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.

Neste trabalho foi desenvolvido o projeto e fabricação de quatro componentes de uma pinça de biópsia (concha, garfo, oito e haste), através da micromoldagem de pós metálicos por injeção. A matéria prima utilizada neste trabalho é conhecida comercialmente como CATAMOLD® 316L A. Corpos de prova foram obtidos através da injeção em uma injetora de baixa pressão para determinação da quantidade de pó de aço inoxidável 316L e sistema aglutinante contida na matéria prima. Ensaios de injetabilidade foram realizados para análise do comportamento da matéria prima no processo de injeção. Foram avaliados os parâmetros de injeção (temperatura de injeção, temperatura do molde e velocidade de injeção) e as variáveis de saída (pressão de injeção, massa, segregação entre pó e sistema aglutinante e densidade). A influência dos parâmetros de injeção sobre as variáveis de injeção foi analisada através do delineamento estatístico via Redes Neurais Artificiais (RNA), com a utilização do programa Statgraphics® Centurion XV. Os corpos de prova obtidos na injetora de baixa pressão apresentaram alta quantidade de pó de aço inoxidável (92,2% em massa). Devido a esta alta concentração de pó, os ensaios de injetabilidade realizados na injetora de alta pressão apresentaram valores elevados para as pressões de injeção, variando de 1641 a 2115 bars para que houvesse o preenchimento total das cavidades. O molde microusinado para os componentes da pinça se mostrou eficiente na fabricação dos componentes, porém apresentou dificuldades na extração das peças. Mesmo com a obtenção de todos os componentes a montagem da pinça não foi realizada, visto que as furações de montagem foram retiradas no projeto, consequentemente não foram usinados. Depois de microinjetados, os componentes da pinça foram sinterizados e apresentaram variação dimensional de 0,01 a 0,29 mm em relação às dimensões de projeto e variação na contração de 7,05 a 13,33%, diferentes dos 14,30% citados no catálogo do CATAMOLD® 316L A. / In this work the design and manufacture of four components of the biopsy forceps (ladle, fork, eight and rod), by metal powder injection molding was developed. The feedstock used in this work is known commercially as CATAMOLD® 316L A. Specimens were obtained by injection into a low-pressure injection molding machine for determining the amount of 316L stainless steel powder and binder system contained in the feedstock. Mouldability tests were performed to analyze the behavior of the feedstock in the injection process. The injection parameters (injection temperature, mold temperature and injection speed) and output variables (injection pressure, mass segregation between powder and binder system and density) were evaluated. The influence of injection parameters on the variables of injection was analyzed using the statistical design via Artificial Neural Networks (ANN), using the software Statgraphics® Centurion XV. The specimens obtained at low pressure injection showed high amount of stainless steel powder (92.2 wt%). Due to this high concentration of power, mouldability tests were performed in high-pressure injection showed high values for injection pressures ranging from 1641 to 2115 bars so that there was the complete filling of cavities. The micromachined mold for the components of the forceps proved efficient in the manufacture of components, but presented difficulties in the extraction of parts. Even with the obtaining of the all the components the biopsy forceps was not assembled, since the mounting holes were taken in the project, and therefore were not machined. After injected , the components of the forceps were sintered and showed dimensional variation from 0.01 to 0.29 mm in relation to project dimensions and variation in contraction from 7.05 to 13.33% , different from those 14.30% cited in the catalog of CATAMOLD® 316L A

O processo tradicional de fabricação de ímãs de terras raras – TR – é a metalurgia do pó convencional. Este processo inclui etapas de preparação da liga, moagem, compactação sob campo e sinterização. Atualmente, ímãs obtidos pelo processo de injeção tem como resultado os ímãs conhecidos como bonded, que são compósitos de resina e ligas magnéticas. O processo de obtenção proposto neste trabalho é a moldagem de pós por injeção – MPI, o que implica novos desafios uma vez que ligas de terras raras são altamente reativas. A obtenção de ímãs de Nd-Fe-B por esse processo fornece a oportunidade de diversificar ainda mais os setores, potencialmente lucrativos, que trabalham com materiais magnéticos. As dificuldades desse processo foram encontradas em cada etapa, desde a mistura da liga com os polímeros à eliminação destes polímeros depois de as peças serem injetadas, essa etapa se tornou crítica dado que está diretamente relacionada às propriedades finais do material. Assim, propuseram-se novos ciclos de extração dos polímeros com solventes orgânicos e degradação térmica. Além disso, modelou-se ferramental para o processo de injeção, uma vez que o material deve ser orientado magneticamente durante a injeção. Finalmente usou-se o MAXWELL 14® (software para análises por elementos finitos para resolução em 3D) para incluir propriedades no banco de dados do software e assim predizer o comportamento do material quando aplicado nas máquinas elétricas de núcleos com de formato complexo. / The typical magnets production process of Rare Earths – RE is the conventional powder metallurgy. This process includes preparation stages of alloys, grind, pressing under field and sintering. Nowadays, magnet obtained by the injection process has as result the magnets known as bonded, that is a resin composite and magnetic alloys. The proposed process to obtainment, in this work, is the Metal Injection Molding- MIM, what involve new challenges once alloys of RE are highly reactive. The magnets obtainment of ND-Fe-B for this process supplies even opportunity of diversifying the sectors, potentially lucrative, that work with magnetic materials. The difficulties of this process were found in each stage, since the alloy mixture with the polymers to the elimination of these polymers after the pieces are injected, this stage became criticizes given it is directly related to final properties of the material. This way if it propose to polymers extraction new cycles with organic solvents and thermal degradation. Moreover, it modeled die for the injection process, once the material should be guided magnetically during the injection. It finally used MAXWELL 14 ® (Software for analyses by finite elements for resolution in 3D) to include properties on the bench of data of the software and thus predict the material behavior when applied in cores of electrical machines with complex shape.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Retido.pdf: 19733 bytes, checksum: 6aad255badc436a06364517de2344ab6 (MD5) Previous issue date: 2003-07-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / The presence of weld lines in injection moulded reinforced thermoplastics contributes towards substantial reduction in mechanical properties, due to unfavourable orientation of the reinforcement in the weak plane of the weldline. However, published literature presents controversial data on the influence of glass fiber and lamellar talc on the weldline strength. Therefore, tensile mechanical properties of injection moulded polypropylene copolymer (PPcopol) composites with short glass fiber and three different grades of talc (medium, fine and ultrafine size) were investigated in presence and absence of weldline. PPcopol composites with 10, 20, 30 and 40 wt. % of filler were compounded in a co-rotating twin-screw extruder and tensile test specimens were injection moulded without and with butt weldlines. The DSC measured increase in the degree of percentage crystallinity of the thermoplastic matrix with talc content, contributed to a slight increase in tensile strength of talc-filled composites only in mouldings without weldlines. The tensile properties of mouldings with weldline were superior in talc-filled composites than in glass fiber (GF) reinforced composites, indicating clearly the pronounced debilitating effect of higher GF aspect ratio in comparison to the lower aspect ratio of talc lamellae. The depreciation in tensile modulus and strength of the moulded composites with weldline increases with filler volume fraction and is greater in glass fiberreinforced composites than in talc-filled composites. The particle size differences of the three grades of talc used in this work had minor influence on the weldline tensile properties, probably due to the nearly similar values of aspect ratio of lamellae of these talcs. These results on weldline tensile properties of PP composites were corroborated with scanning electron microscopy analysis of the preferential fiber/talc orientation patterns in the weldline region of moulded tensile specimen with and without weldline. / A presença de linhas de solda em moldados por injeção de termoplásticos reforçados contribui para intensa redução nas propriedades mecânicas, devido a orientação desfavorável do reforço no plano fraco da linha de solda. Entretanto, existe na literatura divulgada uma controvérsia sobre o efeito debilitante da fibra de vidro em relação a carga lamelar de talco na resistência à tração da linha de solda. Portanto, as propriedades mecânicas de tração em moldados por injeção de copolímero de propileno (PPcopol) reforçado com fibra de vidro curta e três talcos de granulometrias diferenciadas (media, fina e ultrafina) foram investigados na presença e ausência de linha de solda. Compósitos de PPcopol com 10, 20, 30 e 40% em peso de reforço foram preparados numa extrusora dupla-rosca corrotacional ZSK-30 e corpos de prova para ensaios de tração foram moldados por injeção sem e com linha de solda de encontro frontal (butt weld). O aumento no grau de cristalinidade da matriz termoplástica, medido por DSC em função da concentração do talco, teve influência perceptível apenas nas propriedades mecânicas dos compósitos moldados por injeção sem linha de solda. As propriedades mecânicas de tração dos moldados com linha de solda apresentaram valores absolutos superiores nos compósitos com talcos fino e ultrafino em relação aos de fibra de vidro (FV), demonstrando a influência da maior razão de aspecto do reforço fibroso em relação ao lamelar. A depreciação no módulo e resistência mecânica dos compósitos moldados com linha de solda aumenta com a fração volumétrica do reforço e é maior para os compósitos com FV do que com talco. A granulometria variada dos três tipos de talco teve influência menor nas propriedades mecânicas dos compósitos com linha de solda, provavelmente devido a pequena variação na razão de aspecto dos talcos utilizados.

Neste trabalho foi estudado o processo de moldagem por injeção em baixa pressão (LPIM do inglês: low-pressure injection molding) de pós cerâmicos submicrométricos para a produção de molas cerâmicas. O trabalho compreende a confecção de moldes e pequenas injetoras de laboratório, extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a sinterização das peças e alguns ensaios preliminares para avaliar as propriedades mecânicas de molas cerâmicas. A LPIM apresenta muitas vantagens na produção de peças cerâmicas complexas, quando comparada à moldagem por injeção tradicional. Entretanto LPIM apresenta alguns problemas na remoção da mistura de ligantes que são maiores quando se confecciona peças cerâmicas preparadas com pós submicrométricos. Mas, por outro lado, a utilização destes pós permite a obtenção de corpos sinterizados com alta densidade e excelentes propriedades mecânicas. Os pós cerâmicos utilizados foram a alumina (Al2O3) e a zircônia (ZrO2), e o ligante principal utilizado foi a parafina. Moldes tubulares e moldes usinados multipartidos foram desenvolvidos para moldagem por injeção de molas de alumina e uma pequena injetora foi construída para injetar peças de zircônia. Os moldes tubulares mostraram-se pouco adequados. Por outro lado, a utilização do molde de latão multipartido, revestido com PTFE (politetrafluoretileno), melhorou o processo de fabricação de molas cerâmicas, possibilitando a confecção de quantidades maiores e com boa reprodutibilidade. No processo de sinterização das molas cerâmicas as distorções foram evitadas utilizando cilindros cerâmicos como suporte das molas. As molas de alumina e zircônia tiveram suas densidades e durezas medidas e estão de acordo com a literatura. Finalmente, foram feitos alguns ensaios preliminares de compressão com molas cerâmicas de alumina e zircônia para avaliar sua constante de mola e a carga máxima suportada antes da quebra. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-15T16:08:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raquel Andreola.pdf: 15781483 bytes, checksum: 33fd01d3cfc733b522788fea2e290b5a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-15T16:08:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Raquel Andreola.pdf: 15781483 bytes, checksum: 33fd01d3cfc733b522788fea2e290b5a (MD5) / In this work the low-pressure injection molding (LPIM) of submicrometer-sized ceramic powders was studied aiming to produce ceramic springs. The work comprised the production of molds and laboratory equipment for injection molding, the debinding of the organic vehicle used in the molding, the sintering of ceramic parts, and some preliminary experiments to evaluate the mechanical properties of the ceramics springs. The LPIM presents many advantages for complex ceramic parts production, in comparison with traditional high-pressure injection molding. However, LPIM has some difficulties associated to the debinding step, that are even greater for ceramic parts made with submicrometer-sized powders. But, on the other hand, the use of submicrometer-sized powders allows the production of sintered bodies with high density and better mechanical properties. The submicrometer-sized ceramic powders used in this work were alumina (Al2O3) and zirconia (ZrO2), and the main binder was the paraffin. Tubular molds and a multipart machined mold were developed for injection molding of alumina springs, and a little injection machine was build for injection molding of zirconia parts. The tubular molds had a limited performance. On the other hand, the multipart brass mold, coated with PTFE (polytetrafluorethylene), improved the ceramics spring molding process, making it possible to produce ceramic springs in greater quantities with good reproducibility. In the sintering process of the ceramic springs, major distortions of the parts were avoided using ceramic beams to support the springs. The alumina and zirconia ceramic springs had their measured density and hardness in good agreement with literature. Finally, some preliminary compression tests were performed with alumina and zirconia ceramic springs in order to evaluate their spring constant and maximum load before failure.

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.

Neste trabalho foi desenvolvido o projeto e fabricação de quatro componentes de uma pinça de biópsia (concha, garfo, oito e haste), através da micromoldagem de pós metálicos por injeção. A matéria prima utilizada neste trabalho é conhecida comercialmente como CATAMOLD® 316L A. Corpos de prova foram obtidos através da injeção em uma injetora de baixa pressão para determinação da quantidade de pó de aço inoxidável 316L e sistema aglutinante contida na matéria prima. Ensaios de injetabilidade foram realizados para análise do comportamento da matéria prima no processo de injeção. Foram avaliados os parâmetros de injeção (temperatura de injeção, temperatura do molde e velocidade de injeção) e as variáveis de saída (pressão de injeção, massa, segregação entre pó e sistema aglutinante e densidade). A influência dos parâmetros de injeção sobre as variáveis de injeção foi analisada através do delineamento estatístico via Redes Neurais Artificiais (RNA), com a utilização do programa Statgraphics® Centurion XV. Os corpos de prova obtidos na injetora de baixa pressão apresentaram alta quantidade de pó de aço inoxidável (92,2% em massa). Devido a esta alta concentração de pó, os ensaios de injetabilidade realizados na injetora de alta pressão apresentaram valores elevados para as pressões de injeção, variando de 1641 a 2115 bars para que houvesse o preenchimento total das cavidades. O molde microusinado para os componentes da pinça se mostrou eficiente na fabricação dos componentes, porém apresentou dificuldades na extração das peças. Mesmo com a obtenção de todos os componentes a montagem da pinça não foi realizada, visto que as furações de montagem foram retiradas no projeto, consequentemente não foram usinados. Depois de microinjetados, os componentes da pinça foram sinterizados e apresentaram variação dimensional de 0,01 a 0,29 mm em relação às dimensões de projeto e variação na contração de 7,05 a 13,33%, diferentes dos 14,30% citados no catálogo do CATAMOLD® 316L A. / In this work the design and manufacture of four components of the biopsy forceps (ladle, fork, eight and rod), by metal powder injection molding was developed. The feedstock used in this work is known commercially as CATAMOLD® 316L A. Specimens were obtained by injection into a low-pressure injection molding machine for determining the amount of 316L stainless steel powder and binder system contained in the feedstock. Mouldability tests were performed to analyze the behavior of the feedstock in the injection process. The injection parameters (injection temperature, mold temperature and injection speed) and output variables (injection pressure, mass segregation between powder and binder system and density) were evaluated. The influence of injection parameters on the variables of injection was analyzed using the statistical design via Artificial Neural Networks (ANN), using the software Statgraphics® Centurion XV. The specimens obtained at low pressure injection showed high amount of stainless steel powder (92.2 wt%). Due to this high concentration of power, mouldability tests were performed in high-pressure injection showed high values for injection pressures ranging from 1641 to 2115 bars so that there was the complete filling of cavities. The micromachined mold for the components of the forceps proved efficient in the manufacture of components, but presented difficulties in the extraction of parts. Even with the obtaining of the all the components the biopsy forceps was not assembled, since the mounting holes were taken in the project, and therefore were not machined. After injected , the components of the forceps were sintered and showed dimensional variation from 0.01 to 0.29 mm in relation to project dimensions and variation in contraction from 7.05 to 13.33% , different from those 14.30% cited in the catalog of CATAMOLD® 316L A

O processo tradicional de fabricação de ímãs de terras raras – TR – é a metalurgia do pó convencional. Este processo inclui etapas de preparação da liga, moagem, compactação sob campo e sinterização. Atualmente, ímãs obtidos pelo processo de injeção tem como resultado os ímãs conhecidos como bonded, que são compósitos de resina e ligas magnéticas. O processo de obtenção proposto neste trabalho é a moldagem de pós por injeção – MPI, o que implica novos desafios uma vez que ligas de terras raras são altamente reativas. A obtenção de ímãs de Nd-Fe-B por esse processo fornece a oportunidade de diversificar ainda mais os setores, potencialmente lucrativos, que trabalham com materiais magnéticos. As dificuldades desse processo foram encontradas em cada etapa, desde a mistura da liga com os polímeros à eliminação destes polímeros depois de as peças serem injetadas, essa etapa se tornou crítica dado que está diretamente relacionada às propriedades finais do material. Assim, propuseram-se novos ciclos de extração dos polímeros com solventes orgânicos e degradação térmica. Além disso, modelou-se ferramental para o processo de injeção, uma vez que o material deve ser orientado magneticamente durante a injeção. Finalmente usou-se o MAXWELL 14® (software para análises por elementos finitos para resolução em 3D) para incluir propriedades no banco de dados do software e assim predizer o comportamento do material quando aplicado nas máquinas elétricas de núcleos com de formato complexo. / The typical magnets production process of Rare Earths – RE is the conventional powder metallurgy. This process includes preparation stages of alloys, grind, pressing under field and sintering. Nowadays, magnet obtained by the injection process has as result the magnets known as bonded, that is a resin composite and magnetic alloys. The proposed process to obtainment, in this work, is the Metal Injection Molding- MIM, what involve new challenges once alloys of RE are highly reactive. The magnets obtainment of ND-Fe-B for this process supplies even opportunity of diversifying the sectors, potentially lucrative, that work with magnetic materials. The difficulties of this process were found in each stage, since the alloy mixture with the polymers to the elimination of these polymers after the pieces are injected, this stage became criticizes given it is directly related to final properties of the material. This way if it propose to polymers extraction new cycles with organic solvents and thermal degradation. Moreover, it modeled die for the injection process, once the material should be guided magnetically during the injection. It finally used MAXWELL 14 ® (Software for analyses by finite elements for resolution in 3D) to include properties on the bench of data of the software and thus predict the material behavior when applied in cores of electrical machines with complex shape.

Neste trabalho foi estudado o processo de moldagem por injeção em baixa pressão (LPIM do inglês: low-pressure injection molding) de pós cerâmicos submicrométricos para a produção de molas cerâmicas. O trabalho compreende a confecção de moldes e pequenas injetoras de laboratório, extração dos ligantes orgânicos utilizados durante a moldagem, a sinterização das peças e alguns ensaios preliminares para avaliar as propriedades mecânicas de molas cerâmicas. A LPIM apresenta muitas vantagens na produção de peças cerâmicas complexas, quando comparada à moldagem por injeção tradicional. Entretanto LPIM apresenta alguns problemas na remoção da mistura de ligantes que são maiores quando se confecciona peças cerâmicas preparadas com pós submicrométricos. Mas, por outro lado, a utilização destes pós permite a obtenção de corpos sinterizados com alta densidade e excelentes propriedades mecânicas. Os pós cerâmicos utilizados foram a alumina (Al2O3) e a zircônia (ZrO2), e o ligante principal utilizado foi a parafina. Moldes tubulares e moldes usinados multipartidos foram desenvolvidos para moldagem por injeção de molas de alumina e uma pequena injetora foi construída para injetar peças de zircônia. Os moldes tubulares mostraram-se pouco adequados. Por outro lado, a utilização do molde de latão multipartido, revestido com PTFE (politetrafluoretileno), melhorou o processo de fabricação de molas cerâmicas, possibilitando a confecção de quantidades maiores e com boa reprodutibilidade. No processo de sinterização das molas cerâmicas as distorções foram evitadas utilizando cilindros cerâmicos como suporte das molas. As molas de alumina e zircônia tiveram suas densidades e durezas medidas e estão de acordo com a literatura. Finalmente, foram feitos alguns ensaios preliminares de compressão com molas cerâmicas de alumina e zircônia para avaliar sua constante de mola e a carga máxima suportada antes da quebra. / In this work the low-pressure injection molding (LPIM) of submicrometer-sized ceramic powders was studied aiming to produce ceramic springs. The work comprised the production of molds and laboratory equipment for injection molding, the debinding of the organic vehicle used in the molding, the sintering of ceramic parts, and some preliminary experiments to evaluate the mechanical properties of the ceramics springs. The LPIM presents many advantages for complex ceramic parts production, in comparison with traditional high-pressure injection molding. However, LPIM has some difficulties associated to the debinding step, that are even greater for ceramic parts made with submicrometer-sized powders. But, on the other hand, the use of submicrometer-sized powders allows the production of sintered bodies with high density and better mechanical properties. The submicrometer-sized ceramic powders used in this work were alumina (Al2O3) and zirconia (ZrO2), and the main binder was the paraffin. Tubular molds and a multipart machined mold were developed for injection molding of alumina springs, and a little injection machine was build for injection molding of zirconia parts. The tubular molds had a limited performance. On the other hand, the multipart brass mold, coated with PTFE (polytetrafluorethylene), improved the ceramics spring molding process, making it possible to produce ceramic springs in greater quantities with good reproducibility. In the sintering process of the ceramic springs, major distortions of the parts were avoided using ceramic beams to support the springs. The alumina and zirconia ceramic springs had their measured density and hardness in good agreement with literature. Finally, some preliminary compression tests were performed with alumina and zirconia ceramic springs in order to evaluate their spring constant and maximum load before failure.

Moldagem por injeção é um dos mais importantes processos industriais para produção de produtos plásticos finos. Esse processo é dividido essencialmente em quatro estágios: plastificação, preenchimento, empacotamento e resfriamento. O escoamento de um fluido caracterizado por alta viscosidade em uma cavidade estreita é um problema tipicamente encontrado em processos de moldagem por injeção.Neste caso, o escoamento pode ser descrito por uma formulação conhecida como aproximação de Hele-Shaw. Tal formulação pode ser derivada das equações de conservação tridimensionais usando um número de suposições a respeito do polímero injetado e da geometria da cavidade do molde, juntamente com a integração e o acoplamento das equações da conservação da quantidade de movimento e da continuidade. Essa formulação, referindo às limitações da geometria do molde como sendo canais estreitos e quase sem curvatura, é comumente denominada formulação 2 1/2D. Neste trabalho, é apresentada uma técnica para a simulação da fase de preenchimento de um processo de moldagem por injeção, usando essa formulação 2 1/2D, com um método de volumes finitos e malhas não estruturadas. O modelo de Cross modificado com dependência da temperatura de Arrhenius é empregado para descrever a viscosidade do polímero fundido. O campo de distribuição de temperatura é tridimensional e é resolvido usando um esquema semi-Lagrangeano baseado em volumes finitos. As malhas não estruturadas utilizadas são geradas por triangulação de Delaunay e o método numérico implementado usa a estrutura de dados topológica SHE - Singular Handle Edge, que é capaz de lidar com condições de contorno e singularidades, aspectos comumente encontrados em simulações numéricas de escoamento de fluidos. / Injection molding is one of the most important industrial processes for the manufacturing of thin plastic products. This process can be divided into four stages: plastic melting, filling, packing and cooling phases. The flow of a fluid characterized by high viscosity in a narrow gap is a problem typically found in injection molding processes. In this case, the flow can be described by a formulation known as Hele-Shaw approach. Such formulation can be btained from the three-dimensional conservation equation using a number of assumptions regarding the injected polymer and the geometry of the mold, together with the integration and the coupling of the momentum and continuity equations. This approach, referring to limitations of the mould geometry to narrow, weakly curved channels, is usually called 2 1/2D approach. In this work a technique for the simulation of the filling stage of the injection molding process, using this 2 1/2D approach, with a finite volume method and unstructured meshes, is presented. The modified-Cross model with Arrhenius temperature dependence is employed to describe the viscosity of the melt. The temperature field is 3D and it is solved using a semi-Lagrangian scheme based on the finite volume method. The employed unstructured meshes are generated by Delaunay triangulation and the implemented numerical method uses the topological data structure SHE - Singular Handle Edge, capable to deal with boundary conditions and singularities, aspects commonly found in numerical simulation of fluid flow.