DESAFIO DO CLIENTE
Produtos e componentes feitos com processos de fabricação de aditivos muitas vezes têm formas complexas com espessura de parede variável e seções finas que são difíceis de testar. Tentar criar múltiplas amostras de tamanho padrão dos materiais usados nestes produtos ou componentes é demorado e caro. Também pode ser problemático por causa do potencial para histórico térmico diferente durante a fabricação - um efeito do tamanho no qual paredes finas na faixa de décimos de milímetro exibirão propriedades diferentes daquelas de uma amostra de tamanho maior. Para avaliar as reais propriedades mecânicas do material, as amostras devem ser representativas, o que significa que devem ser extraídas de um componente real, ou então feitas no mesmo local com a mesma orientação e na mesma faixa de tamanho. Por todas estas razões , testes de pequenas amostras de corpos de prova podem fornecer uma representação mais precisa das propriedades do material.
O COMTES FHT, um instituto de pesquisa privado na República Tcheca, vem aperfeiçoando técnicas de teste de pequenos corpos de prova há mais de 15 anos. Prof. Ing. Jan Dzugan, Diretor de P&D no COMTES FHT, criou o laboratório de testes mecânicos em 2006, e os métodos de teste de pequenas dimensões foram o primeiro projeto de pesquisa de longo prazo no instituto. Atualmente, Dzugan lidera os esforços para implementar os requisitos de testes em corpos de prova de pequenas dimensões em normas para testes uniaxial, de acordo com a ASTM E28, e manufatura aditiva, de acordo com a ASTM F42. Sua tese de doutorado supervisionada, assim como muitos de seus trabalhos científicos, são focados em testes com corpos de prova de pequenas dimensões.
"Antes de falarmos mais sobre corpos de prova de pequena dimensão, seria bom esclarecer o que isso significa para nós ", avalia Dzugan. "Como o tamanho padrão dos corpos de prova para cada teste são diferentes, podemos afirmar, a grosso modo, que o volume de amostras de tamanho pequeno é cerca de 100 vezes menor". No campo dos testes em corpos de prova de pequeno porte existem basicamente dois grupos de testes - testes diretos com amostras de tamanho reduzido ou métodos indiretos que medem alguma quantidade ligada a testes padrão por correlação específica Nós do COMTES FHT estamos mais interessados no primeiro grupo de testes"
A primeira pesquisa da COMTES FHT no campo de métodos de testes de miniamostras foi focada em Pequenos Testes de Punção (SPTs) com os quais a Dzugan teve experiências anteriores. "Entretanto, após algum tempo, nos perguntamos por que deveríamos executar SPTs, quando podíamos realizar testes de tração no mesmo volume de material", questiona Dzugan. "Isto se tornou um movimento bem sucedido e nós desenvolvemos procedimentos de teste contando com a miniaturização dos corpos de prova padrão em vez de nos basearmos na correlação entre amostras de diferentes modos de carga e taxas de deformação. Ao longo dos anos, nossa equipe formada pelos seguintes cientistas pesquisadores: Dr. Pavel Konopík, Dr. Eva Chvostová, Dr. Radek Procházka, Martin Rund e Jindrich Vokac desenvolveram ou adotaram métodos de teste para determinação das propriedades de tração, determinação da temperatura de transição com base no impacto, resistência à fratura, testes de taxa de crescimento de fissuras por fadiga, testes de fadiga de ciclos baixos e altos e testes de fluência. Agora, podemos também realizar a maioria desses testes em condições de teste sem ambiente".
Embora as técnicas de teste de pequenos corpos de prova tenham sido originalmente desenvolvidas para avaliar a vida útil residual na indústria elétrica, tornou-se evidente que as técnicas baseadas em amostras pequenas eram especialmente aplicáveis aos testes de materiais produzidos com manufatura aditiva.
REQUISITOS DO TESTE
Os testes de pequenos corpos de prova de materiais de manufatura aditiva apresentam desafios específicos que impulsionam algumas exigências:
Estrutura de carga: O teste de miniamostras requer baixas velocidades a taxas de deformação padrão, portanto a estabilidade a estas velocidades de acionamento muito lentas é fundamental.
Mensuração de tensão: Os medidores mecânicos com clipes geralmente não cabem entre as garras, por isso é preferível a medição óptica de tensão. A COMTES FHT utiliza tanto a solução DIC 2 quanto a DIC 3D. Dzugan afirma que "para objetos pequenos e planos e tensões pequenas, a DIC 2D funciona bem e você não precisa de tanta potência computacional".
Alinhamento: A atual norma ASTM E1012 não é totalmente aplicável ao alinhamento de amostras de minitensão. O COMTES FHT atualmente usa sistemas DIC para verificar e ajustar o alinhamento de amostras durante o agarre e carregamento e espera que seja necessário um maior desenvolvimento do processo para especificar parâmetros representativos para o alinhamento de miniamostras.
Agarre: "Não existem atualmente garras disponíveis comercialmente para testes de tração de miniamostras, então tivemos que desenvolvê-los por conta própria,*" explica Dzugan. "O agarre correto é um ponto crítico porque pode ocorrer a plastificação dos corpos de prova, portanto isto tem que ser feito com cuidado especial" [*Nota: Desde que este artigo foi publicado pela primeira vez, a MTS desenvolveu garras para testar estes tipos de miniamostras. O MTS Advantage Mini Grips foi projetado para testes rápidos e precisos de corpos de prova extremamente pequenos]
SOLUÇÃO DA MTS
A COMTES FHT tem usado soluções da MTS em seu laboratório desde 2006. Sua primeira máquina MTS foi um sistema personalizado projetado para simulação termomecânica de processos de moldagem de metais. Seu segundo sistema MTS foi um sistema especial Bionix® de alta amostragem com um atuador principal axial/torsional mais um atuador lateral. Devido a sua versatilidade, precisão e desempenho, este sistema foi utilizado para grande parte do desenvolvimento de métodos de teste de miniamostras. Dzugan explica que "neste sistema, ajustamos testes de tensão quase-estáticos e dinâmicos (a velocidade do atuador do sistema é superior a 1m/s). Também realizamos nossos primeiros testes de tração com unidades de aquecimento indutivo, e testes de fadiga de baixo e alto ciclo a temperaturas ambientes e elevadas. Também utilizamos este sistema para realizar testes de resistência à fratura em miniamostras. Depois que a maior parte do desenvolvimento foi feita, adquirimos máquinas dedicadas a estes testes"
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
Os benefícios de teste de corpos de prova pequenos de materiais de manufatura aditiva são óbvios. As miniamostras tornam mais fácil fazer uma avaliação precisa das propriedades locais. Os corpos de prova pequenos economizam custos porque requerem menos material e tempo mínimo de deposição. O método pequenos corpos de prova também é ideal para casos em que há escassez do material experimental.
Hoje, a COMTES FHT é líder no uso de testes de pequenos corpos de prova para materiais de manufatura aditiva; e tem o prazer de trabalhar com sistemas de teste MTS para atingir suas metas de teste. Dzugan conta que "trabalho com a MTS há mais de 25 anos na Europa e na Ásia e tive experiências muito positivas, razão pela qual tentei estabelecer uma relação mais estreita com a MTS no campo do desenvolvimento. Já temos muito bom relacionamento com os atuais representantes locais, bem como com o pessoal da MTS em Berlim e Minneapolis. Aprecio muito o apoio da MTS e a estabilidade e confiabilidade de seus equipamentos de teste, e estou ansioso para trabalhar com eles no futuro"
