Experimentos industriais são realizados pelas empresas no intuito de melhorar as características de qualidade dos produtos e processos de fabricação. Nesse sentido, esta dissertação tem como objetivo estudar e aplicar as técnicas de planejamento e análise de experimentos na melhoria da qualidade industrial. Como parte do objetivo, desenvolve-se uma aplicação com as técnicas de planejamento fatorial fracionado '2POT. K-P', metodologia de superfície de resposta e análise de variância, em um processo de moldagem por injeção, utilizado por uma indústria que fabrica e comercializa componentes plásticos usados na construção civil. Com essa pesquisa experimental identificam-se os parâmetros mais importantes da injeção plástica: temperatura da máquina e pressão de injeção. Ao mesmo tempo, determinam-se os níveis ótimos de regulagem desses parâmetros. Assim, com esse estudo, avalia-se o procedimento de implantação das técnicas de experimentação e as dificuldades práticas encontradas, bem como busca-se contribuir na integração entre universidade e empresa. / Industrial experiments are made by companies in order to improve the quality characteristics of products and production processes. In this sense, the objective of this dissertation is to study and apply the design of experiments in the industrial quality improvement. In addition, as a part of the objective, an application of the techniques of design Fractional Factorial '2POT. K-P', Analysis of Variance and Response Surface Methodology is done. It is focused in an injection molding process applied by a company, that makes and trades plastic products for the civil construction. Using this experimental study, the most important parameters of plastic injection are identified: melt temperature and injection pressure. At the same time, the optimal levels of adjustment of these parameters are determined. From this study, it is evaluated both the implantation procedures of the designs of experiments as well as the difficulties faced. Also, this study tries to contribute to the university-company relationship.

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.

A moldagem de pós por injeção (MPI) foi empregada neste trabalho para a fabricação de micro componentes de uma pinça de biópsia, através do desenvolvimento de misturas injetáveis. Utilizou-se a liga de aço inoxidável AISI 316L, liga reconhecidamente biocompatível, para obtenção dos micro componentes. Determinando a quantidade de 39% em volume para fração orgânica das quatro formulações de misturas injetáveis produzidas neste trabalho. Os polímeros estruturais empregados foram o PP, o PEBDL, o PEAD e o PMMA. Como material auxiliar de fluxo foi utilizada a parafina e para agente surfactante, o ácido esteárico. O desenvolvimento do sistema de extração química do polímero auxiliar de fluxo com solvente e posterior extração térmica do ligante em forno convencional e em um reator a plasma foram testados, ainda se empregou estes para testes em sinterização a temperaturas 1200°C, 1250°C e 1300°C. A extração química foi realizada com hexano atingindo 2,41% em massa de material extraído das amostras, após seis horas em um sistema aquecido entre 60°C e 70°C e uma atmosfera de vácuo. As amostras foram testadas química, física, mecânica e eletroquimicamente. Obteve-se os melhores resultados em termos de densificação de 7,05 g/cm³ para as amostras extraídas a plasma e sinterizadas a 1300 °C à vácuo em forno tubular. Isso significa uma densificação de 88,96% comparada a densidade do material comercial cuja a densidade é 7,93 g/cm³. As microdurezas encontradas nas amostras sinterizadas a 1300 °C em um forno convencional obtiveram valores de 208HV se mostrando maiores do que os 165HV obtido de um material maciço fabricado pelo extrusão e comercialmente vendido. Encontrou-se a dureza de 55HRB nas amostras processadas a 1300 °C, devido a presença de poros em componentes sinterizados. Nos componentes maciços foram medidos a dureza de 88HRB que foi maior que os resultados das amostras sinterizadas. As análises metalográficas mostraram um tamanho de grão variando entre, 30 e 50μm, se comparado ao tamanho de partícula médio do D90 de foi de 8,59 μm, se estima que este aumento foi entorno de três vezes e meia. Os testes químicos revelaram que a extração térmica em reatores a plasma melhoram significativamente os níveis de C, N, H e S quando comparados ao processo de extração térmica em forno convencional. A redução dos níveis de carbono residual, resultaram em diminuição do carboneto de cromo nas amostras, provocando uma menor corrosão. As amostras sinterizadas a 1200 °C a plasma apresentaram os melhores resultados de corrosão. / The powders injection molding (PIM) was used in this research, with objective to manufacture micro component, for application in biopsy forceps being developed injectable mixtures . It was used the powder stainless steel AISI 316L alloy, material biocompatible, to obtain the micro components. Through tests was determining the amount optimal volume in 39 % for the organic fraction of the four formulations of injectable mixtures produced in this research. The structural polymers used were PP , LLDPE , HDPE and PMMA . The paraffin was used as auxiliary material flow, the surfactant agent employed that was stearic acid . The development of chemical debiding and the thermal extraction for binder system, was used the conventional furnace and in a plasma reactor were tested also be employed for these tests sintering temperature 1200 ° C , 1250 °C and 1300 °C. Chemical extraction was performed with hexane achieving 2.41 % by extracted mass of sample material, after six hours in a heated system between 60 °C and 70 °C and a vacuum atmosphere. The samples were tested analysis by chemical , physical , mechanical and electrochemical.If it obtained the best results in terms of densification of 7.05g/cm ³ for plasma samples extracted and sintering at 1300 °C in vacuum tube furnace . This means densification of 88.96 % compared to the density of commercial material whose density is 7.93 g/cm ³ . The microhardness found in the samples sintered at 1300°C in a conventional furnace obtained 208HV microhardness showing larger than the commercial 165HV. Found that the HRB hardness of 55 in the samples processed at 1300 °C, due to the presence of pores in sintered parts. In the extruded components were measured hardness of 88HRB which was higher than the results of the sintered samples. The metallographic analysis showing a grain size ranging between 30 and 50μm , compared to the average particle size D90 was 8,59 microns is estimated that this increase was around three and half times . The chemical tests revealed that the thermal plasma extraction reactor significantly improve the levels of C, N , H and S compared to the process heat extraction in a conventional furnace . The residual carbon levels significantly improved, which helps to avoid the formation of chromium carbides , which aumnetou corrosion resistance . The best results in terms of corrosion were found for the samples sintered at 1200 ° C the plasma.

O processo de moldagem por injeção de peças de paredes finas apresenta diferenças significativas em relação a processos convencionais de moldagem por injeção de termoplásticos. Processos de paredes finas são caracterizados pelo preenchimento de cavidades com espessuras inferiores a 1 mm utilizando velocidades de preenchimento elevadas. Estes dois fatores afetam o desenvolvimento de tensões induzidas pelo escoamento durante o preenchimento da cavidade, sendo que não foram encontrados na literatura estudos de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas. Neste trabalho são apresentados resultados de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas em comparação com resultados de simulação com cavidades características de processos convencionais. Para o cálculo das tensões induzidas pelo escoamento foi utilizado o modelo incompressível de Leonov. Para isso foi desenvolvida uma metodologia numérica para tratar problemas não isotérmicos utilizando o pacote CFD OpenFOAM. Foi utilizada a abordagem não acoplada, ou seja, o comportamento viscoelástico não é considerado na obtenção dos campos de velocidade, pressão e temperatura. Esta metodologia foi utilizada na simulação do preenchimento de cavidades bidimensionais. Os resultados indicaram que as tensões são influenciadas fortemente pela espessura da cavidade enquanto a velocidade de escoamento causou pequena variação das tensões induzidas pelo escoamento. Este trabalho mostrou que as tensões induzidas pelo escoamento não podem ser desconsideradas na produção de peças moldadas por injeção pelo processo de paredes finas. / Thin wall injection molding process of thermoplastics has significant differences compared to conventional injection molding process. Thin wall processes are characterized by cavities thinner than 1 mm and very high injection velocities. Although these two factors are expected to increase the flow induced stresses development during cavities filling, no previous study on this subject has been found in literature. In the present work, flow induced stresses under thin wall injection molding conditions are calculated using a viscoelastic model and compared to the results obtained under conventional injection conditions. In order to do this, a numerical methodology, based on the solver viscoelasticInterFoam, was developed in the OpenFOAM package to deal with the non-isothermal flow occurring during the mold filling stage. A non-coupled approach was used to calculate the stress field, i.e., the viscoelastic behavior was not considered in the determination of velocity, pressure and temperature fields. This methodology was used in the analysis of the filling stage of two-dimensional cavities. The results indicated that the cavity thickness has more influence on the flow induced stresses than the injection velocity. The obtained results also indicate that the flow induced stresses cannot be neglected in thin wall injection molding processes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCL.pdf: 10208729 bytes, checksum: c527b49760e4f73c81deddd8b9282627 (MD5) Previous issue date: 2004-08-12 / Universidade Federal de Minas Gerais / The influence of the injection molding parameters on the morphology and mechanical properties of poly(phenylene sulfide), PPS, and of a 80/20(%wt) blend of PPS/block copolymer styrene-ethylene-butylene-styrene ,SEBS, were evaluated. The injection molding conditions were defined through an experimental design. The lower and upper limits of each variable were set considering the material characteristics and the machine capacity. The software MOLDFLOW® was used to simulate the injection molding process, to define the cooling and holding times, to guarantee the part quality and to obtain the shear rate and bulk temperature profiles at the end of the filling step. For PPS, it was observed that the variables with highest influence on the gradient of crystallinity along the part thickness and on the mechanical properties were melt (Tinj) and mold (Tm) temperatures. For the PPS/SEBS blend, the flow rate (Q), mold temperature and holding pressure (Ph) were the variables with highest influence on the morphology. The aspect ratio of the SEBS particles, dispersed on the PPS matrix, was almost unaffected by the changes of the injection conditions; on the other hand, the mean particle size (caliper length along the major axis) and the value of the dispersion function represented qualitatively well the morphological variations observed for the blend. The artificial neural networks, built with experimental data and trained with the group cross validation method (GCV), predicted with good precision the morphology and the mechanical properties, starting from the injection molding processing conditions, as well as the mechanical properties starting from the morphological aspects. / A influência das variáveis de processamento da moldagem por injeção na morfologia e nas propriedades mecânicas foi avaliada para o poli(sulfeto de p-fenileno), PPS, e para a blenda de PPS com o copolímero em bloco de estireno-etileno-butileno-estireno, SEBS, na concentração em massa 80/20 (PPS/SEBS). A definição das condições de injeção foi feita através de planejamento de experimentos. Os limites inferiores e superiores de cada variável foram definidos levando em consideração as características do material e a capacidade da máquina injetora. O programa computacional MOLDFLOW® foi utilizado para a simulação do processo de injeção para a definição dos tempos de resfriamento e de empacotamento, para garantia da qualidade do moldado e para a obtenção dos perfis de taxa de cisalhamento e de temperatura da massa ao final da etapa de preenchimento. Foi verificado que, no caso do PPS, as variáveis de maior influência no gradiente de cristalinidade ao longo da espessura da peça e nas propriedades mecânicas foram as temperaturas da massa polimérica fundida (Tinj) e do molde (Tm). No caso da blenda PPS/SEBS, a velocidade de injeção ou vazão (Q), a temperatura do molde e a pressão de empacotamento (Ph) foram as variáveis de maior influência na morfologia. A razão de aspecto das partículas de SEBS, dispersas na matriz de PPS, praticamente não foi alterada com a variação das condições de injeção, ao contrário do tamanho médio de partícula e do valor da função dispersão, que pôde representar qualitativamente bem as alterações morfológicas observadas na blenda. As redes neurais construídas a partir dos dados experimentais e treinadas com o método de validação cruzada em grupo (VCG) puderam predizer com boa precisão a morfologia e as propriedades mecânicas do moldado a partir das condições de processamento, bem como as propriedades mecânicas a partir da morfologia. Palavras-chave: morfologia, cristalinidade, blenda, propriedades mecânicas, moldagem por injeção, A influência das variáveis de processamento da moldagem por injeção na morfologia e nas propriedades mecânicas foi avaliada para o poli(sulfeto de p-fenileno), PPS, e para a blenda de PPS com o copolímero em bloco de estireno-etileno-butileno-estireno, SEBS, na concentração em massa 80/20 (PPS/SEBS). A definição das condições de injeção foi feita através de planejamento de experimentos. Os limites inferiores e superiores de cada variável foram definidos levando em consideração as características do material e a capacidade da máquina injetora. O programa computacional MOLDFLOW® foi utilizado para a simulação do processo de injeção para a definição dos tempos de resfriamento e de empacotamento, para garantia da qualidade do moldado e para a obtenção dos perfis de taxa de cisalhamento e de temperatura da massa ao final da etapa de preenchimento. Foi verificado que, no caso do PPS, as variáveis de maior influência no gradiente de cristalinidade ao longo da espessura da peça e nas propriedades mecânicas foram as temperaturas da massa polimérica fundida (Tinj) e do molde (Tm). No caso da blenda PPS/SEBS, a velocidade de injeção ou vazão (Q), a temperatura do molde e a pressão de empacotamento (Ph) foram as variáveis de maior influência na morfologia. A razão de aspecto das partículas de SEBS, dispersas na matriz de PPS, praticamente não foi alterada com a variação das condições de injeção, ao contrário do tamanho médio de partícula e do valor da função dispersão, que pôde representar qualitativamente bem as alterações morfológicas observadas na blenda. As redes neurais construídas a partir dos dados experimentais e treinadas com o método de validação cruzada em grupo (VCG) puderam predizer com boa precisão a morfologia e as propriedades mecânicas do moldado a partir das condições de processamento, bem como as propriedades mecânicas a partir da morfologia.

O uso de moldes-protótipo é uma opção para a obtenção de protótipos funcionais de peças de plástico injetadas. Estes protótipos devem possuir características mecânicas e físicas as mais próximas possíveis das peças finais obtidas em moldes de produção. A fim de diminuir o custo e o tempo de fabricação destes moldes, materiais alternativos, tais como o alumínio e ligas de zinco, podem ser empregados. Os diferentes níveis de condutividade térmica desses materiais resultam em diferentes taxas de resfriamento do polímero, o que pode influenciar nas propriedades mecânicas do moldado. O objetivo geral deste trabalho é entender a influência do material do molde-protótipo (zamac-8) e também da variação da temperatura do molde (TMolde) e da temperatura do fundido (TFund) nas propriedades mecânicas do moldado em Polipropileno (PP). Pretende-se então averiguar se existem parâmetros de temperatura que possam permitir a obtenção de protótipos funcionais com características próximas as de peças injetadas em molde de aço. O efeito do material zamac-8, da TMolde e da TFund sobre as propriedades do moldado foi avaliado através da comparação com um moldado injetado em um molde em aço. As técnicas de caracterização das amostras incluíram os ensaios de tração, impacto e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os resultados mostraram que o molde- protótipo em zamac-8 possui influência significativa somente para a energia de impacto. Com a variação da TMolde e da TFund foram obtidos moldados com diferentes propriedades no molde-protótipo em zamac-8, confirmando a influência da variação destes fatores sobre o moldado. Desta forma, foi possível criar um modelo de regressão onde através da otimização dessas temperaturas é possível predizer um resultado. Assim, para este estudo, foi possível diminuir a influência do uso do zamac-8 sobre o moldado, sendo que a regressão mostrou-se uma ferramenta importante na busca de protótipos funcionais com propriedades mecânicas mais próximas do produto final. / The use of prototype tooling is an option to obtain functional prototype of injection molded plastic parts. These prototypes should have mechanical and physical characteristics as close as possible to the final parts obtained in production molds. In order to reduce manufacturing cost and time of these molds, alternative materials, such as aluminum and zinc alloys, can be employed. The difference in thermal conductivity of these materials results in a variation of the cooling rates, which can influence the mechanical properties of the moldings. The main objective of this work is to understand the influence of the prototype tooling material (zamak-8) and also the variation of mold temperature (TMold) and the melt temperature (TMelt) on the mechanical properties of Polypropylene (PP). The idea is then to verify if these temperature parameters may allow obtaining functional prototypes with similar characteristics to the PP injected in a steel mold. The influence of the zamak-8 material and the TMold and TMelt on the properties of the molding was studied by comparison with the molding injected in a steel mold. The characterization techniques used were tensile and impact tests and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed that the prototype tooling using zamak-8 has a significant influence only in the impact energy. By varying the TMold and TMelt, moldings injected in the prototype tooling with zamak-8 were obtained with different properties, confirming the influence of these parameters on the molding. In this way, a regression model was developed where, by optimizing these temperatures, it is possible to predict a result. Thus, in this study it was possible to reduce the influence of the zamak-8 on the molded, and regression was shown to be an important tool in the search for functional prototypes closer mechanical properties of the final product.

A razão da existência de um molde-protótipo é de se obter rapidamente um injetado com o mesmo material e utilizando o mesmo processo de fabricação do produto final, com baixo custo. Seus injetados podem servir como protótipos, lotes pilotos, pré-séries ou ainda cobrirem a necessidade de uma baixa demanda de produto ou de pequenos lotes. Critérios de manufaturabilidade e de qualidades mecânicas são importantes na fabricação do molde-protótipo. Entretanto, além destes critérios, este molde deve ser capaz de produzir um injetado com qualidade semelhante ao produto injetado em um molde convencional. Observa-se, no entanto, que são escassos os estudos referentes à utilização de material alternativo para molde-protótipo e a influência deste material no produto injetado. Desta forma, o objetivo principal deste estudo é caracterizar um molde-protótipo usinado em liga de zinco (zamac-8), através da análise das propriedades físicas (Microscopia Eletrônica de Varredura com Energia Dispersiva de Raio-X, MEV-EDS) e mecânicas (Ensaios de Tração e Flexão) do polipropileno (PP) injetado nesta ferramenta e compará-lo ao injetado em aço. Os resultados demonstram que o PP injetado em zamac-8 possui características similares ao moldado em aço, sem apresentar contaminação. Assim, este material pode ser recomendado para esta finalidade. / The reason for the existence of a prototype mold is to obtain a quickly injected with the same material and using the same manufacturing process of the final product with low cost. Their models can serves as prototypes, pilot batches, preseries or the need to cover a lower demand for products or small batches. Criteria for manufacturability and mechanical qualities are important in the manufacture of prototype mold, but these criteria are only valid if this mold is capable of producing injected with a similar quality to the product injected into a conventional mold. However, there are few studies concerning the use of alternative material for prototype mold and the influence of that material into the product injected. Thus, the main objective of this study is to characterize a prototype mold machined in zinc alloy (Zamak-8), by analyzing the physical properties and mechanical properties of the polypropylene (PP) injected into this tool and compare it injected into the steel. The results show that the PP injected into zamac-8 has characteristics similar to the injected in steel mold, without contamination. Thus, this material can be recommended for the purpose for injection mold.

O uso de moldes-protótipo é uma opção para a obtenção de protótipos funcionais de peças de plástico injetadas. Estes protótipos devem possuir características mecânicas e físicas as mais próximas possíveis das peças finais obtidas em moldes de produção. A fim de diminuir o custo e o tempo de fabricação destes moldes, materiais alternativos, tais como o alumínio e ligas de zinco, podem ser empregados. Os diferentes níveis de condutividade térmica desses materiais resultam em diferentes taxas de resfriamento do polímero, o que pode influenciar nas propriedades mecânicas do moldado. O objetivo geral deste trabalho é entender a influência do material do molde-protótipo (zamac-8) e também da variação da temperatura do molde (TMolde) e da temperatura do fundido (TFund) nas propriedades mecânicas do moldado em Polipropileno (PP). Pretende-se então averiguar se existem parâmetros de temperatura que possam permitir a obtenção de protótipos funcionais com características próximas as de peças injetadas em molde de aço. O efeito do material zamac-8, da TMolde e da TFund sobre as propriedades do moldado foi avaliado através da comparação com um moldado injetado em um molde em aço. As técnicas de caracterização das amostras incluíram os ensaios de tração, impacto e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os resultados mostraram que o molde- protótipo em zamac-8 possui influência significativa somente para a energia de impacto. Com a variação da TMolde e da TFund foram obtidos moldados com diferentes propriedades no molde-protótipo em zamac-8, confirmando a influência da variação destes fatores sobre o moldado. Desta forma, foi possível criar um modelo de regressão onde através da otimização dessas temperaturas é possível predizer um resultado. Assim, para este estudo, foi possível diminuir a influência do uso do zamac-8 sobre o moldado, sendo que a regressão mostrou-se uma ferramenta importante na busca de protótipos funcionais com propriedades mecânicas mais próximas do produto final. / The use of prototype tooling is an option to obtain functional prototype of injection molded plastic parts. These prototypes should have mechanical and physical characteristics as close as possible to the final parts obtained in production molds. In order to reduce manufacturing cost and time of these molds, alternative materials, such as aluminum and zinc alloys, can be employed. The difference in thermal conductivity of these materials results in a variation of the cooling rates, which can influence the mechanical properties of the moldings. The main objective of this work is to understand the influence of the prototype tooling material (zamak-8) and also the variation of mold temperature (TMold) and the melt temperature (TMelt) on the mechanical properties of Polypropylene (PP). The idea is then to verify if these temperature parameters may allow obtaining functional prototypes with similar characteristics to the PP injected in a steel mold. The influence of the zamak-8 material and the TMold and TMelt on the properties of the molding was studied by comparison with the molding injected in a steel mold. The characterization techniques used were tensile and impact tests and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed that the prototype tooling using zamak-8 has a significant influence only in the impact energy. By varying the TMold and TMelt, moldings injected in the prototype tooling with zamak-8 were obtained with different properties, confirming the influence of these parameters on the molding. In this way, a regression model was developed where, by optimizing these temperatures, it is possible to predict a result. Thus, in this study it was possible to reduce the influence of the zamak-8 on the molded, and regression was shown to be an important tool in the search for functional prototypes closer mechanical properties of the final product.

O processo de moldagem por injeção de peças de paredes finas apresenta diferenças significativas em relação a processos convencionais de moldagem por injeção de termoplásticos. Processos de paredes finas são caracterizados pelo preenchimento de cavidades com espessuras inferiores a 1 mm utilizando velocidades de preenchimento elevadas. Estes dois fatores afetam o desenvolvimento de tensões induzidas pelo escoamento durante o preenchimento da cavidade, sendo que não foram encontrados na literatura estudos de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas. Neste trabalho são apresentados resultados de determinação de tensões induzidas pelo escoamento em cavidades de paredes finas em comparação com resultados de simulação com cavidades características de processos convencionais. Para o cálculo das tensões induzidas pelo escoamento foi utilizado o modelo incompressível de Leonov. Para isso foi desenvolvida uma metodologia numérica para tratar problemas não isotérmicos utilizando o pacote CFD OpenFOAM. Foi utilizada a abordagem não acoplada, ou seja, o comportamento viscoelástico não é considerado na obtenção dos campos de velocidade, pressão e temperatura. Esta metodologia foi utilizada na simulação do preenchimento de cavidades bidimensionais. Os resultados indicaram que as tensões são influenciadas fortemente pela espessura da cavidade enquanto a velocidade de escoamento causou pequena variação das tensões induzidas pelo escoamento. Este trabalho mostrou que as tensões induzidas pelo escoamento não podem ser desconsideradas na produção de peças moldadas por injeção pelo processo de paredes finas. / Thin wall injection molding process of thermoplastics has significant differences compared to conventional injection molding process. Thin wall processes are characterized by cavities thinner than 1 mm and very high injection velocities. Although these two factors are expected to increase the flow induced stresses development during cavities filling, no previous study on this subject has been found in literature. In the present work, flow induced stresses under thin wall injection molding conditions are calculated using a viscoelastic model and compared to the results obtained under conventional injection conditions. In order to do this, a numerical methodology, based on the solver viscoelasticInterFoam, was developed in the OpenFOAM package to deal with the non-isothermal flow occurring during the mold filling stage. A non-coupled approach was used to calculate the stress field, i.e., the viscoelastic behavior was not considered in the determination of velocity, pressure and temperature fields. This methodology was used in the analysis of the filling stage of two-dimensional cavities. The results indicated that the cavity thickness has more influence on the flow induced stresses than the injection velocity. The obtained results also indicate that the flow induced stresses cannot be neglected in thin wall injection molding processes.

A moldagem de pós por injeção (MPI) foi empregada neste trabalho para a fabricação de micro componentes de uma pinça de biópsia, através do desenvolvimento de misturas injetáveis. Utilizou-se a liga de aço inoxidável AISI 316L, liga reconhecidamente biocompatível, para obtenção dos micro componentes. Determinando a quantidade de 39% em volume para fração orgânica das quatro formulações de misturas injetáveis produzidas neste trabalho. Os polímeros estruturais empregados foram o PP, o PEBDL, o PEAD e o PMMA. Como material auxiliar de fluxo foi utilizada a parafina e para agente surfactante, o ácido esteárico. O desenvolvimento do sistema de extração química do polímero auxiliar de fluxo com solvente e posterior extração térmica do ligante em forno convencional e em um reator a plasma foram testados, ainda se empregou estes para testes em sinterização a temperaturas 1200°C, 1250°C e 1300°C. A extração química foi realizada com hexano atingindo 2,41% em massa de material extraído das amostras, após seis horas em um sistema aquecido entre 60°C e 70°C e uma atmosfera de vácuo. As amostras foram testadas química, física, mecânica e eletroquimicamente. Obteve-se os melhores resultados em termos de densificação de 7,05 g/cm³ para as amostras extraídas a plasma e sinterizadas a 1300 °C à vácuo em forno tubular. Isso significa uma densificação de 88,96% comparada a densidade do material comercial cuja a densidade é 7,93 g/cm³. As microdurezas encontradas nas amostras sinterizadas a 1300 °C em um forno convencional obtiveram valores de 208HV se mostrando maiores do que os 165HV obtido de um material maciço fabricado pelo extrusão e comercialmente vendido. Encontrou-se a dureza de 55HRB nas amostras processadas a 1300 °C, devido a presença de poros em componentes sinterizados. Nos componentes maciços foram medidos a dureza de 88HRB que foi maior que os resultados das amostras sinterizadas. As análises metalográficas mostraram um tamanho de grão variando entre, 30 e 50μm, se comparado ao tamanho de partícula médio do D90 de foi de 8,59 μm, se estima que este aumento foi entorno de três vezes e meia. Os testes químicos revelaram que a extração térmica em reatores a plasma melhoram significativamente os níveis de C, N, H e S quando comparados ao processo de extração térmica em forno convencional. A redução dos níveis de carbono residual, resultaram em diminuição do carboneto de cromo nas amostras, provocando uma menor corrosão. As amostras sinterizadas a 1200 °C a plasma apresentaram os melhores resultados de corrosão. / The powders injection molding (PIM) was used in this research, with objective to manufacture micro component, for application in biopsy forceps being developed injectable mixtures . It was used the powder stainless steel AISI 316L alloy, material biocompatible, to obtain the micro components. Through tests was determining the amount optimal volume in 39 % for the organic fraction of the four formulations of injectable mixtures produced in this research. The structural polymers used were PP , LLDPE , HDPE and PMMA . The paraffin was used as auxiliary material flow, the surfactant agent employed that was stearic acid . The development of chemical debiding and the thermal extraction for binder system, was used the conventional furnace and in a plasma reactor were tested also be employed for these tests sintering temperature 1200 ° C , 1250 °C and 1300 °C. Chemical extraction was performed with hexane achieving 2.41 % by extracted mass of sample material, after six hours in a heated system between 60 °C and 70 °C and a vacuum atmosphere. The samples were tested analysis by chemical , physical , mechanical and electrochemical.If it obtained the best results in terms of densification of 7.05g/cm ³ for plasma samples extracted and sintering at 1300 °C in vacuum tube furnace . This means densification of 88.96 % compared to the density of commercial material whose density is 7.93 g/cm ³ . The microhardness found in the samples sintered at 1300°C in a conventional furnace obtained 208HV microhardness showing larger than the commercial 165HV. Found that the HRB hardness of 55 in the samples processed at 1300 °C, due to the presence of pores in sintered parts. In the extruded components were measured hardness of 88HRB which was higher than the results of the sintered samples. The metallographic analysis showing a grain size ranging between 30 and 50μm , compared to the average particle size D90 was 8,59 microns is estimated that this increase was around three and half times . The chemical tests revealed that the thermal plasma extraction reactor significantly improve the levels of C, N , H and S compared to the process heat extraction in a conventional furnace . The residual carbon levels significantly improved, which helps to avoid the formation of chromium carbides , which aumnetou corrosion resistance . The best results in terms of corrosion were found for the samples sintered at 1200 ° C the plasma.