Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-10-03T14:10:03Z No. of bitstreams: 1 DissTMK.pdf: 5392667 bytes, checksum: c586a3d8d82878ee965ad9efb035d228 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:04:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTMK.pdf: 5392667 bytes, checksum: c586a3d8d82878ee965ad9efb035d228 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:04:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTMK.pdf: 5392667 bytes, checksum: c586a3d8d82878ee965ad9efb035d228 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T14:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissTMK.pdf: 5392667 bytes, checksum: c586a3d8d82878ee965ad9efb035d228 (MD5) Previous issue date: 2014-07-31 / Não recebi financiamento / Both, average linear shrinkage and dimensional variation behavior for injection-molded components influence its final application performance, hence the project overall quality and profit [1]. The use of simulation software for estimating dimensional variation is still incipient due to some factors such as lack of proficient users, code simplifications and lack of raw material proper characterization. On the Brazilian context, this third item is particularly critical, once the coefficients for warpage results improvement for the main commercial code available on the market, Autodesk Moldflow Insight (AMI); requires a very specific characterization named ‘corrected residual in-mold stress’ (CRIMS), just generated by the software developers in a quite complex and low cost-benefit process for national resin suppliers. The present work used computational experimentation based on commercial code AMI 2013 aiming both: to generate CRIMS coefficients from correlation studies involving optimization algorithm, based on Cellere and Luchetta work [2]; and to perform a case study proposing a method that make use of optimization algorithm and Monte Carlo Simulation in order to drive both, design and process decisions; in the end providing a estimative of the dimensional variation behavior on early design and mold development phases. The results level of error obtained with the CRIMS coefficients generated on this work is close to the results generated from coefficients generated by the supplier for the same material (confidential data) that represents the state-of-the-art of correction coefficients generation; confirming the potential for the method showed in this work. The adaptable nature of the method described on Cellere and Lucchetta paper [2] was maintained. / Contração média e comportamento de variação dimensional de componentes injetados influenciam o desempenho final de um projeto mecânico e portanto seu nível de qualidade e rentabilidade [1]. O uso de softwares de simulação para estimativa de variação dimensional ainda é incipiente devido a vários fatores, como carência de analistas proficientes, simplificações no algoritmo e falta de caracterização adequada de matérias-primas. No contexto brasileiro, o terceiro item é particularmente crítico, uma vez que os coeficientes para melhorar a previsão do principal código comercial disponível no mercado, Autodesk Moldflow Insight (AMI); requer caracterização específica chamada corrected residual in-mold stress (CRIMS), realizada unicamente pelo fornecedor do software, num processo relativamente complexo e de baixo custobenefício para os fornecedores de resina nacionais. O presente trabalho utilizou de experimentos computacionais a partir do código comercial AMI 2013 com dois objetivos: gerar coeficientes CRIMS a partir de estudos de correlação envolvendo algoritmo de otimização, baseando-se no trabalho de Cellere e Lucchetta [2]; realizar estudo de caso onde se propõe método que faz uso de algoritmo de otimização e simulação de Monte Carlo para auxiliar na tomada de decisão de ambos, parâmetros de projeto e processo, por fim fornecendo estimativa do comportamento de variação dimensional em etapas iniciais de projetos mecânicos e de moldes. O nível de erro nos resultados obtidos com os coeficientes CRIMS gerados nesse trabalho aproximase significativamente dos resultados gerados a partir dos coeficientes de correção gerados pelo fornecedor para o mesmo material e que representa o estado-da-arte para geração dos coeficientes de correção, confirmando o potencial de aplicação do método apresentado nessa dissertação. Foi mantido o caráter adaptável descrito no artigo de Cellere e Lucchetta [2].

A injeção de termoplásticos é um processo bastante abrangente e visa a produção seriada de peças. A variabilidade produtiva desse processo pode gerar perdas industriais indesejáveis que poderão impactar sobre os preços dos produtos ou aumentar o descarte de peças pelo incorreto funcionamento de seus componentes. Sabe-se que as tolerâncias de projeto delimitam essa variabilidade, então, se há uma faixa permitida de variabilidade como ela pode ser controlada? Este questionamento levou ao desenvolvimento deste trabalho, que objetiva correlacionar os parâmetros de processamento de velocidade de injeção e temperatura de processamento com propriedades físicas, mecânicas e morfológicas do Polipropileno (PP). O GD&T (Geometrical Dimensioning and Tolerancing) delimita a faixa de variação aceitável da geometria das peças e foi verificado por meio da variação de planeza e circularidade. Além disso, a variação de massa e de colorimetria, de densidade e grau de cristalinidade, a resistência ao impacto e dureza e o índice de fluidez do fundido balizaram este estudo. Resultados mostram que a variação da velocidade de injeção possui influência positiva na variação de planeza, circularidade e massa para temperaturas de processamento mais baixas, enquanto para temperaturas de processamento mais altas, ela tem influência negativa, aumentando os erros As velocidades de injeção não apresentaram mudanças significativas da densidade e do grau de cristalinidade, porém, quanto maior a temperatura de processamento, maior é a densidade e, consequentemente, maior é o grau de cristalinidade. A cor da peça é influenciada por ambos os parâmetros analisados e a resistência ao impacto é influenciada pela velocidade de injeção, enquanto a dureza possui influência direta do grau de cristalinidade e, consequentemente, da temperatura de processamento, que também possui influência significativa sobre o índice de fluidez. Assim, conhecendo a influência dos parâmetros de processamento na moldagem por injeção do PP, é possível combinar melhores propriedades físicas, mecânicas e reológicas, com menor custo e menores tempos de produção e de tomada de decisões. / The injection molding of thermoplastics is a very comprehensive process and aims to mass production parts. The production variability of this process can lead to undesirable industrial losses may impact on the prices of products or increase the disposal of parts by the malfunction of its components. The design tolerances delimit this variability, so if there is a permitted range of variability as it can be controlled? This question led to the development of this work aimed at correlating the injection speed processing parameters and processing temperature with physical, mechanical and morphological properties of Polypropylene (PP). The GD&T (Geometrical Dimensioning and Tolerancing) delimits the acceptable range of variation of the geometry of the parts and has been verified by the change in flatness and circularity, furthermore, the weight variation and colorimetry, density and degree of crystallinity, resistance to impact and hardness and melt flow index Results show that variation in the injection speed rate has a positive influence on the variation of flatness, circularity and mass to lower processing temperatures, while for higher processing temperatures it has negative influence increasing the errors. The injection speed rate had no significant changes of density and crystallinity, but the higher processing temperature increases the density and the degree of crystallinity too. The color of pieces is influenced by both the parameters analyzed and the impact resistance is affected by injection speed rate, while the hardness has a direct influence on the degree of crystallinity and hence the processing temperature, also has a significant influence on the melt flow index. Thus, knowing the influence of processing parameters in injection molding of PP is possible to combine the best physical, mechanical and rheological properties, with less cost and less time production and decision-making.

O objetivo deste trabalho foi o estudo da obtenção de ligas magneticamente macias de ferro-níquel, pelos processo de metalurgia do pó e moldagem de pós por injeção. No processo de Metalurgia do pó foi preparada uma liga Fe-Ni com teor de 50% em peso de níquel, a partir dos pós elementares de cada componente. Foi avaliado o efeito de parâmetros do processo (pressão de compactação e temperatura de sinterização) na resistividade e nas propriedades magnéticas dos corpos de prova compactados, além de análises dimensionais, de densidades obtidas e micrografias. Os resultados de resistividade obtidos mostraram-se abaixo dos valores indicados pela literatura, e houve muitas variações dimensionais. Quanto às propriedades magnéticas, a indução máxima e a permeabilidade máxima tiveram valores baixos, enquanto que a coercitividade e as perdas magnéticas apresentaram valores muito altos, se comparados à literatura. Na etapa de moldagem de pós por injeção foi preparada uma carga de injeção a partir de pós elementares de Fe e Ni (também na proporção 1:1, em peso) e um sistema de ligantes a base de parafina, cera de carnaúba e polietileno de baixa densidade. Foi avaliada basicamente a etapa de extração do ligante, que foi real izada de cinco maneiras distintas. Os valores de densidade das peças sinterizadas foram comparados com aqueles obtidos pela metalurgia do pó convencional. Os resultados mostraram que as densidades obtidas ficaram muito aquém do esperado e, com a carga preparada, apenas uma das rotas de extração utilizadas mostrou-se satisfatória. As principais conclusões obtidas neste trabalho mostram que na etapa de Metalurgia do Pó houve muita variação nos valores, evidenciando um processo de mistura e sinterização insatisfatórios, enquanto que na etapa de Moldagem de Pós por Injeção pode-se concluir que a carga preparada apresentou baixo teor de pó, dificultando portanto a etapa de extração dos ligantes e resultando em peças com baixa densidade. / The aim of this work was the study of iron-nickel soft magnetic alloys, obtained via powder metallurgy (P/M) and metal injection moulding (MIM) processes. In the P/M step, an Fe-Ni alloy with 50% wt% was prepared, from elemental powders of each component. The effect of process parameters, such as compaction pressure and sintering temperature, on resistivity and magnetic properties of the compacted samples were evaluated. Dimensional, densities and micrographical analysis were also performed. The resistivity values were below of those indicated by the literature, and there were large dimensional variation. Compared to the literature, maximum induction and permeability are low, and the coercitivity and magnetic losses are very high. In the MIM step, a base feedstock was prepared. The powders were Fe and Ni, in the same ratio used in the previous step. The binder system was composed basicaly by paraffin wax, carnauba wax and low density polyethilene. The debinding step was evaluated; it was carried out in five different ways. The sintered densities of the samples were compared with those obtained via conventional powder metallurgy. The results show that the densities are below those obtained in the P/M step, and only one of the debinding routes was suitable for the prepared feedstock. The main conclusions of this work show that in the P/M step there was large values variation, evidencing unsatisfactory mixture and sintering processes, while in the MIM step it can be concluded that the prepared feedstock had low powder content, making the debinding step hard to carry out, and resulting in low-density parts.

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.

Os avanços da moldagem de pós por injeção – MPI – associados às excelentes propriedades da liga NiTi abrem novas possibilidades em diferentes áreas da engenharia. A MPI é um processo de fabricação que facilita a elaboração de diversos componentes, podendo-se obter peças de geometrias complexas a um menor custo. O NiTi ou Nitinol® é uma liga que pertence ao grupo dos chamados materiais inteligentes, por ter propriedades como memória de forma e superelasticidade, além disso, essa liga é um material biotolerante por ter titânio na sua composição. O objetivo deste trabalho é estabelecer os parâmetros para a produção de Nitinol® pelo processo MPI visando à confecção de implantes de fixação óssea. Assim, com o objetivo de melhorar o desempenho do processo MPI, este estudo utiliza diferentes cargas injetáveis (feedstock), modificando quantidades de pó na carga injetável e também modificando cada um dos componentes do ligante (binder), de modo a determinar aquela que permite a melhor extração do polímero, corrigindo assim uma das principais fontes de contaminação. A extração química e térmica do ligante é uma etapa também estudada na pesquisa, nessa etapa é analisada a influência da morfologia dos pós na contaminação final das amostras, já que a quantidade de polímero restante após a extração do ligante reagirá diretamente com a matéria prima (Ni – Ti). São estabelecidos ciclos de temperatura para a sinterização da liga. / Advances in Powder Injection Molding (PIM), allied to the great properties of NiTi alloy, offer new possibilities on different areas of engineering. MIP is a process that makes the factory of many compounds easier, allowing to make pieces with complex geometry in minor cost. NiTi or Nitinol® is an alloy that belongs to the “smart materials”, because it has properties as shape memory and superelasticity. Besides, this alloy has good biotollerance because of the titanium. This research means to establish parameters to the production of Nitinol® by PIM process, for bone implants. Therefore, to improve the PIM process, this study applies different feedstock, changing amounts of powder of the injection and also changing each of the components of the binder, in order to determine which one allows the best extraction of the polymer correcting one of prime sources of contamination. Chemical and thermal extraction of the binder was also studied on this research, analyzing the influence of the morphology of the powder on the final contamination of the samples, since the polymer that was left after the binder extraction will react directly with the prime material (Ni-Ti). Temperature cycles are established to the sintering of the alloy.

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.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2008 / Bibliografia: f. 154-165 / No desenvolvimento de produtos injetados em plástico, utilizam-se modelos físicos (protótipos) que auxiliam tanto na parte criativa (modelos visuais) quanto em testes de condições reais de uso (modelos funcionais). Com a evolução dos métodos de prototipag / In the development of injected plastic products, it is used physical models (prototypes) that help in the creative part (visual models) and in tests of real conditions of use (functional models). With the evolution of the methods of the rapid prototyping

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2006 / Inclui bibliografia / Com o constante aumento da demanda por alta qualidade com menor preço as empresas têm sido compelidas a desenvolver produtos baratos e cada vez mais rapidamente, com menores prazos e chances de erro - efeitos diretos da globalização que se traduzem na par

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.

Os avanços da moldagem de pós por injeção – MPI – associados às excelentes propriedades da liga NiTi abrem novas possibilidades em diferentes áreas da engenharia. A MPI é um processo de fabricação que facilita a elaboração de diversos componentes, podendo-se obter peças de geometrias complexas a um menor custo. O NiTi ou Nitinol® é uma liga que pertence ao grupo dos chamados materiais inteligentes, por ter propriedades como memória de forma e superelasticidade, além disso, essa liga é um material biotolerante por ter titânio na sua composição. O objetivo deste trabalho é estabelecer os parâmetros para a produção de Nitinol® pelo processo MPI visando à confecção de implantes de fixação óssea. Assim, com o objetivo de melhorar o desempenho do processo MPI, este estudo utiliza diferentes cargas injetáveis (feedstock), modificando quantidades de pó na carga injetável e também modificando cada um dos componentes do ligante (binder), de modo a determinar aquela que permite a melhor extração do polímero, corrigindo assim uma das principais fontes de contaminação. A extração química e térmica do ligante é uma etapa também estudada na pesquisa, nessa etapa é analisada a influência da morfologia dos pós na contaminação final das amostras, já que a quantidade de polímero restante após a extração do ligante reagirá diretamente com a matéria prima (Ni – Ti). São estabelecidos ciclos de temperatura para a sinterização da liga. / Advances in Powder Injection Molding (PIM), allied to the great properties of NiTi alloy, offer new possibilities on different areas of engineering. MIP is a process that makes the factory of many compounds easier, allowing to make pieces with complex geometry in minor cost. NiTi or Nitinol® is an alloy that belongs to the “smart materials”, because it has properties as shape memory and superelasticity. Besides, this alloy has good biotollerance because of the titanium. This research means to establish parameters to the production of Nitinol® by PIM process, for bone implants. Therefore, to improve the PIM process, this study applies different feedstock, changing amounts of powder of the injection and also changing each of the components of the binder, in order to determine which one allows the best extraction of the polymer correcting one of prime sources of contamination. Chemical and thermal extraction of the binder was also studied on this research, analyzing the influence of the morphology of the powder on the final contamination of the samples, since the polymer that was left after the binder extraction will react directly with the prime material (Ni-Ti). Temperature cycles are established to the sintering of the alloy.