materiais, com a possibilidade de fabricar peças em larga escala. O processo MPI é composto por quatro etapas: mistura do pó com o material orgânico (ligante), moldagem por injeção, extração do ligante e sinterização. O ligante é um veículo temporário composto por polímeros e/ou ceras e sua função é possibilitar o escoamento da carga injetável para o molde durante a moldagem por injeção e após a moldagem este deve ser totalmente removido da peça. A maioria dos polímeros utilizados no ligante é oriunda do petróleo, que é uma fonte não renovável que gera sérios impactos ambientais. Neste estudo foi proposto a utilização de ligante à base de borracha natural, que além de ser proveniente de fonte renovável, confere elasticidade à peça moldada, que possibilita a fácil desmoldagem de peças com geometria complexa e pequenas espessuras. Também se analisou a substituição da parafina, que estudada em trabalhos anteriores em ligante para injeção de alumina com a borracha natural, pela cera de carnaúba na moldagem por injeção de pó de ferro metálico. Foram avaliados três ligantes à base de borracha natural e as ceras: (i) parafina, (ii) cera de carnaúba e (iii) parafina + cera de carnaúba e estudou-se o efeito da composição do ligante em cada etapa do processo MPI. Investigou-se as propriedades químicas e térmicas dos ligantes, o teor de pó admissível nas cargas injetáveis, as rotas de remoção do ligante por via térmica e solvente e as propriedades finais como retração linear, porosidade, microestrutura e resistência à flexão. As composições de ligante a base de borracha natural e cera de carnaúba proporcionaram melhores propriedades ao processo MPI. Nestas composições foi possível a moldagem por injeção de cargas injetáveis com maior teor de pó, apresentaram maior estabilidade reológica, em que a viscosidade apresentou baixa variação em relação à temperatura e maior estabilidade com o aumento do teor de pó. Além disso, foram as únicas amostras que não apresentaram defeitos durante a extração por solvente e apresentaram propriedades finais satisfatórias para o processo MPI de ferro. / The Powder Injection Molding process (PIM) is a relatively new technology and allows the manufacturing of parts and components of various materials, with the possibility of fabricating parts in microscale. The PIM process is composed of four steps: mix the powder with the organic material (binder), injection molding, extraction of the binder and sintering. The binder is a temporary vehicle composed of polymers and/or waxes and its function is to allow the flow of the feedstock into the mold during injection molding, and after molding this should be completely removed from the sample. Most of the polymers used in the binder are derived from petroleum, which is a non-renewable source that generates serious environmental impacts. In this study, it was proposed the use of binder based on polymer and wax from renewable sources that reduce the environmental impact. It was analyzed the substitution of paraffin, which was studied in previous studies with natural rubber, by the carnauba wax in the injection molding of the iron carbonyl. Were evaluated three binders based on polymer and wax: (i) paraffin, (ii) carnauba wax and (iii) paraffin wax carnauba wax and we studied the binder composition effect in each step of PIM process. The chemical and thermal binder properties, the critical powder volume concentration, the solvent and thermal debinding and the sintered properties were analyzed. As results, we found that the natural rubber and carnauba wax binder have better PIM process properties. In this binder was possible an injection molding with higher powder content, showing higher rheological stability, which the viscosity was more stable under temperature and powder content variation. Furthermore, the samples with this binder shown no defects after solvent debinding and suitable sintered properties for the iron PIM process.

Ce travail concerne le développement de polymères alvéolaires biosourcés adaptés à l’injection microcellulaire physique (Mucell®) ainsi que l’identification des leviers (procédé et/ou matériau) permettant de contrôler la structure cellulaire.Les paramètres directeurs du procédé ont été optimisés à l’aide d’un plan d’expérience de type Taguchi permettant d’atteindre un allégement de 15% tout en conservant un niveau de performance mécanique acceptable. Par ailleurs, des modifications structurales du PBS ont été menées dans le but de contrôler le processus de formation de la structure cellulaire (dissolution du gaz, nucléation, croissance cellulaire et stabilisation de la structure). La morphologie cellulaire a été améliorée en modifiant la conformation moléculaire des chaînes, en favorisant la nucléation hétérogène ou en modifiant les propriétés élongationnelles et la tension de surface du matériau. La formulation résultante a permis une diminution de plus de 80% de la taille des cellules et une densité cellulaire multipliée par 450.Enfin, une technique de mesure du comportement rhéologique du système monophasé polymère/gaz a été développée à l’aide d’une buse instrumentée en ligne permettant d’évaluer l’effet de la dissolution du gaz sur la viscosité du matériau en fonction des conditions expérimentales de l’étude. / This work focused on the development of biobased polymer foams adapted to the microcellular injection molding (Mucell®) and the identification of the key parameters (process and/or material) controlling the cell structure.The process parameters were optimized using a Taguchi design of experiment which achieves 15% lightweighting while maintaining acceptable mechanical performances. In addition, structural modifications of PBS were carried out in order to control the foaming mechanism (gas dissolution, cell nucleation, cell growth and cell stabilization). Cell morphology has been improved by modifying the molecular conformation, promoting heterogeneous nucleation, or by adjusting the extensional viscosity and surface tension of the material. The resulting formulation exhibit a decrease of more than 80% in cell size and a cell density multiplied by 450.Finally, a measurement technique for the rheological behavior of the single phase polymer/gas mixture was developed using an instrumented on-line nozzle to evaluate the effect of gas dissolution on the viscosity under experimental conditions.

Enquanto os métodos tradicionais de processamento de restaurações cerâmicas tornaram-se notórios por sua complexidade, as técnicas mais modernas vêm privilegiando a simplicidade de execução e a automação. Dentre estas, destaca-se a injeção em moldes, que recentemente, foi associada a métodos CAD-CAM. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade de utilização de um vidro feldspático de baixa expansão térmica, Alpha (Vita Zahnfabrik), para injeção, porém, faltam informações quanto às propriedades mecânicas e a microestrutura deste material quando submetido à injeção. Os objetivos deste estudo são: produzir pastilhas vidrocerâmicas para injeção a quente a partir de Alpha e da mistura deste vidro com partículas de alumina e zircônia; avaliar a resistência à flexão dos materiais processados, e compará-la a um material compatível existente no mercado (PM9 - Vita Zahnfabrik); estudar a estrutura microscópica dos materiais e correlacioná-la com suas propriedades mecânicas; identificar por meio de difração de raios X a formação de fases cristalinas durante as diferentes etapas de processamento. A injeção aumentou a resistência do vidro Alpha devido à redução na quantidade e tamanho dos defeitos internos, principalmente porosidades. Apesar de ter sido observada nucleação de cristais nos dois materiais, durante o processamento, não foi possível determinar de que forma este fenômeno afetou as propriedades mecânicas dos materiais. Não foi detectada alteração no padrão de distribuição das fases cristalinas observadas em microscópio eletrônico de varredura antes e depois da injeção. Não foi verificada diferença estatística significante entre a resistência à flexão de Alpha injetado e PM9. A adição de partículas de alumina e zirconia ao vidro Alpha provocou redução da resistência, devido à formação de aglomerados durante a confecção das pastilhas e a incapacidade da injeção em dispersá-los. Tais aglomerados funcionaram como concentradores de tensões, enfraquecendo o material. / While traditional processing routes in the fabrication of ceramic restorations became notorious for their complexity, modern techniques have been priviledging simplicity and automation. High-temperature injection molding is a clear example, and recently has been associated to CAD-CAM technology. Studies demonstrated the use of a low thermal expansion feldspathic glass (Alpha, Vita Zahnfabrik) for injection, although more information is needed in terms of mechanical properties and microstructure of this material after being submitted to injection. The objectives of this study are: produce Alpha glass-ceramic ingots and Alpha with alumina and zirconia particles ingots for injection; evaluate flexural strength of the processed materials and compare it to a compatible product (PM9-Vita Zahnfabrik); study microstructure of the materials and correlate it to their mechanical properties; identify the existing cristalline phases at different processing stages with X-ray diffraction. Injection increased mechanical properties of Alpha glass due to reduction in porosity of the material. Despite the observation of crystal nucleation on both materials during processing, a clear correlation of this phenomenon and mechanical behavior could not be made. No alterations on the pattern of the crystalline phase distribution due to injection were observed on scanning electron microscope images. Flexural strength did not vary significantly between injected Alpha and PM9. The addittion of alumina and zirconia particles resulted in poorer mechanical results due to agglomerate formation during ingot fabrication and the incapacity of its dispersion trough injection. These agglomerates worked as stress concentrators, weakening the material.