O desgaste e a vida útil dos componentes mecânicos é uma questão de grande interesse econômico e tecnológico, devido suas diversas aplicações. Estudos tribológicos recentes apresentam novas soluções para esta questão, como a texturização superficial a laser, cujo o propósito é aumentar a eficiência do processo de lubrificação nestes componentes. Este trabalho analisa, por meio de um modelo teórico, os efeitos desta textura superficial no processo de lubrificação hidrodinâmico em mancais radiais. Este modelo é elaborado a partir da equação de Reynolds, cuja solução representa o campo de pressão no fluido lubrificante, determinando assim o escoamento deste em mancais radiais. A solução desta equação foi obtida através de um algoritmo desenvolvido no software Maple, utilizando o método de diferenças finitas. A partir deste campo de pressão, determina-se a capacidade de carga do mancal, definida como um parâmetro de qualidade da lubrificação, afinal, quanto maior for a capacidade de carga melhor será o processo lubrificação. Através de simulações computacionais, foram determinadas as dimensões, densidade superficial e forma das microcavidades que maximizam a capacidade de carga, aprimorando desta maneira o processo de lubrificação e estabelecendo um padrão ideal de textura superficial para o mancal. Convém ressaltar que. nestas simulações. a análise de cada uma das características das micro-cavidades foram realizadas variando-se os parâmetros (no algoritmo) relacionados a elas, como foi proposto pelo modelo teórico / The wear and the shelf life of mechanical components are a question of great economic and technological interest. had its diverse applications. Recent tribologics studies show new solutions for this question, as the laser surface texturing, whose the intention is to increase the efficiency of the lubrication process in these components. This work analyzes, means of a theoretical model, the effect of this surface textured in the hydrodynamic process of lubrication in journal bearings. This model is developed from the equation of Reynolds, whose solution represents the pressure distribution in the lubricant fluid, then determining the draining of this in journal bearings. The solution of this equation was gotten by means of an algorithm developed in the Maple software, using the finite difference methods. From this pressure distribution, the load capacity of the journal bearing is determined, defined as a quality parameter of the lubrication, after all, how much bigger will be the load capacity better will be the lubrication process Means of computational simulations had been determined, the measures, surface density and shape of the micro−holes that maximize the load capacity, improving in this way the lubrication process and set out an ideal standard of surface texture to the bearing. Is important stand out that, in these simulations, the analysis of each characteristic of the micro−holes was carried through varying parameters (in the algorithm) related to these, as was considered by the theoretical model

A propriedade volume do fio texturizado é importante por questões estéticas e funcionais. O volume do fio pode garantir que um produto tenha bom desempenho mecânico tanto na produção dos artigos (como na tecelagem, malharia e acabamento) quanto para as aplicações finais dos produtos (produtos com alto fator de cobertura, com elasticidade, isolamento térmico etc.). A texturização por falsa torção fixada é um importante processo industrial que possui dentre os principais objetivos o aumento de volume. A etapa de fixação consiste em um tratamento térmico do fio ao final do processo, por meio da passagem do fio texturizado em um forno, conhecido como forno de fixação ou segundo forno. No presente estudo foi analisada a interação entre as variáveis temperatura do forno de fixação e sobrealimentação do fio dentro do forno de fixação. A propriedade volume dos fios texturizados é comumente tratada nas literaturas como encrespamento, termo que será utilizado no presente trabalho. Para a análise do volume do fio definiu-se três propriedades mecânicas: contração do encrespamento, módulo do encrespamento e estabilidade do encrespamento. Com a utilização da ferramenta estatística planejamento do desenvolvimento definiu-se que o estudo seria realizado com dois fatores (temperatura do forno e sobre alimentação do fio); dois diferentes níveis (mínimo e máximo para cada fator) e um ponto central. Para cada proposta de teste foram feitas 10 replicações e 50 ensaios foram realizados. Com as amostras dos fios texturizados foram realizados os ensaios para a determinação das propriedades: contração, módulo e estabilidade do encrespamento; com o equipamento Texturmat da Textechno. Com os dados, realizou-se a análise fatorial para a determinação da importância deles e a regressão linear, para a compreensão do comportamento desses dados em função dos ensaios realizados. As análises possibilitaram observar que a etapa de fixação é muito importante nas propriedades de volume do fio, sendo que a sobrealimentação do fio dentro do forno de fiação apresentou-se como a variável mais relevante para a definição desse parâmetro. / Crimp properties are important by functional and aesthetics issues. The crimp of a yarn can provide a good mechanical performance in the production (weaving, knitting and finishing) and also a good result in the final application (products with high covering factor, elasticity, thermal insulation etc). The False Twist texturing is an important industrial process that has the objective of apply bulk on the yarn. The heat setting stage consists of a thermal treatment on the yarn at the end of the process, by the passage of yarn thru a heater that is known as heat setting heater or second heater only. At this paper was analyzed the interaction between second heater temperature and yarn overfeed inside second heater. For crimp analysis were considered three mechanical properties: crimp contraction, crimp module and crimp stability. Using the statistical tool, Design of Experiments, it was defined that would be used two factors (second heater temperature and yarn overfeed inside second heater); two different levels (minimum and maximum for each factor) and a center point. For each test proposal were realized 10 replications, resulting on 50 trials. With Texturmat, from Textechno, tests were realized on the samples (textured yarn) to verify the crimp properties (contraction, modulus and stability). A factor analysis was realized with data from Texturmat to verify the importance of each factor. A linear regression for each property was calculated to better understand the data in terms of the tests. In general it was possible to see the importance of heating set stage on crimp properties of textured yarns and the yarn overfeed inside second heater is the most important variable to define this parameter.

O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento superficial com laser de femtossegundo em amostras de alumina e compósito de alumina-zircônia estabilizada com ítria para depósito e aderência de apatita. Os resultados obtidos mostraram que houve a formação de apatita sobre as superfícies das amostras que foram texturizadas com laser de femtossegundo e em seguida imersa em 1,5 SBF. Este método biomimético pôde, por conseguinte, tornar estas cerâmicas bioativas. Também houve a formação de apatita na superfície das amostras sem o tratamento a laser. Os efeitos da texturização na superfície para as diferentes cerâmicas e a influência do tempo de imersão em 1,5 SBF são discutidos, a fim de determinar a condição ótima para estimular a deposição e a adesão da apatita na superfície dos materiais. Finalmente, os resultados obtidos das diferentes análises são comparados. A adesão da hidroxiapatita é essencial para interação com o substrato e depende das propriedades das superfícies dos materiais. A qualidade desta adesão influenciará sua morfologia e a capacidade futura de osseointegração. As características de superfície dependem da química de superfície, energia de superfície e topografia de superfície. Geralmente, a reatividade de superfície e energia de superfície pode ser influenciada pelas características de molhabilidade, influenciando o desempenho de biomateriais. A adesão e crescimento da apatita depositada também é função da rugosidade superficial. O tratamento superficial com laser de femtossegundo melhora consideravelmente a adesão da apatita obtida pelo recobrimento biomimético nas superfícies dos materiais. / The main objective of this work was to study the influence of femtosecond laser surface treatment on samples of alumina and composite of zirconia-alumina yttria stabilized for deposit and adhesion of apatite. The results showed that there was apatite formation on the surfaces of the samples that have been textured with femtosecond laser and then immersed in SBF 1.5. This biomimetic method can therefore make these bioactive ceramics. There was also the formation of apatite in the samples without laser treatment. The effects of texturing surface for the different ceramics and the influence of immersion time in SBF 1.5 are discussed in order to determine the optimal conditions to promote the deposition and the adhesion of the apatite in the material`s surface. Finally, the results of the different analyzes are compared. The adhesion of hydroxyapatite is essential for interaction with the substrate and depends on the properties of material´s surface. The quality of this adhesion will influence their morphology and the future ability of osseointegration. The surface characteristics depend on the surface chemical, surface energy and surface topography. Generally, the reactivity of surface and the energy of surface can be affected by wetting characteristics influencing the performance of biomaterials. The adhesion and growth of apatite deposited is also a function of surface roughness. The femtosecond laser surface treatment greatly improves the adhesion of apatite obtained by biomimetic coating on the surfaces of materials.

A aplicação de materiais cerâmicos na indústria têxtil, em especial nos processos de produção e modificação de fios é amplamente difundida no mundo. O fator chave para definição da necessidade do uso de um material cerâmico é a abrasividade dos fios associada à velocidade de processamento desse material. Nesse estudo foi focado o processo de texturização por falsa torção, e foi proposto analisar e compreender o impacto da variação de rugosidade de discos de cerâmica (que já tenham sofrido desgaste durante o processamento), sobre as características físicas de um fio de poliamida. Para isso efetuou-se a seleção de discos de cerâmica com diferentes faixas de rugosidade, fixou-se todas demais variáveis da máquina de texturização, e foram produzidos fios em cada uma das faixas. Depois de produzidos, os fios foram submetidos a testes físicos laboratoriais, e os resultados analisados pelo método ANOVA. Foi observado que a variação na rugosidade dos discos afetou principalmente as características de volume do fio (EKB%), não afetando significativamente o alongamento e tenacidade. / Use of ceramic materials in the textile industry, particularly in production and converting processes of yarns is widespread in the world. The key factor which defining the use of a ceramic material is the abrasiveness of the yarns associated by processing speed of the material. This study focused the false twist texturing, and has been proposed to analyze and understand the impact of variation in roughness of ceramic discs (which have already undergone wear during processing) on the physical characteristics of a polyamide yarn. So, the ceramic discs have been selected with different ranges of surface roughness, settled all other variables of the texturing machine, and each yarn were produced in each of the ranges. Once produced, the yarns were subjected to physical testing laboratory, and the results were analyzed by ANOVA. This study indicated that the variation in roughness of the disks mainly affected the characteristics of the yarn crimp (EKB%) not significantly affecting the elongation and tenacity.

O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento superficial com laser de femtossegundo em amostras de alumina e compósito de alumina-zircônia estabilizada com ítria para depósito e aderência de apatita. Os resultados obtidos mostraram que houve a formação de apatita sobre as superfícies das amostras que foram texturizadas com laser de femtossegundo e em seguida imersa em 1,5 SBF. Este método biomimético pôde, por conseguinte, tornar estas cerâmicas bioativas. Também houve a formação de apatita na superfície das amostras sem o tratamento a laser. Os efeitos da texturização na superfície para as diferentes cerâmicas e a influência do tempo de imersão em 1,5 SBF são discutidos, a fim de determinar a condição ótima para estimular a deposição e a adesão da apatita na superfície dos materiais. Finalmente, os resultados obtidos das diferentes análises são comparados. A adesão da hidroxiapatita é essencial para interação com o substrato e depende das propriedades das superfícies dos materiais. A qualidade desta adesão influenciará sua morfologia e a capacidade futura de osseointegração. As características de superfície dependem da química de superfície, energia de superfície e topografia de superfície. Geralmente, a reatividade de superfície e energia de superfície pode ser influenciada pelas características de molhabilidade, influenciando o desempenho de biomateriais. A adesão e crescimento da apatita depositada também é função da rugosidade superficial. O tratamento superficial com laser de femtossegundo melhora consideravelmente a adesão da apatita obtida pelo recobrimento biomimético nas superfícies dos materiais. / The main objective of this work was to study the influence of femtosecond laser surface treatment on samples of alumina and composite of zirconia-alumina yttria stabilized for deposit and adhesion of apatite. The results showed that there was apatite formation on the surfaces of the samples that have been textured with femtosecond laser and then immersed in SBF 1.5. This biomimetic method can therefore make these bioactive ceramics. There was also the formation of apatite in the samples without laser treatment. The effects of texturing surface for the different ceramics and the influence of immersion time in SBF 1.5 are discussed in order to determine the optimal conditions to promote the deposition and the adhesion of the apatite in the material`s surface. Finally, the results of the different analyzes are compared. The adhesion of hydroxyapatite is essential for interaction with the substrate and depends on the properties of material´s surface. The quality of this adhesion will influence their morphology and the future ability of osseointegration. The surface characteristics depend on the surface chemical, surface energy and surface topography. Generally, the reactivity of surface and the energy of surface can be affected by wetting characteristics influencing the performance of biomaterials. The adhesion and growth of apatite deposited is also a function of surface roughness. The femtosecond laser surface treatment greatly improves the adhesion of apatite obtained by biomimetic coating on the surfaces of materials.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work analyzed the tribological behavior of surface modifications often used in cold rolling mill rolls. Different surface modifications were carried out on samples produced from a fragment of the rolling mill roll: i) texturing; ii) chromium plating; iii) texturing with subsequent hard chrome plating; iv) and hard chrome plating with subsequent texturing. The roll samples were subsequently heat treated and ground on both faces resulting in dimensions of approximately 30 x 30 mm. The wear tests were performed using a reciprocating movement of a ball over flat configuration under a load of 9.8 N. The results showed that surface texturing increased the topographic parameters whereas hard chrome coating decreased them. It was observed that there was no significant change in the coefficient of friction as a function of surface modification. Surface texturing increased the wear of the counter body, while the hard chromium coating reduced it. The addition of the hard chromium coating promoted the formation of a tribolayer on the counter body consisting of chromium and oxygen. On the other hand, for the samples without hard chrome coating the tribolayer consisted of iron and oxygen. As a consequence of the low applied load and the short duration of the tests it became impossible to quantify the wear on the bodies using various techniques. Additionally seven different materials used in replicates. Were investigated using quantitative and qualitative analysis via laser interferometry and scanning electron microscopy. Amongst materials tested, the material Facsimile presented best capacity of replication. / O presente trabalho analisou o comportamento tribológico de modificações, geralmente utilizado em cilindros para laminação a frio. Iniciou‐se o processo com a produção das amostras a partir de um fragmento de cilindro de laminação que foi cortado, originando amostras de aproximadamente 30 x 30 mm, em que se fez tratamento térmico, retificação de ambas as faces e modificações superficiais de cromagem, texturização, cromagem com posterior texturização e texturização com posterior cromagem. Os testes de desgaste foram realizados em modo alternado de deslizamento, com configuração de esfera sobre um plano utilizando‐se carga de 9,8 N. Os resultados permitiram concluir que a texturização elevou os parâmetros topográficos, enquanto o revestimento de cromo duro diminuiu os mesmos. Observou‐se que não houve alteração significativa do coeficiente de atrito em função das modificações superficiais e que a texturização promoveu um aumento significativo no desgaste do contracorpo, enquanto o revestimento de cromo duro promoveu uma redução do mesmo. A adição do revestimento de cromo duro promoveu a formação de uma tribocamada no contracorpo constituída de cromo e oxigênio, em contrapartida, em corpos sem o recobrimento de cromo duro ocorreu a formação de uma tribocamada constituída de ferro e oxigênio nas amostras. Em função da combinação da baixa carga aplicada e do curto intervalo de tempo, tornou‐se impossível a quantificação do desgaste nos corpos pelas diferentes técnicas empregadas. Adicionalmente, estudaram‐se sete diferentes materiais utilizados em réplicas, sendo executadas análises quantitativas e qualitativas via interferometria a laser e microscopia eletrônica de varredura. Dos materiais analisados, o material Facsimile apresentou melhores qualidades de replicação. / Mestre em Engenharia Mecânica

A aplicação de materiais cerâmicos na indústria têxtil, em especial nos processos de produção e modificação de fios é amplamente difundida no mundo. O fator chave para definição da necessidade do uso de um material cerâmico é a abrasividade dos fios associada à velocidade de processamento desse material. Nesse estudo foi focado o processo de texturização por falsa torção, e foi proposto analisar e compreender o impacto da variação de rugosidade de discos de cerâmica (que já tenham sofrido desgaste durante o processamento), sobre as características físicas de um fio de poliamida. Para isso efetuou-se a seleção de discos de cerâmica com diferentes faixas de rugosidade, fixou-se todas demais variáveis da máquina de texturização, e foram produzidos fios em cada uma das faixas. Depois de produzidos, os fios foram submetidos a testes físicos laboratoriais, e os resultados analisados pelo método ANOVA. Foi observado que a variação na rugosidade dos discos afetou principalmente as características de volume do fio (EKB%), não afetando significativamente o alongamento e tenacidade. / Use of ceramic materials in the textile industry, particularly in production and converting processes of yarns is widespread in the world. The key factor which defining the use of a ceramic material is the abrasiveness of the yarns associated by processing speed of the material. This study focused the false twist texturing, and has been proposed to analyze and understand the impact of variation in roughness of ceramic discs (which have already undergone wear during processing) on the physical characteristics of a polyamide yarn. So, the ceramic discs have been selected with different ranges of surface roughness, settled all other variables of the texturing machine, and each yarn were produced in each of the ranges. Once produced, the yarns were subjected to physical testing laboratory, and the results were analyzed by ANOVA. This study indicated that the variation in roughness of the disks mainly affected the characteristics of the yarn crimp (EKB%) not significantly affecting the elongation and tenacity.

Estudos recentes em medicina regenerativa utilizam estruturas de crescimento celular conhecidas como scaffolds: um scaffolds é uma estrutura porosa feita de material biodegradável. Essas estruturas ajudam na formação e reconstituição de novos tecidos, servindo como suporte para o crescimento e proliferação celular. Esses podem ser fabricados utilizando processos de manufatura aditiva (MA). O processo utilizado na pesquisa foi o FFF (Fused Filament Fabrication), que se baseia em fundir polímero e extrudá-lo em forma de filamento para produção de peças tridimensionais para confecção dos scaffolds. O polímero utilizado na pesquisa foi o ácido poliláctico (PLA), por ser biocompatível. Uma possível forma de aumentar a rugosidade de superfície é gerar uma geometria diferente na seção transversal do filamento extrudado que forma o scaffold. Assim, o scaffold adquiriria a micro-rugosidade ou nanorrugosidade (rugosidade superficial do material utilizado e inerente do processo), e a macrorrugosidade (geometria gerada ao longo de seu comprimento): a micro-rugosidade, para fins deste trabalho, será considerada como a rugosidade (acabamento de uma superfície); a macrorrugosidade (ou macrogeometria) será considerada, para fins deste trabalho, como a textura que se apresenta na forma de uma seção transversal de um filamento extrudado. Para gerar essa macrotextura, é necessário gerar na ferramenta bico extrusor uma geometria diferente na saída do bico. Geralmente, na saída do bico extrusor é feito um furo de geometria circular. Foi proposto neste estudo utilizar uma geometria diferente de um círculo na saída do bico, geometria essa a ser transferida ao filamento durante o momento da extrusão. A alteração desta geometria requer a utilização de técnicas não convencionais de usinagem. Neste projeto foram produzidos filamentos modificados a fim de melhorar a citocompatibilidade no scaffold. A morfologia foi analisada in vitro e o novo bico gerou filamentos impressos com diferenças na citocompatibilidade e com mudanças nos aspectos morfológicos das células quando comparadas àquelas aderidas aos filamentos convencionais. / Recent studies in regenerative medicine use cell growth structures known as scaffolds: a scaffold is a porous structure made of biodegradable material. These structures aid in the formation and reconstitution of new tissues, serving as a support for cell growth and proliferation. They are manufactured using additive manufacturing (AM) processes. The technology executed in this research was the FFF (Fused Filament Fabrication), which is based on melting polymer in the form of a filament and extruding it for the production of three-dimensional parts for the manufacture of scaffolds. The polymer used in this research was the polylactic acid (PLA), which was used because it is biocompatible. One possible way to increase surface roughness is to generate a geometry in the cross section of the extruded filament forming the scaffold. Thus, the scaffold would acquire the micro-roughness or nano roughness (surface roughness of the material used and inherent in the process), and the macro-roughness (texture generated along its length): the micro-roughness, for purposes of this work, will be considered a roughness (surface finish); The macro-roughness (or macro-geometry) will be considered, for purposes of this work, as the texture which is in the form of a cross-section of an extruded filament. To generate this texture (macro-roughness) it is necessary to generate a macro-geometry in the nozzle extruder tool. Usually at the exit of the extruder nozzle is made a hole of circular geometry. It was proposed in this study to use a geometry different from a circle at the exit of the nozzle to be transferred to the filament during the moment of the extrusion. Altering this geometry requires the use of non-conventional machining techniques. In this project modified filaments were produced in order to improve cytocompatibility and for cell differentiation in the scaffold. The morphology was tested in vitro and the new nozzle was able to generate printed filaments with differences in cytocompatibility and with changes in the morphological aspects of the cells when compared to those adhered to the conventional filaments.

Neste trabalho foram realizadas otimizações no processo de fabricação de micro cavidades na superfície do aço DIN 16MnCr5, com o objetivo de reduzir o coeficiente de atrito dinâmico entre duas superfícies. Para a confecção das micro cavidades (dimples) foi utilizado um laser com pulsos ultracurtos, de largura temporal de algumas dezenas de femtossegundos. Além de estudos de variação de fluência do laser, também foi analisado o resultado da utilização de diferentes perfis de energia do feixe. Para a caracterização das micro cavidades, foram utilizadas técnicas como a microscopia eletrônica de varredura, para análise morfológica, interferometria de luz branca e microscopia confocal para análise topográfica, dimensional e perfilométrica. Foram realizados ensaios de desgaste, em tribômetro para análise da variação do coeficiente de atrito após a texturização. Após os ensaios, percebeu-se que a texturização com pulsos ultracurtos apresenta grande vantagem na confecção de micro cavidades devido a precisão e ausência de interação térmica entre o laser e o material. Em relação ao atrito, as amostras texturizadas apresentaram redução da força e do coeficiente de atrito, porém, foram observados sinais de aumento da pressão de contato entre as superfícies. / In this work, optimizations were realized in the dimples manufacturing process on DIN 16MnCr5 steel surface, the target were to reduce the coefficient of dynamic friction between two surfaces. A laser with ultrashort pulses, temporal width of a few tens of femtoseconds, was used to manufacture dimples. In addition to studies of variation of laser beam fluency, the results of the use of different beam energy profiles were also analyzed. For analysis of dimples, techniques such as scanning electron microscopy (SEM), for morphological analysis, white light interferometry and confocal surface microscopy were used for topographic, dimensional and perfilometry. Wear tests were performed to analyze the variation of the friction coefficient in texturing surface. After the tests, it was observed that the texturing with ultrashort pulses presents a great advantage in manufacturing of dimples, due to the precision and absence of thermal interaction between the laser beam and the material. In relation to the friction coefficient, the textured samples presented a reduction of the friction force and consequently of the friction coefficient, but an increase in the contact pressure between the studied surfaces was observed.

Neste trabalho foram realizadas otimizações no processo de fabricação de micro cavidades na superfície do aço DIN 16MnCr5, com o objetivo de reduzir o coeficiente de atrito dinâmico entre duas superfícies. Para a confecção das micro cavidades (dimples) foi utilizado um laser com pulsos ultracurtos, de largura temporal de algumas dezenas de femtossegundos. Além de estudos de variação de fluência do laser, também foi analisado o resultado da utilização de diferentes perfis de energia do feixe. Para a caracterização das micro cavidades, foram utilizadas técnicas como a microscopia eletrônica de varredura, para análise morfológica, interferometria de luz branca e microscopia confocal para análise topográfica, dimensional e perfilométrica. Foram realizados ensaios de desgaste, em tribômetro para análise da variação do coeficiente de atrito após a texturização. Após os ensaios, percebeu-se que a texturização com pulsos ultracurtos apresenta grande vantagem na confecção de micro cavidades devido a precisão e ausência de interação térmica entre o laser e o material. Em relação ao atrito, as amostras texturizadas apresentaram redução da força e do coeficiente de atrito, porém, foram observados sinais de aumento da pressão de contato entre as superfícies. / In this work, optimizations were realized in the dimples manufacturing process on DIN 16MnCr5 steel surface, the target were to reduce the coefficient of dynamic friction between two surfaces. A laser with ultrashort pulses, temporal width of a few tens of femtoseconds, was used to manufacture dimples. In addition to studies of variation of laser beam fluency, the results of the use of different beam energy profiles were also analyzed. For analysis of dimples, techniques such as scanning electron microscopy (SEM), for morphological analysis, white light interferometry and confocal surface microscopy were used for topographic, dimensional and perfilometry. Wear tests were performed to analyze the variation of the friction coefficient in texturing surface. After the tests, it was observed that the texturing with ultrashort pulses presents a great advantage in manufacturing of dimples, due to the precision and absence of thermal interaction between the laser beam and the material. In relation to the friction coefficient, the textured samples presented a reduction of the friction force and consequently of the friction coefficient, but an increase in the contact pressure between the studied surfaces was observed.