O presente trabalho trata da manufatura direta de implantes de hidroxiapatita mediante a técnica de prototipagem rápida. A hidroxiapatita proveniente de estrutura óssea mineral bovina possui grande importância dentre os biomateriais devido a sua biocompatibilidade e grande similaridade com a estrutura óssea humana. A prototipagem rápida permite a obtenção de modelos com dimensões e formato miméticos ao do defeito ósseo do paciente e possibilita a obtenção de implantes com porosidade desejada e geometria complexas. Este trabalho tem como objetivo o estudo da obtenção de implantes por três diferentes técnicas de prototipagem rápida: usinagem a verde, 3DPrint e uma inovadora técnica de prototipagem rápida obtida pela polimerização da resina acrílica (fase líquida da barbotina) por luz ultravioleta presente em uma faixa da banda do espectro de luz emitido pelo laser azul (SLB). A diminuta pressão de conformação, típicas das técnicas de prototipagem rápida aditiva, exige pós altamente reativos para efetiva sinterização, dessa forma a hidroxiapatita obtida a partir do fêmur bovino foi calcinada e moída em moinhos de bolas e vibratório na busca de pós submicrométricos. A usinagem a verde de compactados foi considerada como padrão ouro da manufatura e foi aplicada para obtenção de corpos de prova cilíndricos, previamente conformados por prensagem isostática a 100 e 200 MPa e ensaiados por densificação, flexão, dureza e tenacidade à fratura. Introdução de partículas de alumina e whiskers de alumina foram ensaiados na busca de otimização das propriedades mecânicas. Para prototipagem rápida pelo método de SLB, misturas de hidroxiapatita e resina foram submetidas à emissão do laser azul com percurso direcionado em equipamento CNC, onde peças tridimensionais foram prototipadas e sinterizadas. A hidroxiapatita proveniente do osso bovino apresentou características de íons substitucionais de carbonato e após moagens em moinho de bolas seguido de vibratório foi obtida partículas de diâmetro médio equivalente de 0,35 µm que se mostraram reativas para promoção da sinterização. A sinterização a 1300 ºC-2h forneceu as melhores características cristalográfica e de propriedades mecânicas, resultando em corpos referências com hidroxiapatita sem decomposição em outros fosfatos de cálcio com 99,8 % da densidade, resistência mecânica à flexão de 100 MPa, dureza de 483 HV e tenacidade à fratura de 0,6 MPa.m1/2. A introdução de 1 vol% de alumina e whiskers de alumina elevaram a resistência mecânica do corpo para aproximadamente 140 MPa com tenacidade de 0,61 MPa.m1/2. Para a técnica 3DPrint aglomerados esféricos da composição cerâmica deve ter dimensões entre as malhas de 200 e 400 mesh (75 a 38 µm) e o binder deve ter resistividade superior à 290 kΩ, componentes reativos, emolientes, lubrificantes e estabilizantes. Na manufatura pela técnica SLB a incidência do laser com fluência de 170 mW.s/mm2 promoveu a cura da resina no diâmetro de 0,5 mm e profundidade próxima a 0,5 mm o que, permitiu a prototipagem de scaffolds com camadas de espessura de 0,5 mm resistente ao manuseio para remoção da barbotina não curada. / The study deals with the direct manufacturing of hydroxyapatite implants using rapid prototyping. Hydroxyapatite structure originated from bovine mineral bone has great importance among the biomaterials and biocompatibility due to its great similarity with the human bone structure. Rapid prototyping allows obtaining models with dimensions and shaping mimetics to the patient\'s bone defect and enables the achievement of implants with complex geometry and porosity desired. This study aims to obtain scaffolds for three rapid prototyping techniques: the green machining, 3DPrint and an innovative rapid prototyping technique, obtained by polymerization of acrylic resin (liquid phase of slurry) by ultraviolet light present in a range of the spectrum band a blue light emitted by the laser (SLB). The small conformation pressure, typical of additive rapid prototyping techniques requires highly reactive powders for effective sintering, and then hydroxyapatite obtained from bovine femur was calcined and milled in ball mill and vibratory mill for obtention of sub micrometrics powders. The green machining was considered as the standard of mechanical properties and was used to obtain cylindrical specimens, previously shaped by isostatic pressing at 100 and 200 MPa, and tested by densification, bending, hardness and toughness fracture. Introduction of particles of alumina and alumina whiskers were tested in search engine optimization of the mechanical properties. For rapid prototyping by the method of SLB, mixtures of hydroxyapatite and resin were subjected to blue laser emission directed in CNC equipment where three-dimensional pieces were prototyped and sintered. Hydroxyapatite derived from bovine bone showed characteristics of substitutional carbonate ions and non-stoichiometry, after grinding in a ball mill followed by vibratory mill, particles obtained was equivalent average diameter of 0.35 micrometers that proved reactive to promote sintering. Sintering at 1300 °C-2h gave the best crystallographic characteristics and mechanical properties, resulting in references bodies with hydroxyapatite without decomposition of other calcium phosphates with 99.8 % of density, flexural strength of 100 MPa, hardness of 483 HV and fracture toughness of 0.6 MPa.m1/2. The introduction of 1 vol% alumina and alumina whiskers increased the mechanical strength of the body with approximately 140 MPa and toughness fracture of 0.61 MPa.m1/2. For technical 3DPrint spherical agglomerates of ceramic composition should have dimensions between 200 and 400 mesh (75-38 µm) and the binder should have resistivity higher than 290 kΩ and components reactive, emollients, lubricants and stabilizers. In the manufacturing technique SLB incidence of the laser with a fluency of 170 mW.s/mm2 promoted curing of the resin of 0.5 mm in diameter and depth about 0.5 mm, which enabled the prototyping of scaffolds with thick layers 0.5 mm resistant to handle for removal of slurry uncured.

O objetivo principal desse trabalho é investigar a aplicação de cerâmica á base de Zirconia em ferramentas de corte na usinagem de aço temperado (VND) utilizando um torno de ultraprecisão. Foram analisados dois tipos de composições de cerâmicas com estrutura cristalina diferentes, sendo elas: monoclínica e tetragonal. A diferença destas estruturas é devido à adição de Ytria. A fase monoclínica não contém Ytria em sua composição, enquanto, a fase tetragonal é obtida com Ytria (\'Y IND.3\') (chamada zirconia parcialmente estabilizada com Ytria). A fase tetragonal apresenta uma resistência elevada ao impacto junto com alta dureza (1800 kgf/\'MM POT.2\') quando comparada com a fase monoclínica que apresenta alta dureza mas menor tenacidade. Devido a este fato, esses materiais têm chamado à atenção dos pesquisadores para a usinagem de aços endurecidos. A geração de superfície é influenciada por diversos fatores, sendo eles: material peça, condições de corte, erros macro geométrico, erros de micro geometricos e do estado da aresta da ferramenta. Na usinagem de ultraprecisão a alta rigidez e vibração/trepidação máquina ferramenta é usada para evitar erros de micro geometria e macro geometria que conseqüentemente são transferidos para superfície da peça. Neste trabalho, devido ao fato de se usar um torno de ultraprecisão é possível afirmar que o perfil da rugosidade é gerado pela replicação do perfil da aresta da ferramenta de corte para a superfície da peça. A rugosidade da superfície foi medida com um perfilometro óptico com resolução de 0,1 nm. Os resultados mostraram que a rugosidade da superfície obtida após os testes de usinagem com as ferramantas de cerâmicas chegou á valores em torno de 0,140 microns, o que equivale ao acabamento com processo de retificação. Outro aspecto importante refere-se ao desgaste das ferramentas que, conseqüentemente, tem uma grande influência nos resultados obtidos. As ferramentas de corte foram analisadas antes e depois da usinagem por microscópio eletrônico de varredura. Verificou-se que as ferramentas de corte na fase tetragonal apresentaram desgaste do tipo cratera na aresta da ferramenta enquanto a aresta da ferramenta monoclínica apresentou desgaste do tipo lascamento. / The main objective of this work is to investigate the application of a ceramic composite of Alumina-Zirconia cutting tools inserts in the machining of hardened steel (VND) in an ultraprecision lathe. Two different ceramic compositions with different crystalline structure were tested, to know: monoclinic and tetragonal. The difference in these structures is due the addition of Yttrium. The monoclinic phase has no Yttrium in its composition while the tetragonal phase is obtained with Ytrium (\'Y IND.3\') (named partially stabilized zirconium). The tetragonal phase presents a high impact toughness along with high hardness (1800 kgf/\'MM POT.2\') when compared to the monoclinic phase which presents high hardness but lower toughness. Due to this fact, these materials have draw attention of researchers in the field of machining of hardened steels. The surface generation is influenced by several factors, to know: workpiece material, cutting conditions, macro geometry errors, micro geometry errors and the sharpness of the cutting edge. In ultraprecision machining, a high stiffness and chatter/vibration free machine tool is used in order to avoid common macro and micro geometry errors replicated into the workpiece surface. In this case, it is possible to assert that the roughness profile is generated by the replication of the cutting tool edge profile to the workpiece surface. The surface roughness was measured by an optical profiler with resolution of 0,1 nm. The results showed that the surface roughness obtained after machining tests with these ceramic inserts were in the range of 0,140 micrometers, which is in the same range of roughness obtained by the grinding process. Another important aspect refers to the wear of the ceramic inserts which has direct influence in the performance as a cutting tool material. The cutting inserts were evaluated before and after machining by scanning electron microscope. It was found that the tetragonal phase cutting tools presented crater wear on the rake face while the monoclinic phase presented cutting edge chipping as the main main type of wear.

Nos últimos anos, o estudo do microfresamento tem recebido grande atenção devido a seu uso na fabricação de microcomponentes como células de combustível, microatuadores ou sensores, circuitos integrados, etc. O objetivo deste trabalho é apresentar os fundamentos do fresamento aplicados ao microfresamento. Para isto foi investigado, em escala reduzida, o comportamento de alguns princípios fundamentais da usinagem convencional, tais como espessura de corte instantânea, espessura de corte média, força de corte, pressão específica de corte, potência de corte, entre outros. A importância deste trabalho justifica-se pela necessidade de se entender como estes princípios comportam-se em escalas reduzidas. Inicialmente foi realizada uma investigação da literatura a fim de mostrar a origem de alguns destes princípios fundamentais. Em seguida, uma análise critica destes fundamentos foi apresentada e experimentos foram realizados com o intuito de confrontar o levantamento teórico com os resultados práticos. Para isso foram realizados testes de microfresamento com duas microfresas de metal duro constituídas de dois dentes cada uma com diâmetro de 0,8 mm. O raio da aresta de corte de cada ferramenta foi medido usando um microscópio confocal e os valores variaram de 1,8 \'mü\'m a 3,3 \'mü\'m. O material usado nos experimentos foi um alumínio liga (RSA 6061) de grãos ultrafinos (valor médio de 1 \'mü\'m). O fresamento adotado foi o frontal parcial (não engajado) com penetrações de trabalho de 0,2 mm e 0,4 mm. Os avanços por dente usados foram de 5 \'mü\'m e 10 \'mü\'m a uma profundidade de usinagem de 50 \'mü\'m. A máquina usada foi um centro de usinagem CNC de três eixos com potência nominal de 18 kw e rotação máxima de 24000 RPM. A máxima velocidade de corte alcançada foi de 50 m/min. Para coletar o sinal das forças de usinagem um dinamômetro piezoelétrico modelo 9256 C2 (Kistler) foi usado. Os resultados experimentais mostraram que o comportamento da variação da força de corte, o aumento da pressão específica de corte com o decréscimo da espessura de corte, energia de corte, potência de corte e representação da energia e potência de corte com base na força de corte média durante a formação do cavaco, são semelhantes ao comportamento destes parâmetros durante a usinagem convencional. Com base nestes resultados, foi mostrado que os fundamentos do fresamento podem ser aplicados em microfresamento para explicar o comportamento da microusinagem. / Recently, micro end milling is a subject that has received a large contribution due to its feasibility to be applied to the manufacturing of micro components such as fuel cells, micro actuators and sensors, integrated circuits, etc. The objective of this study is to present fundamental principles of machining of end milling operation applied to the micro end milling operation. It will be investigated the behavior at small scale of some known conventional machining parameters such as instantaneous thickness of cut, average thickness of cut, cutting force, specific cutting pressure, cutting power among others. The relevance of this study is justified by the need of understanding how those cutting parameters behave when the machining scale is reduced. Firstly, a review of the literature was carried out in order to show the origin of some fundamental principles of machining of materials. Thereafter, a critical analysis was held on these fundamentals and experimental cutting tests were designed and carried out aiming to comparing the experimental results with the expected trend shown by those parameters in conventional machining scale. The micro end milling tests used two carbide two teeth micro end mills with a diameter of 0,8 mm. The cutting edge of each tool was measured using a confocal optical profiler and the values ranged from 1,8 \'mü\'m up to 3,3 \'mü\'m. The workpiece material used in the cutting experiments was an ultra fine grain (average 1 \'mü\'m) aluminum alloy (RSA 6061). The machining operation was partial (not engaged) end milling with radial depths of cut of 0,2 mm and 0,4 mm. The feed per tooth used were 5 \'mü\'m and 10 \'mü\'m at constant depth of cut of 50 \'mü\'m. The machine tool used was a three axis CNC machining center with 18 kw nominal power and maximum spindle speed of 24000 RPM. At the maximum spindle speed the maximum cutting speed reached was 50 m/min. A mini piezoelectric dynamometer multicomponent model 9256 C2 (Kistler) was used to gather the cutting forces signals during machining. Therefore, the experimental results showed that the cutting force variation behavior, the increase of specific cutting pressure with the decrease of thickness of cut, cutting energy, cutting power, representing the energy and cutting power representation based on the average cutting force during chip formation are similar to the behavior of these parameters during conventional machining. Based upon that it is shown that the fundamental principles may well be applied to explain the machining behavior at very reduced scales during micro end milling operation.

As inclusões de sulfeto de manganês (MnS) são compostos não-metálicos formados no aço pela reação entre o enxofre (S) e o manganês (Mn). A formação das inclusões de MnS durante o processo de produção do aço é esperada e desejada em aços onde a usinabilidade é uma característica importante. Na usinagem, as inclusões apresentam um efeito de concentração de tensão no aço facilitando a quebra do cavaco. Esse efeito está determinado por fatores como tamanho e forma das inclusões e a distribuição das mesmas na matriz metálica. Vários estudos experimentais têm sido realizados com relação a esses fatores, no entanto, não existem modelos numéricos consolidados sobre este tema. O foco deste trabalho foi estudar a relação entre a microestrutura de dois aços para construção mecânica (composição base ABNT 1045) e sua usinabilidade. Um modelo numérico foi proposto para estudar os campos de tensão gerados no aço durante os processos de corte, considerando os aspectos microestruturais (principalmente as inclusões de MnS). As tensões resultantes durante o torneamento foram simuladas com base em medições de força de avanço e de corte durante ensaios de usinagem. Foi obtida uma boa correlação entre o modelo numérico e os resultados experimentais. A análise numérica confirmou que as inclusões atuam como concentradores de tensão e que sua morfologia e distribuição influenciam na usinabilidade do material. / MnS inclusions are non-metallic compounds formed in steel due to chemical reactions between sulfur and manganese. The formation of MnS inclusions during steel production is generally expected and sometimes desired in steels for machining applications. During machining, the stress concentrating effect due to MnS inclusions is determined by factors such as their size, shape and distribution in the metallic matrix. Several experimental studies have been conducted in this area; nevertheless, there are no consolidated numerical models. The main objective of this work was to analyze the relationship between the microstructure of two steels (ABNT 1045) and their machinability. A numerical model was proposed to study the stress fields during the cutting process, considering the microstructural aspects of steels (mainly the MnS inclusions). Stresses during turning were simulated based on experimental measurements of cutting and feed forces. A good agreement between the numerical model and experimental results was observed. Numerical results confirm that MnS inclusions are stress concentrators and their morphology and distribution influence the materials machinability.

As operações de usinagem viabilizam a construção de máquinas e equipamentos que proporcionam a manutenção do bem estar da sociedade e a sua evolução. Com o estudo das tecnologias e a adequação dos sistemas de produção ao paradigma desenvolvimento sustentável, é possível discutir as operações de corte com ferramentas de geometria definida e oferecer suporte ao desenvolvimento destes processos nas pequenas e médias empresas (PME). Estas unidades do sistema produtivo estão sujeitas ao rigor do mercado e suas transformações, devendo ter condições de oferecer respostas à altura de sua função. O acesso ao conhecimento e à tecnologia leva ao fortalecimento da empresa através dos ganhos de competência e competitividade. A tecnologia proporciona condições de maior produtividade, qualidade e controle dos processos e o novo paradigma de produção conduz à eliminação dos impactos ambientais, racionalização e redução do consumo de recursos não renováveis, para a preservação e manutenção do planeta e seus sistemas naturais. No trabalho desenvolvido na presente pesquisa foi possível conhecer e avaliar as instalações e corpo técnico de onze empresas (PME), com processos de usinagem, no município de São Carlos, São Paulo. A organização dos dados permite a construção de um cenário onde são evidenciados potenciais e carências. Na etapa seguinte foi eleito um processo, em uma das empresas, que recebeu intervenções para melhor desempenho nos aspectos econômico, social e ambiental. Os resultados alcançados permitem que se faça projeções de ganhos para todo o parque industrial estudado. O mecanismo de apoio às pequenas e médias empresas em uma avaliação final sugere um salto de qualidade, referendando o modelo que pode ser facilmente reproduzido. / Machining operations make possible the construction of machines and equipment which provide the maintenance of society welfare and its evolution. Studying the technology directions and the production systems adequacy to the sustainable development paradigm enables the discussion of machining and the fostering of the processes at the small and medium-sized enterprises (SME). Because of the vulnerability to the market and its transformations these companies should have conditions to respond to the demands at the importance level of their function. The access to the knowledge and technology brings a gain in competence and competitiveness. Technology provides conditions for higher productivity, quality and processes control, as well as the new production paradigm leads to the elimination of the environmental impacts, rationalization and reduction in the use of non renewable materials preserving and maintaining the planet’s natural systems. In this research it was possible to know the facilities and the technical staff of eleven metalworking companies (SME), in São Carlos city, São Paulo state. The gathered data allows to draw a portrait that puts in evidence the potentials and deficiencies. On a next stage a specific machining operation was chosen to be improved in the economic, social and environmental aspects. The achieved results allow projections of gains in the industrial park. In a final evaluation of the small and medium-sized enterprises support mechanism it suggests a quality improvement assuring the availability of the model that is easily reproducible.

Este trabalho teve como objetivo o estudo experimental de lubrificação e resfriamento no torneamento duro de uma superfície funcional em componentes de grande porte, com aplicação no chão de fábrica. Foram comparadas as técnicas de mínima quantidade de lubrificante e resfriamento abundante, utilizando o método de resposta de superfície. O planejamento tridimensional utilizado foi de dois níveis, adicionado de pontos axiais, ponto central e de réplica. Foram variados a velocidade periférica da peça, o avanço da ferramenta de usinagem e a profundidade de usinagem. Após a execução do experimento, a integridade da superfície foi analisada pela medição da tensão residual, da espessura de possíveis modificações microestruturais e pela medição dos parâmetros estatísticos Sa, Sq e Sz. As medidas foram então ajustadas em modelos matemáticos, otimizadas e por fim comparadas. A análise dos resultados sinalizou que os modelos ajustados para ambos os métodos foram capazes de explicar satisfatoriamente o comportamento das variáveis de resposta. Ainda, a partir da função desirability, foi possível estimar valores ótimos com qualidade equivalente entre os métodos. Tanto para o emprego com mínimas quantidades quanto para resfriamento abundante foram registradas tensões circunferenciais altamente compressivas. Nas condições ótimas, quando empregadas mínimas quantidades de lubrificante, a superfície apresentou valores de tensões residuais 37% maiores em comparação ao obtido quando empregado o resfriamento abundante. Ambos os métodos produziram tanto superfícies livres de modificações microestruturais significativas, como também superfícies com modificações microstruturais significativas. Porém, quando detectadas, as modificações se mostraram muito reduzidas, com espessura de até 2,35 &#956m. Nas condições ótimas, quando empregado mínimas quantidades de lubrificante, a espessura da modificação foi 74% menor em comparação ao obtido quando empregado o resfriamento abundante. Os parâmetros estatísticos sugeriram alguma vantagem da aplicação de mínimas quantidades de lubrificante. Nas condições ótimas, a aplicação MQL apresentou melhor rugosidade Sa, em 47%, e Sz, em 11%. Porém, o desvio-padrão Sq da superfície apresentou valor 12% maior ao resfriamento abundante. / This work aimed to conduct a study of cooling and lubrication in hard turning of functional surface of large components. It was compared the performance of minimum quantity lubrication and abundant cooling through the application of response surface methodology. The activities were developed in shop floor application. It was designed a three-dimensional experiment with two levels, added by axial points, center point and one center replicate. The input variables were the peripheral velocity of the workpiece, the feed of the cutting tool and the depth of cut of machining. After the process were analyzed the surface integrity through the circumferential residual stress, possibly microstructure modified layers and statistical parameters such Sa, Sq and Sz. Then, the measurements were adjusted in mathematical models, optimized and compared. The analysis of the results indicated that the adjusted models for both methods were capable of explaining satisfactorily the behavior of the response variables. Also, the use of the desirability function allowed to predict optimal values with equivalent quality between the methods. The minimal quantities, as well the abundant cooling, produced circumferential residual stresses highly compressive. On optimal conditions, the MQL presented residual stresses 37% lower the abundant cooling. Both methods produced surfaces free of significant altered layers as well surface containing significant surface altered layer. However, when detected, the altered surface layer was very thin, with thickness up to 2,35 &#956m. On optimal conditions, the MQL altered layer was 74% lower the abundant cooling. The statistical parameters indicated some advantage on the application of MQL. On optimal conditions, the minimal quantities presented better Sa roughness in 47%, and Sz, in 11%. However, the standard deviation Sq of the surface presented a value 12% higher the abundant cooling.

Este trabalho apresenta o estudo da usinabilidade do carbeto de tungstênio utilizando ferramenta de ponta única de diamante em máquina-ferramenta de ultraprecisão, em função de suas características de dureza e potencial uso para a fabricação de micromoldes. O carbeto de tungstênio foi submetido a testes de usinagem para a determinação dos parâmetros e condições de corte para a obtenção do regime dúctil. Com base nos resultados experimentais, concluiu-se que, para os avanços da ordem de 1 micrômetro/revolução, a profundidade de corte (AP) não influencia significativamente no resultado de rugosidade, e para avanços da ordem de 3 micrômetros, observou-se a formação de trincas na superfície usinada. Além disso, para profundidades de corte maiores que 2 micrômetros as ferramentas começaram a apresentar lascamento. Para avanços da ordem de 3 micrômetro/revolução a profundidade de corte influencia com grande significância no resultado de rugosidade. O torneamento do carbeto de tungstênio usando ferramenta de diamante mostrou-se uma opção viável à produção de superfícies em termos de qualidade óptica, porém, devido à alta dureza deste material (aproximadamente 4000HV) o torneamento mostrou ser um processo com condições limitadas para a produção em série de componentes em função da baixa taxa de remoção de material permitida. É possível que a retificação possa apresentar taxas de remoção maiores, mesmo assim garantindo a qualidade superficial atingida pelo torneamento, ou ainda, a retificação possa ser usada como um processo no desbaste do carbeto de tungstênio seguido do torneamento de ultraprecisão como a opção viável a produção em série de peças. Portanto, para obtenção de uma superfície de carbeto de tungstênio sem danos e com acabamentos da ordem de 10 nm, a profundidade e avanço não devem ser superiores a 2,00 \'mü\'micrômetros e 1,00 \'mü\'micrômetro/revolução, respectivamente, usando uma ferramenta de diamante nova com ângulo de saída 0 ou - 25 graus e uma máquina-ferramenta de alta precisão. / The single point diamond turning of the Tungsten Carbide is presented. The motivation for this study is the material´s high hardness and potential application for micromolds. A Tungsten Carbide sample was subjected to tests for determination of cutting parameters to achieve the ductile regime of material removal. Based on experimental results it was concluded that for the feedrate of the order of 1 \'mü\'m/revolution, the depth of cut did not affect significantly the surface roughness and for federates of the order of 3 \'mü\'m/revolution, the dept of cut influenced results of roughness greatly. Moreover chipping of the cutting edge occurs for depths of cut of 2 \'mü\'m. The diamond machining of tungsten carbide tool using diamond proved to be a viable option for the production of surfaces in terms of optical quality, but due to the high hardness of this material (approximately 4000HV) showed to be limited for the production of components due to the low material removal rate. It is possible that the precision griding may provide higher material removal rates along with the acceptable surface quality. Therefore, to obtain a damage free surface in tungsten carbide with surface finishe in the order of 10 nm, cutting depth and feedrate should be smaller than 2,00 \'mü\'m and 1,00 \'mü\'m/revolution, respectively, using a new diamond tool with rake angle of 0 or - 25 degrees and precision high stiffness machine tool.

Este trabalho apresenta o estudo da usinabilidade do carbeto de tungstênio utilizando ferramenta de ponta única de diamante em máquina-ferramenta de ultraprecisão, em função de suas características de dureza e potencial uso para a fabricação de micromoldes. O carbeto de tungstênio foi submetido a testes de usinagem para a determinação dos parâmetros e condições de corte para a obtenção do regime dúctil. Com base nos resultados experimentais, concluiu-se que, para os avanços da ordem de 1 micrômetro/revolução, a profundidade de corte (AP) não influencia significativamente no resultado de rugosidade, e para avanços da ordem de 3 micrômetros, observou-se a formação de trincas na superfície usinada. Além disso, para profundidades de corte maiores que 2 micrômetros as ferramentas começaram a apresentar lascamento. Para avanços da ordem de 3 micrômetro/revolução a profundidade de corte influencia com grande significância no resultado de rugosidade. O torneamento do carbeto de tungstênio usando ferramenta de diamante mostrou-se uma opção viável à produção de superfícies em termos de qualidade óptica, porém, devido à alta dureza deste material (aproximadamente 4000HV) o torneamento mostrou ser um processo com condições limitadas para a produção em série de componentes em função da baixa taxa de remoção de material permitida. É possível que a retificação possa apresentar taxas de remoção maiores, mesmo assim garantindo a qualidade superficial atingida pelo torneamento, ou ainda, a retificação possa ser usada como um processo no desbaste do carbeto de tungstênio seguido do torneamento de ultraprecisão como a opção viável a produção em série de peças. Portanto, para obtenção de uma superfície de carbeto de tungstênio sem danos e com acabamentos da ordem de 10 nm, a profundidade e avanço não devem ser superiores a 2,00 \'mü\'micrômetros e 1,00 \'mü\'micrômetro/revolução, respectivamente, usando uma ferramenta de diamante nova com ângulo de saída 0 ou - 25 graus e uma máquina-ferramenta de alta precisão. / The single point diamond turning of the Tungsten Carbide is presented. The motivation for this study is the material´s high hardness and potential application for micromolds. A Tungsten Carbide sample was subjected to tests for determination of cutting parameters to achieve the ductile regime of material removal. Based on experimental results it was concluded that for the feedrate of the order of 1 \'mü\'m/revolution, the depth of cut did not affect significantly the surface roughness and for federates of the order of 3 \'mü\'m/revolution, the dept of cut influenced results of roughness greatly. Moreover chipping of the cutting edge occurs for depths of cut of 2 \'mü\'m. The diamond machining of tungsten carbide tool using diamond proved to be a viable option for the production of surfaces in terms of optical quality, but due to the high hardness of this material (approximately 4000HV) showed to be limited for the production of components due to the low material removal rate. It is possible that the precision griding may provide higher material removal rates along with the acceptable surface quality. Therefore, to obtain a damage free surface in tungsten carbide with surface finishe in the order of 10 nm, cutting depth and feedrate should be smaller than 2,00 \'mü\'m and 1,00 \'mü\'m/revolution, respectively, using a new diamond tool with rake angle of 0 or - 25 degrees and precision high stiffness machine tool.

O presente trabalho trata da manufatura direta de implantes de hidroxiapatita mediante a técnica de prototipagem rápida. A hidroxiapatita proveniente de estrutura óssea mineral bovina possui grande importância dentre os biomateriais devido a sua biocompatibilidade e grande similaridade com a estrutura óssea humana. A prototipagem rápida permite a obtenção de modelos com dimensões e formato miméticos ao do defeito ósseo do paciente e possibilita a obtenção de implantes com porosidade desejada e geometria complexas. Este trabalho tem como objetivo o estudo da obtenção de implantes por três diferentes técnicas de prototipagem rápida: usinagem a verde, 3DPrint e uma inovadora técnica de prototipagem rápida obtida pela polimerização da resina acrílica (fase líquida da barbotina) por luz ultravioleta presente em uma faixa da banda do espectro de luz emitido pelo laser azul (SLB). A diminuta pressão de conformação, típicas das técnicas de prototipagem rápida aditiva, exige pós altamente reativos para efetiva sinterização, dessa forma a hidroxiapatita obtida a partir do fêmur bovino foi calcinada e moída em moinhos de bolas e vibratório na busca de pós submicrométricos. A usinagem a verde de compactados foi considerada como padrão ouro da manufatura e foi aplicada para obtenção de corpos de prova cilíndricos, previamente conformados por prensagem isostática a 100 e 200 MPa e ensaiados por densificação, flexão, dureza e tenacidade à fratura. Introdução de partículas de alumina e whiskers de alumina foram ensaiados na busca de otimização das propriedades mecânicas. Para prototipagem rápida pelo método de SLB, misturas de hidroxiapatita e resina foram submetidas à emissão do laser azul com percurso direcionado em equipamento CNC, onde peças tridimensionais foram prototipadas e sinterizadas. A hidroxiapatita proveniente do osso bovino apresentou características de íons substitucionais de carbonato e após moagens em moinho de bolas seguido de vibratório foi obtida partículas de diâmetro médio equivalente de 0,35 µm que se mostraram reativas para promoção da sinterização. A sinterização a 1300 ºC-2h forneceu as melhores características cristalográfica e de propriedades mecânicas, resultando em corpos referências com hidroxiapatita sem decomposição em outros fosfatos de cálcio com 99,8 % da densidade, resistência mecânica à flexão de 100 MPa, dureza de 483 HV e tenacidade à fratura de 0,6 MPa.m1/2. A introdução de 1 vol% de alumina e whiskers de alumina elevaram a resistência mecânica do corpo para aproximadamente 140 MPa com tenacidade de 0,61 MPa.m1/2. Para a técnica 3DPrint aglomerados esféricos da composição cerâmica deve ter dimensões entre as malhas de 200 e 400 mesh (75 a 38 µm) e o binder deve ter resistividade superior à 290 kΩ, componentes reativos, emolientes, lubrificantes e estabilizantes. Na manufatura pela técnica SLB a incidência do laser com fluência de 170 mW.s/mm2 promoveu a cura da resina no diâmetro de 0,5 mm e profundidade próxima a 0,5 mm o que, permitiu a prototipagem de scaffolds com camadas de espessura de 0,5 mm resistente ao manuseio para remoção da barbotina não curada. / The study deals with the direct manufacturing of hydroxyapatite implants using rapid prototyping. Hydroxyapatite structure originated from bovine mineral bone has great importance among the biomaterials and biocompatibility due to its great similarity with the human bone structure. Rapid prototyping allows obtaining models with dimensions and shaping mimetics to the patient\'s bone defect and enables the achievement of implants with complex geometry and porosity desired. This study aims to obtain scaffolds for three rapid prototyping techniques: the green machining, 3DPrint and an innovative rapid prototyping technique, obtained by polymerization of acrylic resin (liquid phase of slurry) by ultraviolet light present in a range of the spectrum band a blue light emitted by the laser (SLB). The small conformation pressure, typical of additive rapid prototyping techniques requires highly reactive powders for effective sintering, and then hydroxyapatite obtained from bovine femur was calcined and milled in ball mill and vibratory mill for obtention of sub micrometrics powders. The green machining was considered as the standard of mechanical properties and was used to obtain cylindrical specimens, previously shaped by isostatic pressing at 100 and 200 MPa, and tested by densification, bending, hardness and toughness fracture. Introduction of particles of alumina and alumina whiskers were tested in search engine optimization of the mechanical properties. For rapid prototyping by the method of SLB, mixtures of hydroxyapatite and resin were subjected to blue laser emission directed in CNC equipment where three-dimensional pieces were prototyped and sintered. Hydroxyapatite derived from bovine bone showed characteristics of substitutional carbonate ions and non-stoichiometry, after grinding in a ball mill followed by vibratory mill, particles obtained was equivalent average diameter of 0.35 micrometers that proved reactive to promote sintering. Sintering at 1300 °C-2h gave the best crystallographic characteristics and mechanical properties, resulting in references bodies with hydroxyapatite without decomposition of other calcium phosphates with 99.8 % of density, flexural strength of 100 MPa, hardness of 483 HV and fracture toughness of 0.6 MPa.m1/2. The introduction of 1 vol% alumina and alumina whiskers increased the mechanical strength of the body with approximately 140 MPa and toughness fracture of 0.61 MPa.m1/2. For technical 3DPrint spherical agglomerates of ceramic composition should have dimensions between 200 and 400 mesh (75-38 µm) and the binder should have resistivity higher than 290 kΩ and components reactive, emollients, lubricants and stabilizers. In the manufacturing technique SLB incidence of the laser with a fluency of 170 mW.s/mm2 promoted curing of the resin of 0.5 mm in diameter and depth about 0.5 mm, which enabled the prototyping of scaffolds with thick layers 0.5 mm resistant to handle for removal of slurry uncured.

Trata do estudo experimental da energia específica de corte e sua relação com parâmetros de usinagem, características geométricas e tribológicas das ferramentas, e material da peça usinada. Dentre as variáveis investigadas são destaques a profundidade de usinagem, velocidade de corte, raio de ponta, geometria de quebra-cavaco, tipo de revestimento das ferramentas, dureza, microestrutura e composição química do material da peça. Os seguintes materiais foram empregados nos ensaios: aços SAE 1213, 1020, 1045, ASTM H13 recozido e temperado, e liga de alumínio 2024. As medições de energia específica foram realizadas em uma máquina Charpy instrumentada por meio de um dinamômetro piezelétrico e um encoder ótico rotacional. Vários resultados puderam ser comparados aos obtidos em torno e centro de usinagem CNC devidamente instrumentados. Testes na condição HSM foram implementados nas máquinas-ferramentas. Todas as variáveis pesquisadas mostraram exercer influência sobre a energia específica. O aumento da profundidade de usinagem em 2,3 vezes causou diminuição da energia específica em 21%, na usinagem da liga de alumínio 2024. A elevação da velocidade de corte em torno de 70% conduziu a uma queda da energia específica de 24% para o aço SAE 1020. A geometria da ferramenta influiu mais decisivamente na energia específica sob velocidades de corte convencionais que na condição HSM. Pequenas variações na geometria do quebra-cavaco dos insertos causaram diminuição da energia específica de até 29%, para velocidade de corte convencional, e de 14% para HSM, na usinagem do aço H13 temperado. Diversos resultados de energia específica de corte medidos pelo ensaio Charpy proposto por este trabalho apresentaram boa concordância com os valores equivalentes fornecidos pela literatura científica / This thesis presents an experimental study about the specific cutting energy and its relation with cutting parameters, geometrical and tribological characteristics of tools, and workpiece material. Depth of cut, cutting speed, tool nose radius, chip-breaker geometry, tool coating, hardness, microstructure and chemical composition of the workpiece material are some investigated variables. The following workpiece materials were tested: SAE 1213, 1020, 1045, annealed and tempered ASTM H13 steels, and 2024 aluminum alloy. The specific cutting energy values were measured by using a Charpy machine instrumented through piezoelectric dynamometer and incremental optical encoder. Several results could be compared to ones from instrumented CNC lathe and machining center. Tests under HSM condition were carried out in machine-tools. All researched variables have influence over specific cutting energy. The depth of cut rise in 2.3x caused a decrease of specific cutting energy around 21% when machining 2024 aluminum alloy. The elevation of the cutting speed about 70% leaded to reduction of specific cutting energy around 24% when machining SAE 1020 steel. The tool geometry present more influence on specific cutting energy under conventional cutting speed than at high speed cutting. Small variations of tool chip-breaker geometries caused diminution of the specific cutting energy up to 29% for conventional cutting speed, and 14% on average for HSM condition when machining tempered ASTM H13 steel. Various specific cutting energy results obtained from the Charpy test proposed by this work presented a good concordance with equivalent ones provided by scientific literature