TCC_EXTRUSORA_CAMILA_E_IAGO

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CAMPUS ARACRUZ
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CAMILA DE CARLI FERREIRA
IAGO MENDONÇA MINCHIO
PROJETO DE UMA EXTRUSORA DE FILAMENTO 3D PARA A RECICLAGEM DE
RESÍDUOS PLÁSTICOS
ARACRUZ-ES
2022
CAMILA DE CARLI FERREIRA
IAGO MENDONÇA MINCHIO
PROJETO DE UMA EXTRUSORA DE FILAMENTO 3D PARA A RECICLAGEM DE
RESÍDUOS PLÁSTICOS
Monografia apresentada à Coordenadoria do
Curso de Engenharia Mecânica do Instituto
Federal do Espírito Santo, Campus Aracruz, como
requisito parcial para a obtenção do título de
Bacharel em Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Dr. Igor Beloti Pizetta
ARACRUZ-ES
2022
(Biblioteca do Campus Aracruz)
CDD: 628
Bibliotecário/a: Elieser Moreira Santos Junior CRB6-ES nº 771
F383p Ferreira , Camila de Carli.
 Projeto de uma extrusora de filamento 3D para a reciclagem de resíduos
plásticos / Camila de Carli Ferreira , Iago Mendonça Minchio. - 2022.
45 f. : il. ; 30 cm .
 Orientador: Igor Beloti Pizetta 
 TCC (Graduação) Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Aracruz,
Engenharia Mecânica, 2022.
 1. Engenharia . 2. Sustentabilidade . 3. Reciclagem . I. Pizetta , Igor Beloti
. II.Título III. Instituto Federal do Espírito Santo.
CAMILA DE CARLI FERREIRA 
IAGO MENDONÇA MINCHIO 
 
PROJETO DE UMA EXTRUSORA DE FILAMENTO 3D PARA A 
RECICLAGEM DE RESÍDUOS PLÁSTICOS 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Coordenadoria do 
Curso de Engenharia Mecânica do 
Instituto Federal do Espírito Santo, 
Campus Aracruz, como requisito 
parcial para a obtenção do título de 
Engenheiro Mecânico. 
 
Aprovado em 15 de agosto de 2022 
 
 
 
COMISSÃO EXAMINADORA 
 
 
 
________________________________________ 
Prof. Dr. Igor Beloti Pizetta 
Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Espírito Santo 
Orientador 
 
 
 
________________________________________ 
Prof. Me. Tiago Reinan Barreto de Oliveira 
Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Espírito Santo 
 
 
 
________________________________________ 
Prof. Fabrício Bortolini de Sá 
Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Espírito Santo 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
SISTEMA INTEGRADO DE PATRIMÔNIO, ADMINISTRAÇÃO E 
CONTRATOS
FOLHA DE ASSINATURAS
Emitido em 15/08/2022
FOLHA DE APROVAÇÃO-TCC Nº 1/2022 - CAI-CCTE (11.02.18.01.08.02.09) 
 NÃO PROTOCOLADO)(Nº do Protocolo:
 (Assinado digitalmente em 08/09/2022 09:14 )
FABRICIO BORTOLINI DE SA
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO
GUA-CCTE (11.02.22.01.08.01.04)
Matrícula: 2156550
 (Assinado digitalmente em 08/09/2022 08:38 )
IGOR HENRIQUE BELOTI PIZETTA
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO
CAI-CCTE (11.02.18.01.08.02.09)
Matrícula: 1026928
 (Assinado digitalmente em 08/09/2022 09:52 )
TIAGO REINAN BARRETO DE OLIVEIRA
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO
ARA-CCTM (11.02.16.01.03.02.03)
Matrícula: 2156119
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DECLARAÇÃO DOS AUTORES
Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que este
Trabalho de Conclusão de Curso pode ser parcialmente utilizado, desde que faça
referência à fonte e aos autores.
Aracruz, 08 de setembro de 2022
Camila De Carli Ferreira
Iago Mendonça Minchio
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Ifes e a todos os professores pela oportunidade de realizar uma
graduação gratuita e de qualidade.
Ao nosso professor e orientador Igor Pizetta, que mesmo estando distante teve a
disponibilidade de acompanhar e ajudar prontamente nas soluções dos desafios
sempre que precisamos.
Ao Anderson, pela usinagem dos materiais utilizados.
Ao Dionísio, pelo apoio com a montagem elétrica.
Ao Diego, pelos suportes.
E por último mas não menos importante, aos familiares e demais amigos que
apoiaram de alguma forma, vocês são demais!
RESUMO
O presente trabalho destina-se ao projeto e construção de uma extrusora para
filamentos utilizados em impressão 3D, obtidos através da reciclagem de garrafas
PET. Analisando as características essenciais buscadas em filamentos comerciais e
comparando-as com as propriedades possíveis de se obter com a utilização do PET
reciclado, estuda-se a viabilidade de se utilizar esse material para produzir
filamentos de forma pessoal e personalizada. As propriedades mecânicas
insatisfatórias, dificuldade de obtenção dos grânulos e constância na extrusão e
armazenagem dos fios torna-se uma dificuldade a ser superada. Novas
funcionalidades, equipamentos e testagens podem ser agregados à ideia para
aprimorar sua praticidade e possibilidade de aplicação.
Palavras-chave: Extrusora. Filamento. Sustentabilidade. PET. DIY.
ABSTRACT
The present work aims to develop the design and construction of an extruder for
filaments used in 3D printing, obtained through the recycling of PET bottles.
Analyzing the essential properties required in commercial filaments and comparing
them with the possible properties obtained by utilizing the recycled PET, we shall
study the viability of using this material to produce personalized and personal
filaments. The unsatisfying mechanical properties, difficulties in obtaining the
granules e constancy on the extrusion of the wires and ways of storing them,
becomes a difficulty to be overcomed. New functionalities, equipment and testing can
be used to improve its practicality and application.
Palavras-chave: Extruder. Filament. Sustainability. PET. DIY.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO……………………………………………………………………………..7
1.1 OBJETIVOS GERAIS……………………………………………………………….9
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ……………………………………………………….9
2 REFERENCIAL TEÓRICO ……………………………………………………………….9
2.1 HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DE IMPRESSÃO 3D ATÉ OS DIAS DE HOJE
……………………………………………………………………………………………..9
2.2 SOBRE OS MÉTODOS DE IMPRESSÃO 3D…………………………………..11
2.3 AS EXTRUSORAS E SEUS MODELOS ………………………………………..15
2.4 OS MATERIAIS UTILIZADOS PARA A IMPRESSÃO …………………………16
2.4.1 ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno) …………………………………………18
2.4.2 PLA (Ácido Poliláctico)…………………………………………………………..18
2.4.3 PET (Poli Tereftalato de Etileno) ……………………………………………….19
3 METODOLOGIA………………………………………………………………………….21
3.1 PROJETO …………………………………………………………………………..21
3.2 COMPONENTES…………………………………………………………………..22
3.2.1 SISTEMA DE ACIONAMENTO ………………………………………………...22
3.2.1.1 MOTOR …………………………………………………………………………23
3.2.1.2 CONTROLADOR DE VELOCIDADE………………………………………..23
3.2.2 SISTEMA DE TRANSPORTE DE MATERIAL ………………………………..24
3.2.2.1 FUSO……………………………………………………………………………25
3.2.2.2 CAMISA DE REVESTIMENTO DO FUSO ………………………………….25
3.2.3 SISTEMA DE AQUECIMENTO ………………………………………………...26
3.2.3.1 MATRIZ DE AQUECIMENTO ……………………………………………….26
3.2.3.2 CARTUCHOS DE AQUECIMENTO………………………………………...29
3.2.3.3 RELÉ DE ESTADO SÓLIDO …………………………………………………30
3.2.3.4 TERMOPAR ……………………………………………………………………31
3.2.3.5 CONTROLADOR………………………………………………………………31
3.2.4 SISTEMA DE RESFRIAMENTO ……………………………………………….32
3.2.5 SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO………………………………………………..34
3.2.6 SUPORTES ………………………………………………………………………34
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES……………………………………………………….35
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS …………………………………………………………….38
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS……………………………………...38
REFERÊNCIAS …………………………………………………………………………….39
ANEXO 1 – DESENHOS 2D………………………………………………………………44
7
1 INTRODUÇÃO
A busca por praticidade e inovação sempre esteve presente na história. A
descoberta de novos materiais e suas aplicações é algo que move a indústria e abre
caminho para o avanço da tecnologia e das formas de produção. Dentre esses
materiais inovadores, podemos citar o plástico: um produto cuja ascensão se deu na
segunda metade do século XX e já se tornou um dos problemas mais urgentes do
século XXI.
O principal motivo que torna os plásticos tão atrativos é a possibilidade de se
transformarum resíduo da indústria petroquímica em um produto, obtendo-se um
material extremamente barato e com enorme potencial de utilização, com uma gama
impressionante de possíveis características mecânicas. Dessa forma, foi-se
estimulado o consumo desses materiais de forma descartável, substituindo o uso de
embalagens reutilizáveis, gerando enorme lucro para a categoria (Caterbow e
Speranskaya, 2019).
Se por um lado a durabilidade dos materiais plásticos é sua maior vantagem,
também este acaba sendo seu maior defeito. Com um tempo de decomposição na
natureza estimado em mais de 400 anos (Ministério do Meio Ambiente, 2022),
somado à inserção constante desse material nos processos produtivos, seu volume
no meio ambiente tende a aumentar indefinidamente, contaminando oceanos,
alimentos, o solo e até mesmo o ar. A reciclagem desse material pode ser uma das
soluções para essa grave situação, mas ainda caminha a passos lentos. Entre 1950
e 2017, foram produzidos cerca de 9,2 bilhões de toneladas de lixo plástico no
mundo, com apenas 9% desse valor tendo sido reciclado (Geyer, 2019). O Brasil,
quarto maior produtor de lixo plástico do mundo, contribui anualmente com 11,3
milhões de toneladas (o equivalente a 1 kg de lixo plástico por semana para cada
brasileiro) e recicla apenas 1,28% desse valor (WWF, 2019), causando um prejuízo
estimado em 5,7 bilhões de reais anualmente (Agência Brasil, 2018).
A demanda por plásticos descartáveis acelerou-se ainda mais com a pandemia
causada pelo novo coronavírus em 2020, devido à urgente necessidade em escala
global de equipamentos de proteção, como máscaras e luvas médicas, e de
embalagens para delivery. Expondo uma fragilidade por esse tipo de contaminação,
a Organização Mundial da Saúde recomenda que a utilização de máscaras faciais
8
em locais fechados se torne uma prática constante por todos os países. Entretanto,
depender de máscaras descartáveis para suprir esse novo elemento cultural, levaria
a uma produção mensal de 387 mil toneladas de lixo plástico no mundo, e de 10,5
mil toneladas mensais apenas no Brasil (Prata et. al, 2020). Os impactos da
pandemia de Covid-19 ainda serão sentidos por muitos anos também no nosso
modo de produção, acentuando tendências como delivery e o uso de máscaras
permanentemente (Montenegro, 2020), acelerando ainda mais o já crescente
consumo de plásticos descartáveis no mundo.
Somado a essa tendência, uma tecnologia emergente também abre espaço para
ainda mais demanda de material plástico: a tecnologia de fabricação aditivada,
popularmente conhecida como impressão 3D. Capaz de criar peças complexas de
forma relativamente rápida, fácil e barata, as impressoras 3D têm se mostrado
promissoras pela sua grande variedade de usos, indo desde a criação de protótipos
ou peças de arte, ferramentas, aplicações na construção civil ou até implantes
médicos personalizados (Turney, 2014). Graças a essa enorme gama de
possibilidades, a tecnologia tende a se tornar cada vez mais utilizada - e
popularizada - no futuro muito próximo. Já é possível encontrar modelos domésticos
de impressoras 3D, usados para soluções pessoais personalizadas. Tais soluções
também se baseiam, principalmente, na utilização de materiais plásticos como
matéria-prima para os objetos fabricados, devido à sua versatilidade de
propriedades, abundância no mercado e preço acessível. Com a popularização
dessa forma de criação personalizada, é esperado que a demanda por plástico
cresça ainda mais, num cenário que já é desfavorável para o meio ambiente.
O presente trabalho se dedica a construir um protótipo de extrusora de materiais
poliméricos, de forma a produzir filamentos para impressão 3D a partir de materiais
plásticos reciclados, como garrafas PET. Assim, buscamos auxiliar a suprir parte da
demanda por essa matéria-prima devido à popularização da impressão 3D, e facilitar
a deficitária reciclagem de materiais plásticos que o Brasil possui, oferecendo um
uso direto e pessoal para a reciclagem do material.
9
1.1 OBJETIVOS GERAIS
Projetar e montar um equipamento de pequeno porte e baixo custo para a extrusão
de filamentos para impressoras 3D, utilizando pellets de PET reciclado como
matéria-prima.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Desenvolver o projeto de um equipamento extrusor de filamento para
impressoras 3D; 
● Utilizar material PET reciclado proveniente de descartes; 
● Construir uma extrusora com baixo custo de fabricação. 
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DE IMPRESSÃO 3D ATÉ OS DIAS DE HOJE
Em 1986, uma tecnologia de fotopolimerização foi patenteada pelo engenheiro físico
Charles Hull. Essa máquina, mostrada na Figura 1, capaz de criar objetos
tridimensionais por meio de acúmulo de camadas laminares de material solidificado
por reações químicas (Hull, 1986), foi a precursora do que veio a ser conhecido
como manufatura aditiva - também chamada de prototipagem rápida ou,
coloquialmente: impressão 3D. Esse método não teve grande impacto no mercado
logo após sua invenção, por exigir máquinas muito grandes e caras, além de
processos muito demorados e limitados a usos muito específicos (ABIRPLAST,
2014).
Tais impressoras 3D, da década de 1980, tinham seu uso bastante limitado e não
impactaram fortemente o mercado logo após seu lançamento. Resultados
satisfatórios foram percebidos a partir da década de 2000 e cresceram
substancialmente em 2007, ano em que o método Fused Deposition Modeling (FDM)
se popularizou devido ao fim de sua patente (McKinsey, 2013).
10
Figura 1: Primeira máquina de fotopolimerização inventada por Charles Hull, 1986
Fonte: 3DPrint.com
Atualmente, milhares de impressoras pessoais são vendidas por startups em
diversos países do mundo (RAUWENDAAL, 2013). Esse fenômeno se deve
principalmente por inovações incrementais em produtos como placas eletrônicas de
controle, importantes componentes de impressoras, bem como a crescente
comunidade de usuários compartilhando informações pela internet, de forma a
acelerar significativamente o desenvolvimento da tecnologia e sua disseminação
(MATHIAS, 2019).
Dentre as plataformas de colaboração online de usuários de impressoras 3D, há
algumas que já oferecem gratuitamente arquivos digitais de diversos tipos e
utilidades desenvolvidas por consumidores ou usuários finais. Ao final de 2013, os
usuários realizaram mais de 21,1 milhões de downloads (FOX, 2014). Esses
modelos se enquadram em várias categorias, das quais pode-se destacar os
modelos que melhoram as próprias impressoras que os imprimem, gerando uma
melhoria contínua realizada pelos próprios consumidores/usuários (BERGMAN et al,
2014).
Essa é a ideia do projeto RepRap, que utiliza a própria tecnologia FDM e técnicas de
manufatura aditiva para construir impressoras de baixo custo com recursos
inesperados que são replicados total ou parcialmente (BERGMAN et al., 2014). O
11
projeto atraiu novos usuários e colaboradores que também estão inovando em
projetos de software de impressão e geometrias de impressoras. Essa rede
colaborativa se expandiu rapidamente, afinal, o mundo globalizado e a colaboração
facilitada principalmente pela Internet permitem que melhorias incrementais sejam
criadas e divulgadas de forma rápida e pública para stakeholders ao redor do mundo
em alta velocidade (FOX, 2014).
À medida que os equipamentos se tornam mais baratos, a impressora 3D deixa de
ser exclusivamente uma ferramenta de produção para fabricantes e indústrias e se
torna também um produto para consumidores individuais, como autônomos,
microempresas, engenheiros, designers, ourives e escolas (MATHIAS, 2019). Essas
impressoras domésticas de baixo custo têm grande potencial para educação. Elas
podem ser aplicadas desde as séries mais baixas, como um impulso motivacional
para a tecnologia ou como uma ferramenta de aprendizado em matemática, física,
química, biologia, computação e muito mais. Por exemplo, para uso em ciências,
ilustrações de exercícios matemáticosresolvidos por métodos gráficos podem ser
impressas, ou elementos químicos e ligações podem ser impressas em escala
macroscópica (ALSSABBAGH et al., 2017).
2.2 SOBRE OS MÉTODOS DE IMPRESSÃO 3D
Com a vantagem de ter mais pessoas trabalhando em produtos melhores e soluções
criativas para peças e objetos que podem ser impressos, a abordagem FDM
popularizou o mercado de prototipagem rápida após o citado fim de sua patente em
2007, levando ao desenvolvimento de máquinas autorreplicantes conhecidas como
RepRap (ABIRPLAST, 2014). Essas impressoras possuem software e hardware de
código aberto, o que significa que qualquer pessoa pode baixar software e projetos
construindo sua própria versão, o que inspirou a criação de várias impressoras
comerciais baseadas nesse método. (CATTS, 2013). A impressora da Figura 2,
Huxley, é um exemplo de impressora construída pelo método RepRap. Ela possui
seu projeto publicado online para sua construção contendo o passo a passo,
incluindo os projetos 3D de cada peça que pode ser impressa e a lista de itens
necessários para o restante.
12
Figura 2: RepRapPro Huxley
Fonte: reprap.org
O método FDM consiste nas seguintes etapas (BLEIJERVELD, 2014):
1) O filamento é desenhado por um sistema chamado extrusor. Este filamento é
então passado por um tubo metálico denominado Heat Breaker (garganta do
extrusor), que encaminha o material por dentro de um bloco de metal, feito
geralmente de alumínio, e que possui resistor e termistor. Tal bloco gera altas
temperaturas que permite a fusão do filamento (ABREU, 2015).
2) Após o filamento ser fundido, ele é forçado através de um bico extrusor e
depositado em uma mesa, formando novas peças camada por camada
(IDGNOW, 2015).
Atualmente, as impressoras FDM são os principais alvos de aquisição no mercado
de impressão 3D. Essas impressoras, como a da Figura 3, são tipicamente modelos
de nível básico para a fabricação de peças, possuem simplicidade de operação e
matérias-primas baratas suportam muito a relação custo-benefício do dispositivo
(CATTS, 2013), o que levou a fabricação de impressoras 3D a crescer 32% em 2016
devido aos modelos de uso pessoal que agora oferecem maiores volumes e
13
menores preços. O processo FDM apresenta as seguintes vantagens (ABREU,
2015):
● Pode fabricar peças com até 85% da resistência obtida ao se utilizar
moldagem por injeção;
● Fácil troca de material de impressão;
● Mínimo desperdício de material;
● Remoção de suportes manualmente ou por solução (alcalina ou limoneno) de
forma simplificada.
E as seguintes desvantagens (ABREU, 2015):
● O processo de fabricação é mais lento em comparação com outras
tecnologias de impressão 3D;
● Dependendo do tipo de material utilizado, pode fazer com que as peças
encolham e venham a deformar-se devido a altos gradientes térmicos.
Figura 3: IMPRESSORA 3D FDM CREALITY ENDER-3 S1
Fonte: Loja e-spot
14
Os materiais disponíveis para impressoras 3D são diversos e acessíveis. Os tipos
mais utilizados são: ácido poliláctico (PLA), acrilonitrila butadieno estireno (ABS),
polietileno tereftalato (PETG) e a poliamida (PA), comercialmente conhecida como
Nylon (ABIRPLAST, 2014).
Destes, os mais acessíveis são PLA e ABS. O PLA é um polímero plástico inodoro
que requer menos energia térmica para derreter do que o ABS e é utilizado em
várias indústrias, como implantes médicos biodegradáveis e embalagens de
alimentos. Em contraste, o ABS é um material mais durável e pode suportar
temperaturas mais altas. O nylon é um polímero muito resistente e flexível quando
utilizado em peças de paredes finas (ALSSABBAGH et al. 2017).
O PETG, por sua vez, é uma combinação de várias concentrações de PET e
etilenoglicol, sendo ainda mais resistente mecanicamente que o PLA e, apesar de
não ser biodegradável, é considerado seguro para alimentos, aprovado pela Food
and Drug Administration (FDA), agência norte-americana encarregada de proteger e
promover a saúde de seus cidadãos (ALSSABBAGH et al., 2017).
A extrusão pode ser definida como o processo de moldar um material para produzir
um produto, forçando-o através de um orifício ou ferramenta chamada matriz,
mantendo a pressão e a temperatura uniformes (DABAGUE, 2014). As propriedades
mais importantes do material a ser extrudado incluem densidade aparente,
coeficiente de atrito, tamanho de partícula e formato de partícula. Com essas
propriedades, o comportamento do material durante a extrusão pode ser descrito
com razoável precisão (DABAGUE, 2014).
Para fundir o polímero uniformemente, uma matriz de aquecimento precisa ser
aplicada ao redor do cilindro. Para obter um controle de temperatura uniforme, os
termopares adicionados na entrada e saída do material devem ser conectados a um
controlador eletrônico tipo PID (ABIRPLAST, 2014).
É necessário estar atento ao fato de que muitos polímeros podem ser prejudiciais à
saúde humana. Isso pode ser devido às suas interações com outros materiais, ou
mesmo as altas temperaturas que podem atingir durante a extrusão. A utilização de
um banco de dados Material Safety Data Sheet (MSDS) pode ser útil, principalmente
porque o manuseio inadequado ou o uso do material errado pode trazer
consequências graves (BLEIJERVELD, 2014). Por exemplo, ao aquecer o cloreto de
polivinila (PVC), libera-se ácido clorídrico, que pode atacar os pulmões de pessoas
15
próximas ao processo e oxidar componentes do equipamento. A mistura de acetato
com nylon, polímeros fluorados ou ionômeros em uma extrusora reage para liberar
formaldeído, um gás inflamável com potencial carcinogênico. O operador da
extrusora deve sempre considerar os materiais com os quais está trabalhando, suas
interações e o limite máximo de temperatura que cada material pode atingir
(ALSSABBAGH et al. 2017).
A vantagem de se ter uma extrusora caseira é poder fazer filamentos a um preço
mais baixo, devido ao fato de que a matéria-prima é mais barata do que o filamento
comercial, além de se poder misturar materiais para criar propriedades únicas,
misturar filamentos, e se obter cores diferentes. Também possibilita a fabricação de
pequenas quantidades de filamento sob demanda para garantir suas propriedades
após fabricação, como controle de umidade e flexibilidade (IDGNOW, 2015).
2.3 AS EXTRUSORAS E SEUS MODELOS
A extrusão é um dos processos mais importantes na indústria de processamento de
materiais. Esse método consiste em forçar material pastoso através de pequenos
orifícios formados de acordo com a geometria do canal. O processo é utilizado para
diversos materiais como cerâmicas, metais, polímeros e é frequentemente utilizado
na fabricação de massas, cereais e embutidos na indústria alimentícia (FRANCOIS,
2013). Um de seus usos notáveis também inclui o processamento de material
plástico aquecido. Após o processo de extrusão, o material é calibrado, resfriado e
laminado conforme seu destino. Pode ter geometria e espaçamento variáveis em
toda a sua extensão (PLAZA et al., 2019).
As extrusoras podem ser classificadas como extrusoras de fuso simples (single
screw) ou extrusoras multi-fusos. Entretanto, as extrusoras de fuso simples são as
mais utilizadas na indústria de polímeros, devido a sua facilidade de se fabricar, o
que a torna relativamente barata. Portanto, extrusoras de fuso simples podem
atender a diferentes aplicações (FRANCOIS, 2013).
O equipamento que realiza a extrusão, chamado de extrusora, é caracterizado por
promover um movimento giratório de um fuso em um tubo fixo, necessitando de uma
abertura no início (alimentador) e uma abertura no final (bico). Portanto, a rosca ou o
parafuso sem-fim do sistema atua basicamente como uma bomba que transporta,
16
conduz, derrete, homogeneiza e pressuriza o material granular de forma contínua e
suave até sua saída (FRANCOIS, 2013). Na entrada da extrusora, que é a região
onde se recebe e transporta o material, o diâmetro do parafuso é pequeno e o passo
é grande, o processo de aquecimento começa no meio,e o material é comprimido e
derretido ao mesmo tempo (Blaskaim, 2012). Ao final da rosca, o diâmetro aumenta
e o passo diminui para obter maior compressão e dosagem do plástico fundido
através da matriz (BRASKEM, 2012). A seção do orifício da matriz é geralmente
menor que o passo final da rosca de extrusão, de forma que, na região entre a
matriz e a rosca, é aplicada uma pressão elevada ao material. Essa compressão faz
com que o plástico fundido se expanda logo após passar pela matriz de extrusão,
para então se contrair devido ao processo de resfriamento (PLAZA et al., 2019).
As principais aplicações dos produtos obtidos a partir dos processos de extrusão de
plásticos são: embalagens, sacos, tubos, perfis e mangueiras. É também a partir
deste processo que se obtêm filamentos para impressoras 3D comerciais, sejam
elas de 1,75mm, 2,85mm ou 3mm de diâmetro (LOPES, 2016). Atualmente já
existem alguns fabricantes de equipamentos de extrusão de filamentos. Algumas
instalações possuem linhas de extrusão completas, incluindo resfriadores e
bobinadeiras, mais voltadas para empresas que fabricam filamentos para
impressoras 3D e são projetadas para matérias-primas virgens (PLAZA et al., 2019).
No entanto, também existem fornecedores de equipamentos para usuários comuns.
Essas máquinas são capazes de reciclar resíduos da impressão 3D. A maioria
desses dispositivos é fabricada por empresas recém-criadas, na maioria das vezes
financiadas por meio de crowdfunding (CAMPBELL e SPALDING, 2013).
2.4 OS MATERIAIS UTILIZADOS PARA A IMPRESSÃO
Dentre as mais recentes e avançadas técnicas de impressão 3D, podemos destacar
a sinterização seletiva a laser, a sinterização direta a laser sobre metal e a
tecnologia de jato de tinta, que são realizadas por deposição em camadas, casos em
que o material é depositado na forma de pó em cima de outro (ALVES, MATTOS e
AZEVEDO, 2017). É importante ressaltar a aplicação da metalurgia do pó em
relação a outros métodos, pois traz vantagens consideráveis ao final do projeto
(Fonda, 2013). Esse método de impressão 3D envolve a aplicação de jato de
17
material em pó através de cartuchos de impressão utilizados pela impressora, que
são seletivamente unidos por outro cartucho que contém um material aglutinante.
Esse tipo de tecnologia é a mais rápida do mercado atualmente, e a única que
permite aplicar sombreamento final aos objetos (PORSANI, SILVA e HELLMEISTER,
2017).
Entretanto, o mais comumente utilizado neste trabalho é a deposição de camadas,
técnica na qual camadas são depositadas uma em cima da outra, a partir de
modelos 3D fatiados ou dados CAD dentro de um sistema computacional, até que o
objeto final seja montado (Campbell e Spalding, 2013).
À medida que esta máquina é utilizada em vez da usinagem tradicional para derreter
metal em lingotes, é possível obter-se uma economia significativa de custos e
energia, de forma que nenhum material é desperdiçado neste tipo de processo, pois
apenas se é utilizado o material para produzir o produto. Devido à economia do
manuseio do refrigerante, eles não são mais necessários no processo produtivo
(PORSANI, SILVA e HELLMEISTER, 2017).
Já para a fabricação de objetos menores, recomenda-se a impressão 3D em gel,
técnica que utiliza lasers focados em diferentes pontos e distâncias, processando o
material até o ponto em que ele se torna sólido. Dessa forma, todas as partes não
focadas restantes são consideradas materiais extras e, portanto, separadas da obra
(LOPES, 2016). Objetos de tamanho menor que 100 nanômetros podem ser criados
por esse método.
Os materiais comumente usados nas impressões são classificados de acordo com
sua estrutura cristalina, temperatura de processamento, propriedades e custo. Na
base da pirâmide estão os materiais comerciais, utilizados principalmente na
fabricação de componentes que não requerem propriedades especiais de
engenharia devido à sua facilidade de disponibilidade e processamento
(CASAGRANDE, 2013). No topo da pirâmide estão os termoplásticos desenvolvidos
para aplicações específicas que requerem materiais de alta performance, como
PEEK e PEI. Esses se tratam de materiais mais caros, além de também exigirem
equipamentos especialmente desenvolvidos para sua impressão, de forma a atingir
um melhor aquecimento e controle de refrigeração, garantindo a qualidade e
estabilidade do produto (MARTINEZ et al. 2019).
18
De um modo geral, quanto melhores suas propriedades mecânicas, maior a
temperatura de processamento necessária e, portanto, mais difícil se torna imprimir
e controlar o dimensionalmente da amostra, pois materiais que exigem altas
temperaturas de processamento são mais propensos a empenar e causar alterações
dimensionais, devido a suas maiores taxas de resfriamento. Isso cria um estresse
interno mais severo em todo o processo de impressão (RAUWENDAAL, 2013).
2.4.1 ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno)
Como citado anteriormente, um dos polímeros mais utilizados pelas empresas por
conta de suas propriedades é o ABS. As aplicações do ABS envolvem a fabricação
de equipamentos eletrônicos e elétricos, indústria automotiva, instrumentos de
telecomunicações entre outras. Uma de suas limitações é a necessidade da
utilização de uma mesa aquecida, para evitar o empenamento da peça. O material
plástico ABS é derivado do petróleo e possui as seguintes propriedades (ALVES,
MATTOS e AZEVEDO, 2017):
● Altos valores de tensão e módulo de elasticidade;
● Alta dureza e resistência mecânica;
● Alta resistência ao impacto em baixas temperaturas;
● Alta estabilidade dimensional à temperatura;
● Baixa absorção de água;
● Alta estabilidade dimensional;
● Alta estabilidade a reagentes químicos;
● Estabilidade contra a formação de rasgos por estresse em relação ao
poliestireno;
● Sem resistência às intempéries devido ao 1,3-butadieno.
2.4.2 PLA (Ácido Poliláctico)
Já o plástico PLA é um material biodegradável obtido a partir do ácido lático, que é
processado a partir da glicose do milho ou arroz que pode ser obtido por
condensação direta de ácido lático ou por polimerização por abertura de anel de
lactonas (lactídeos cíclicos). O PLA se tornou muito popular no campo da tecnologia
19
de impressão 3D por se tratar de um polímero biodegradável, derivado de recursos
renováveis , como milho, trigo e cana-de-açúcar, e por possuir boas propriedades
mecânicas devido às baixas temperaturas de processabilidade, aproximadamente
55-65ºC (CASAGRANDE, 2013).
Dessa forma, esse material é altamente adequado à temperatura ambiente,
permitindo a extrusão direta em placas de construção usando métodos
convencionais. É um polímero de presa rápida, característica importante quando se
é necessário aumentar a velocidade de extrusão e otimizar o tempo de deposição do
material. Além desses fatores, possui baixo estresse térmico, reduzindo a tendência
de empenamento devido ao gradiente térmico entre operar em temperatura
ambiente e a temperatura do material da peça (190-220ºC).
Diferenças na cristalinidade das amostras podem ser observadas, pois a
cristalinidade do PLA nacional é 13% maior que a do PLA importado. A cristalinidade
de um material polimérico é determinada pela forma e simetria de suas moléculas,
pela ramificação da estrutura, rigidez, regularidade e parâmetros de processamento
(CASAGRANDE, 2013). Portanto, essa diferença pode estar relacionada ao método
de produção do filamento e ao tipo de configuração da cadeia de PLA utilizada na
formulação.
Visualmente, observou-se que o PLA Nacional era brilhante, enquanto o PLA
importado era fosco, e os testes demonstraram a diferença (ALVES, MATTOS e
AZEVEDO, 2017). A cristalinidade dos termoplásticos semicristalinos tem um efeito
significativo em suas propriedades mecânicas e viscoelásticas. Teoricamente, a
parte cristalina é responsável pelo aumento da rigidez e resistência à tração,
enquanto a fase amorfa é responsável pelo aumento da tenacidade
(CASAGRANDE, 2013).
2.4.3 PET(Poli Tereftalato de Etileno)
O plástico PET é um polietileno termoformado extremamente moldável, pertencente
à família dos poliésteres. Graças ao processo de reaproveitamento desse produto,
que pode ser 100% reciclável com baixo custo nesse processo, o PET se tornou
extremamente popular em embalagens descartáveis. Suas vantagens incluem sua
facilidade em conformação mecânica, resistência a variação de temperatura,
20
quimicamente inerte, alta resistência ao impacto, baixa absorção de umidade após
sua conformação, e fácil reciclagem (Polybrasil, 2020).
Apesar de suas vantagens consideráveis e de sua cultura de reciclagem ao redor do
mundo bem estruturada, o PET é particularmente pouco atraente para a impressão
3D, por necessitar de um cuidadoso processo de secagem para evitar sua hidrólise
durante a extrusão (DOLLE, 2020). Para contornar tal desvantagem, costuma-se
adicionar glicol ao composto, obtendo-se o polímero conhecido como PETG.
2.4.4 PETG (Polietileno Tereftalato Glicol)
O PETG é uma combinação de várias concentrações de PET e etilenoglicol, sendo
ainda mais resistente mecanicamente que o PLA e, apesar de não ser
biodegradável, é considerado seguro para alimentos, aprovado pela Food and Drug
Administration (FDA), agência norte-americana encarregada de proteger e promover
a saúde de seus cidadãos (ALSSABBAGH et al., 2017).
Sua composição que inclui o glicol apresenta características superiores em relação
ao PET no que diz respeito à resistência e flexibilidade, além de reduzir seu ponto
de fusão, o que torna sua extrusão muito mais facilitada, deixando-o atraente para a
impressão 3D, sendo um dos materiais mais utilizados para filamentos
(Filament2print, 2019)
21
3 METODOLOGIA
O fluxograma abaixo, contido na Figura 4, apresenta o processo de construção da
extrusora, evidenciando as etapas necessárias para o desenvolvimento do projeto.
Figura 4: Fluxograma de projeto
Fonte: Autores
Valendo-se dos conceitos abordados até então e das discussões acerca de questões
ambientais e financeiras, o projeto destina-se à reciclagem de material polimérico,
de forma a promover economia de custo em matéria prima (bobinas de filamento),
além de minimizar a geração de lixo plástico. A seguir se encontram os
componentes utilizados para a construção da extrusora, e seus respectivos projetos.
3.1 PROJETO
A etapa de construção do equipamento começa pela sua idealização. O
equipamento deve ser capaz de receber material polimérico granulado e atuar como
22
uma extrusora, encaminhando-o e forçando-o através de um orifício localizado em
uma matriz aquecida, que fará a matéria-prima atingir um estado pastoso.
Dessa forma a configuração apresentada na Figura 5 será utilizada. A modelagem
de cada peça foi realizada no software Fusion 360 da Autodesk.
Figura 5: Projeto 3D
Fonte: Autores
3.2 COMPONENTES
3.2.1 SISTEMA DE ACIONAMENTO
O sistema de acionamento da extrusora é responsável por rotacionar o fuso, que
leva o material polimérico até a matriz de aquecimento. Para tal, a velocidade de
rotação proporcionada pelo sistema deve ser baixa, entregando um elevado torque,
que será responsável por forçar o material derretido através do bico de saída.
O sistema de acionamento utilizado é composto de dois componentes: o motor e o
controlador de velocidade.
23
3.2.1.1 MOTOR
Para atender às necessidades do projeto, foi escolhido um motor sem-fim de
corrente contínua acoplado a uma caixa de redução, mostrado na Figura 6, da
marca Bringsmart.
Figura 6: Motor
Fonte: AliExpress
O modelo selecionado apresenta um baixo custo em relação ao torque que é capaz
de entregar, sendo suficiente para a aplicação. Suas especificações aparecem na
Tabela 1, vista abaixo.
Tabela 1: Dados do motor
Tensão de alimentação [ ]𝑉 12
Rotação [ ]𝑟𝑝𝑚 6
Torque [ ]𝑘𝑔𝑓 · 𝑐𝑚 25
Fonte: Autores
3.2.1.2 CONTROLADOR DE VELOCIDADE
Para regular a rotação do motor, possibilitando um ajuste de torque, foi utilizado um
controlador analógico de velocidade no sistema. O ajuste do torque entregue pelo
24
sistema de acionamento é essencial para se adequar aos diferentes tipos de
polímeros que podem vir a ser utilizados pela extrusora, bem como variações na
temperatura ambiente e umidade relativa percebidas durante a prática.
Figura 7: Controlador de velocidade
Fonte: AliExpress
O controlador, Figura 7, modula a potência de entrada que alimenta o motor, e em
sua construção utiliza um potenciômetro para controlar a rotação de saída de forma
proporcional à potência de entrada, como é mostrado na tabela a seguir. O modelo é
compatível com o motor, sendo do mesmo fabricante, Bringsmart.
Tabela 2: Relação Tensão x Rotação
Porcentagem
da Potência Tensão [V] Rotação
[RPM]
100% 12 6
75% 9 4,5
50% 6 3
Fonte: Autores
3.2.2 SISTEMA DE TRANSPORTE DE MATERIAL
O sistema de transporte é responsável por conduzir o material até o bico extrusor. O
polímero granulado é depositado através do orifício de entrada e, através da rotação
25
de um fuso inserido em uma camisa de revestimento, esse material será
transportado por todo o seu percurso até o bico de saída. Quanto mais uniforme for
esse transporte, mais homogêneas serão as características finais do filamento
produzido.
O sistema de transporte de material é composto pelo fuso e por sua camisa de
revestimento.
3.2.2.1 FUSO
O fuso é o equipamento responsável por gerar a pressão necessária para possibilitar
a extrusão. Graças à sua geometria, à medida que o mesmo rotaciona, o material
inserido em seus vãos é transportado à frente.
Para atender a essa função, foi utilizada uma broca rápida para madeira, feita de
aço carbono. Ela possui diâmetro de 8 mm, comprimento de 150 mm de canal, 235
mm de comprimento total e o passo de 18,75mm. Sua representação, vista na
Figura 8, também foi modelada no Fusion 360.
Figura 8: Broca
Fonte: Autores
3.2.2.2 CAMISA DE REVESTIMENTO DO FUSO
A camisa de revestimento tem a função de envolver o fuso, de forma a não permitir
que o material granulado escape após ser inserido no sistema. Um orifício em sua
geometria também proporciona a entrada do polímero no sistema, direcionado por
um funil não fixado. O equipamento se estende desde o início do fuso e percorre
todo o caminho até dentro da matriz de aquecimento.
Para a camisa do fuso, foi utilizado um tubo Schedule 40 ¼’’, fabricado em aço inox
AISI 304. O tubo possui um diâmetro interno de 9,4mm, com espessura de parede
26
de 2,16mm e um comprimento total de 180mm. Sua modelagem 3D é mostrada na
Figura 9 e seu projeto 2D consta no Apêndice A, folha 2.
Figura 9: Camisa de revestimento do fuso
Fonte: Autores
3.2.3 SISTEMA DE AQUECIMENTO
Medir e manipular a temperatura é parte fundamental da atividade, principalmente
pela necessidade de se atingir o ponto de fusão do material polimérico utilizado. Tal
processo é essencial para garantir a homogeneidade desejada e, com isso, obter
melhores características mecânicas, além de tornar possível a utilização de
materiais distintos.
O sistema de aquecimento é responsável por receber o material, enviado pelo
sistema de transporte, aquecendo-o até próximo de sua temperatura de fusão,
estando onde o polímero se torna pastoso e será forçado através do bico de saída,
atingindo um formato de filamento.
Para compor o sistema de aquecimento é necessária uma matriz de aquecimento,
cartuchos de aquecimento, e controle de temperatura contendo um controlador, um
termopar e um relé de estado sólido.
3.2.3.1 MATRIZ DE AQUECIMENTO
O elemento responsável por conduzir o calor dos cartuchos de aquecimento ao
material polimérico e dar a forma final ao filamento é chamado de matriz de
aquecimento. Formada por um bloco maciço de latão, material com boa
condutividade térmica, composta de furos usinados de forma a acomodar os
27
cartuchos, o termopar e o sistema de transporte de material, com furos laterais para
fixação. A matriz térmica e as posições de cada furo foram representadasnas
Figuras 10 e 11, respectivamente, e seu projeto 2D consta no Apêndice A, folha 1.
Figura 10: Matriz de aquecimento 3D
Fonte: Autores
Figura 11: Detalhes da matriz de aquecimento
Fonte: Autores
Também é na matriz de aquecimento que está localizado o bico de saída, região
composta de superfícies expandidas, aletas, utilizadas para maior dissipação de
calor. Essa adição é importante para que o polímero, ao ser expulso do sistema na
28
forma de filamento, seja resfriado rapidamente, de forma a manter a sua geometria,
respeitando o limite dimensional necessário para que o filamento possa ser utilizado
em uma impressora 3D comercial. Atualmente o diâmetro mais popular entre os
filamentos é de 1,75mm.
O modelo da matriz de extrusão foi baseado no trabalho de conclusão de curso de
SILVA (2018), porém modificado. Seu projeto inicial possuía 3 furos e algumas
diferenças de dimensões, assim como a quantidade de aletas em seu bico extrusor.
A escolha da disposição dos furos que recebem os cartuchos de aquecimento foi
feita com base na simulação térmica contida na Figura 12, realizada no Fusion 360,
software da Autodesk.
Figura 12: Análise térmica da matriz
Fonte: Autores
Percebe-se que optando por quatro cartuchos ao invés de três, é obtida uma
distribuição mais homogênea de temperatura ao redor do furo central, onde se
encaixa o sistema de transporte de material. A disposição dos cartuchos desse
modo também permite uma melhor medição de temperatura pelo termopar. Dessa
forma, é esperado que o polímero recebido venha a apresentar melhores
características.
29
3.2.3.2 CARTUCHOS DE AQUECIMENTO
Os quatro cartuchos instalados na matriz de aquecimento são responsáveis pelo
processo de elevar a temperatura do polímero utilizado, transportando essa energia
através do revestimento de latão onde estão inseridos. Encapsulados por aço
inoxidável, os cartuchos, que são retratados pela Figura 13, possuem como núcleo
uma resistência cerâmica de alta potência e fios resistentes à altas temperaturas.
Figura 13: Cartucho de aquecimento
Fonte: Mercado Livre
Os cartuchos escolhidos são da marca Reymann e possuem as seguintes
especificações: 50W de potência, e dimensões de 6mm para seu diâmetro e 35mm
para seu comprimento de aquecimento, além de trabalhar em uma tensão de 127V.
Para saber o quanto de material os cartuchos são capazes de aquecer é possível
determinar a densidade da potência, que retrata a transferência térmica da
resistência para o material metálico. Medida em watts por área da superfície
aquecida, sua fórmula é dada por:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑊
π × 𝐷 × 𝐻𝐿
Onde:
→ Potência do cartucho𝑊 [𝑊]
→ Diâmetro da região de aquecimento𝐷 [𝑚𝑚]
30
→ Comprimento aquecido𝐻𝐿 [𝑚𝑚]
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 50
π × 6 × 35
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 0, 0758 𝑊
𝑚𝑚²
3.2.3.3 RELÉ DE ESTADO SÓLIDO
O relé de estado sólido, ou SSR em sua sigla em inglês (Solid State Relay), é um
dispositivo semicondutor capaz de produzir modificações súbitas em um ou mais
circuitos elétricos. Dessa forma, o relé é capaz de abrir ou fechar um contato de
acordo com um sinal de entrada. Por isso, trata-se de um importante componente
para o controle de temperatura, uma vez que sua configuração instalada em
conjunto com o controlador e o termopar permite manter a temperatura estável no
valor desejado. Ele é acionado ou não conforme o sinal do controlador.
O modelo selecionado foi o ZGT-40 DA, apresentado na Figura 14, que é capaz de
operar controlando uma corrente de até 40A e possui um tempo de resposta de
aproximadamente 10 ms. Deve-se tomar cuidado ao manusear esse equipamento,
uma vez que sua temperatura pode atingir até 75ºC durante a operação.
Figura 14: SSR
Fonte: AliExpress
31
3.2.3.4 TERMOPAR
O termopar foi o sensor de temperatura escolhido para o sistema, principalmente por
ser relativamente barato e possuir uma faixa de medição bastante ampla. Trata-se
de um equipamento constituído de dois metais distintos unidos em uma de suas
extremidades. Caso exista uma diferença de temperatura entre a extremidade unida
e as extremidades livres, verifica-se o surgimento de uma diferença de potencial que
pode ser medida por um voltímetro.
O modelo selecionado foi o tipo K, exibido na Figura 15, feito de cromel e alumel, e é
capaz de medir temperaturas entre -200ºC e 1370ºC. Sua precisão de
aproximadamente 2ºC é aceitável para a aplicação.
Figura 15: Termopar
Fonte: Aliexpress
3.2.3.5 CONTROLADOR
O controlador é um dispositivo capaz de ler as variações de temperatura medidas
pelo termopar e corrigi-las através do acionamento do relé de estado sólido,
mantendo-a dentro dos parâmetros pré-estabelecidos. Assim, um valor de
temperatura será definido pelo usuário, que vai medir a temperatura do sistema
através de seu termopar. O relé de estado sólido, que tem a função de abrir ou
fechar o circuito, mantém a temperatura variando em torno da temperatura desejada.
32
O modelo selecionado foi o REX C-100, mostrado na Figura 16, que atua com uma
entrada tipo K (o mesmo do termopar), que utiliza um controlador
Proporcional-Integral-Derivativo (PID) como forma de funcionamento.
Os controladores de temperatura PID trabalham usando uma equação para calcular
a diferença entre o ponto de ajuste de temperatura desejado e a temperatura atual
do processo e, em seguida, prediz quanta energia usar nos ciclos de processo
subsequentes para garantir que a temperatura do processo permaneça o mais
próximo possível do setpoint, eliminando o impacto mudanças no ambiente de
processo.
Figura 16: Termostato digital
Fonte: Aliexpress
3.2.4 SISTEMA DE RESFRIAMENTO
Ao ser expulso através do bico de saída, o polímero, agora em um formato de
filamento, precisa manter suas características mecânicas e geométricas,
necessitando, dessa forma, de um rápido resfriamento. Parte desse resfriamento é
realizado pelas aletas existentes no bico extrusor da matriz de aquecimento, o
restante se torna responsabilidade do sistema de resfriamento.
Ao soprar o ar ambiente diretamente sobre o filamento recém expulso, cria-se uma
convecção forçada, aumentando a taxa de transferência de calor do filamento para o
ambiente.
O equipamento utilizado para o sistema de resfriamento foi o ventilador portátil USB
da marca Bright, que funciona com uma tensão de 5V e possui 170mm de diâmetro.
33
Figura 17: Ventilador
Fonte: Autores
O ventilador escolhido possui regulagem angular, o que permitiu direcionar o vento
em vários ângulos, testando assim a eficiência de cada incidência.
Figura 18: Regulagem do ventilador
Fonte: Autores
34
3.2.5 SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO
A alimentação do sistema de controle de temperatura é 127V, portanto basta ser
ligado na rede elétrica convencional.
O motor e seu controlador de velocidade necessitam de uma fonte de alimentação
de 12V. Essa fonte foi reaproveitada de outra utilização e, portanto, não se tem mais
dados técnicos.
O ventilador utilizou uma fonte de 5V, que também foi reaproveitada de descartes.
3.2.6 SUPORTES
Os suportes são imprescindíveis para fornecer a sustentação e união de todas as
peças e equipamentos. A fim de reduzir os custos extrusora, ela foi montada tendo
como base um suporte de madeira de 2 cm de espessura.
Figura 19: Suportes montados
Fonte: Autores
35
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Foram realizados testes de extrusão com pellets de diferentes granulometrias, como
evidenciado na Figura 20. Nesses testes o fuso apresentou dificuldades no
transporte de pellets maiores, o que aponta a necessidade de incluir um sistema de
moagem e mistura antes da deposição de material na extrusora. A inclusão de tal
sistema também permitiria a adição do glicol ao PET para transformá-lo em PETG, o
que resultaria em um filamento menos quebradiço e com uma menor temperatura de
fusão.
Figura 20: Granularidade média de 3mm x granularidade média de 6mm 
Fonte: Autores
Como pressupostoanteriormente, é notável a influência que a geometria da matriz
tem em afetar diretamente a eficiência do equipamento construído. Os quatro
cartuchos de aquecimento proporcionam um aquecimento rápido ao sistema,
atingindo a temperatura de 230 graus Celsius em 4 minutos e 56 segundos. Tal
performance pode ainda ser melhorada se a matriz for revestida com um material
isolante térmico. Para fins de testes, nenhum isolamento foi utilizado.
O torque de 25kgf.cm do motor se mostrou insuficiente para extrudar o material PET
na temperatura desejada de 230 graus Celsius, portanto foi necessário aumentar a
temperatura do sistema em 15 graus para tornar possível sua extrusão, como
demonstrado na Figura 21. Tal aumento de temperatura demonstrou ainda mais a
importância da dissipação de calor na região aletada, pois é necessário que o
filamento se solidifique ao sair da matriz para que o diâmetro requerido seja mantido.
36
Figura 21: Controle de temperatura durante a extrusão
Fonte: Autores
Os filamentos resultantes dos testes, representados na Figura 22, possuem diâmetro
não uniforme, característica imprescindível para realizar os testes de impressão 3D.
Por também serem muito quebradiços, o que dificultaria ainda mais o processo, tais
testes não foram realizados. A característica de constância do diâmetro é possível
de ser obtida adicionando um sistema de bobinamento à saída do material. O
sistema consiste em enrolar o fio extrusado numa velocidade constante, mantendo
assim o diâmetro requerido uniforme. Os filamentos obtidos apresentaram diâmetro
que variava desde uma espessura demasiadamente fina, ocasionando o rompimento
do filamento, atingindo até espessuras medidas em 2,1mm de diâmetro.
Também foi observado que, para melhores resultados, a deposição de material deve
ser contínua e o vento do sistema de resfriamento não pode ser direcionado de
37
frente para o bico extrusor, pois solidifica o PET antes dele ser extraído, obrigando o
motor a realizar mais força.
Figura 22: Filamentos resultantes
Fonte: Autores
Os preços de aquisição de cada item do projeto estão descritos na tabela 3,
mostrada abaixo. Não foram contabilizados os fretes e não foi necessário contratar
nenhum serviço de usinagem. O valor total da construção resultou em R$ 771,15.
Tabela 3: Preço dos itens
Componente Valor Unitário Quantidade Valor Total
Tarugo de Latão R$ 275,00 1 R$ 275,00
Tubo de Aço Inox R$ 34,18 1 R$ 34,18
Conjunto de Controle de Temperatura R$ 75,00 1 R$ 75,00
Conjunto Motor e Controlador de Velocidade R$ 70,00 1 R$ 70,00
Cartuchos de Aquecimento R$ 44,00 4 R$ 176,00
Acoplamento R$ 40,97 1 R$ 40,97
Madeiras para suporte R$ 20,00 5 R$ 100,00
Fonte: Autores
38
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Apesar dos pontos de melhoria citados, após a sua montagem foi comprovada a
viabilidade do projeto e que é possível construir uma extrusora de filamentos para
impressão 3D de baixo custo, promovendo a reciclagem de materiais poliméricos.
Várias peças que seriam descarte puderam ser reaproveitadas e, dessa forma, foi
reduzido ainda mais o custo final.
Caso os sistemas adicionais sejam incluídos, é possível gerar um produto de valor
agregado, os filamentos para impressora 3D.
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
● Melhoria dos suportes e isolamento do sistema, com o objetivo de obter
melhor fixação e mais segurança;
● Adição de um funil fixo para deposição constante de material;
● Estudo da vazão volumétrica de material e, caso necessário, melhoria e
substituição do motor por um com mais torque;
● Desenvolvimento e inclusão de um sistema de moagem e mistura de material,
a fim de poder reaproveitar peças prontas que não serão utilizadas, obter
pellets menores e promover a mistura prévia do glicol ao PET, para gerar o
PETG;
● Desenvolvimento e inclusão de um sistema de bobinamento no fim do
processo, para a obtenção de um filamento de diâmetro uniforme;
● Análise dos filamentos obtidos;
● Estudo da temperatura para a reutilização de outros materiais poliméricos,
como o nylon, resíduo existente no Ifes campus Aracruz ou peças impressas
de PLA ou ABS que não serão utilizadas;
● Estudo aprofundado da matriz de aquecimento.
39
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ANEXO 1 – DESENHOS 2D
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