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Desenvolvimento de máquina automatizada para geração de filamento 3D a partir do reaproveitamento de garrafas PET

Resumo do projeto

Este projeto teve como objetivo desenvolver uma máquina capaz de transformar garrafas PET em filamentos para impressão 3D, promovendo uma abordagem sustentável para a fabricação aditiva. A crescente demanda por filamentos plásticos na impressão 3D, aliada às preocupações com a sustentabilidade, motivou a criação de uma solução que reduzisse o impacto ambiental ao reutilizar resíduos plásticos. Para isso, a equipe iniciou suas atividades com uma revisão bibliográfica, que fundamentou as decisões de design e a escolha dos materiais. A estrutura da máquina foi planejada em três partes principais: filetadora, extrusora e carretel. A filetadora é responsável por cortar a garrafa em filetes de aproximadamente 1 cm, os quais são então direcionados à extrusora. Nessa etapa, os filetes são aquecidos e moldados em filamentos de 1,75 mm de diâmetro, de acordo com os princípios do cisalhamento de termoplásticos. Por fim, o filamento é enrolado em um carretel acoplado a um motor de passo, que garante a tração e armazenamento adequado do material. No desenvolvimento da máquina, peças essenciais como o carretel e a estrutura da filetadora foram inicialmente modeladas em PLA, um filamento biodegradável, utilizando impressoras 3D. A extrusora, componente crítico do processo, foi cuidadosamente ajustada para operar dentro de uma faixa de temperatura entre 220°C e 240°C, garantindo a maleabilidade adequada do PET sem comprometer sua integridade. Testes iniciais revelaram a importância de um controle preciso da temperatura para evitar tanto a rigidez excessiva quanto o derretimento inadequado do material. Para a análise das características dos filamentos produzidos, foram utilizadas garrafas PET de diferentes tipos e tamanhos. Medições rigorosas foram realizadas com o uso de paquímetro e balança de precisão, registrando-se dados como a massa dos filetes e dos filamentos gerados. Observou-se que a taxa média de aproveitamento dos filetes em relação à massa total da garrafa foi de aproximadamente 50%, devido à necessidade de descartar partes irregulares das garrafas. Os resultados experimentais demonstraram que, após a extrusão, os filamentos apresentaram uma taxa de aproveitamento superior a 87%, com exceção de um caso em que o filamento se rompeu durante o processo. A máquina, ainda em estágio de protótipo, produziu filamentos com boa qualidade e resistência, sendo estes adequados para uso em impressoras 3D. Contudo, fragilidades estruturais foram identificadas na primeira versão do carretel, demandando melhorias na modelagem e na resistência mecânica dos componentes. A introdução de uma caixa de engrenagens para redução de velocidade e aumento do torque foi crucial para o aprimoramento do desempenho da máquina. O processo de automação foi implementado utilizando a plataforma microcontrolada ESP32, que permitiu o monitoramento da temperatura da extrusora e o controle do motor de passo, garantindo maior precisão e eficiência na produção dos filamentos. Um display LCD foi adicionado para exibir informações em tempo real, facilitando o controle do processo. Os filamentos produzidos foram testados em diversas impressões, resultando em objetos com bom acabamento e resistência mecânica, como engrenagens e outros modelos funcionais. A conclusão do projeto destaca a viabilidade de transformar resíduos plásticos em filamentos de alta qualidade para impressão 3D, contribuindo significativamente para a sustentabilidade ambiental e a redução de custos. As aplicações potenciais dessa tecnologia abrangem desde a redução de resíduos plásticos até a criação de uma cadeia produtiva mais ecológica e econômica no contexto da Indústria 4.0. Palavras-chave: Impressão 3D, sustentabilidade, filamento PET, reciclagem, manufatura aditiva.

Alunos

Ernany Santos De Oliveira
Beatriz Corrêa de Araújo Mendes
Pedro Henrique Monteiro Lima

Orientadores

Renata Imaculada Soares Pereira

Instituição

IFAL – Campus Arapiraca
Arapiraca /
  Arapiraca –  
  AL –
  Brasil

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