Abstract Ceramic additive manufacturing allows the fabrication of small series of complex parts without the high costs of molds usually associated with traditional ceramic processing. Although research into ceramic 3D printing by all technologies started back in the 90s, its industrial application is still quite restricted when compared to polymers and metals, which is related to the limited availability and costs of equipment and materials for such applications. This review examined the advantages and limitations of each process (binder jetting, direct ink writing, directed energy deposition, fused deposition, material jetting, selective laser sintering, selective laser melting, and vat photopolymerization), discussing their particularities. It also summarized the commercially available 3D printers and raw materials for ceramic processing, pointing out to trends and challenges of each technology.

Abstract Wear resistance is a fundamental property which defines the lifetime of cutting tools, but the investigation of wear performance of alternative hard materials for traditional WC-Co composites are recent. The present work evaluated the pin-on-disk wear behavior and mechanical properties, i.e., hardness and fracture toughness of spark plasma sintered Al2O3 matrix composites with additions of 5, 15, 25 or 30%wt of niobium carbide NbC. The wear resistance was observed to increase as a function of the NbC content, even though the hardness reached a plateau at 25%wt NbC. The composite behavior was compared to that of other alumina composite tool materials proving to be a promising material for applications such as ceramic cutting tools. The composition A95N5 presented the best combination of values of wear rate: 8.9 mm3/N.m, hardness equal to (17.36±1.72) GPa and fracture toughness of (3.2±0.6) MPa. m1/2.

O estudo trata do projeto, fabricação e validação de um banco de ensaio de desgaste do tipo pin-on-disc. Estudos de atrito e desgaste de deslizamento de cerâmicas geralmente tem utilizado equipamentos do tipo pin-on-disc. Este tipo de equipamento tem sido referenciado como um dos que melhor representa o estudo de desgaste e que apresenta melhor reprodutibilidade dos resultados em diversos laboratórios. O presente trabalho, no cumprimento da normalização vigente e no atendimento de interesses dos diversos usuários, pesquisadores ou técnicos, objetiva o projeto e a fabricação de banco de ensaio de desgaste do tipo pin-on-disc para ensaio de amostras com variadas dimensões obtidas por diversas técnicas de manufatura. As premissas do projeto visam um equipamento que garanta a manutenção do torque e velocidade de deslizamento ao longo do experimento, calibragem da carga no próprio equipamento, medição de coeficiente de atrito ao longo do ensaio, possibilidade de ensaio à seco ou com fluídos e amortecimento das vibrações. Um protótipo compacto foi construído e validado no desgaste do par tribológico de alumina. Foi obtido um equipamento de fabricação accessível e reprodutível baseado em acionamento por servo motor, mesa de granito sintético, suspensão por coxins para amortecimento das vibrações e contínua medição de força de atrito durante o experimento. Para analise de validação foi aplicada carga de 30 N e velocidade de deslizamento de 0,5 m/s obtendo taxa de desgaste média de 15x10-6 mm³/N.m e volume de desgaste de 1,2 mm³ após 4000 m de deslizamento gerando força de atrito média de 23 N, resultados estes compatíveis com ensaios similares.

This study presents the design, manufacture and validation of pin-on-disc bench for wear. For studies of sliding friction and wear of ceramics is generally applied pin-on-disc apparatus. This type of equipment has been referred the best one is the study of wear and shows better reproducibility of results in different laboratories. This work, in compliance with current standards and care of interests of different users, researchers and technicians, objective the design and manufacturing of a pin-on-disc bench for testing of samples with varied dimensions and obtained by different manufacturing techniques. The entrances of project providing for the maintenance of the sliding velocity and torque during the experiment, calibration of load on the equipment, measuring coefficient of friction during running, possibility of wet or dry test and damping vibrations. A compact prototype was built and validated with wear of tribologic alumina samples pair. Affordable and reproducible equipment was obtained based on: driven by servo motor, synthetic granite table and suspension pads for vibration dampening and continuous measurement of frictional force during the experiment. For the validation was applied alumina tribologic pair, load at 30 N, and sliding velocity at 0.5 m/s. The maim results was wear rate as 15x10-6mm3/N.m and wear volume as 1.2 mm3after 4000m of sliding, the friction force was an average 23 N, these results are consistent with similar studies.

O projeto e a fabricação de uma prensa isostática wetbag com dois vasos de diferentes capacidades volumétricas são apresentados. A prensa isostática, amplamente utilizada na conformação de cerâmicas técnicas desde o início do século passado ainda representa importante equipamento laboratorial, onde são requeridas pressões de até 500 MPa. As maiores dificuldades dos usuários destes equipamentos estão na operação e manutenção. Este trabalho apresenta o projeto de uma prensa com dois diferentes vasos em termos de capacidade volumétrica, assim, em função das dimensões das amostras em processo é possível realizar a seleção apropriada de um vaso ou dos dois vasos simultaneamente. Foi escolhida a pressão hidrostática de 210 MPa e projetados dois vasos de diâmetros internos de 95 mm e 55 mm com fechamentos da tampa por clover leaf e por rosca, respectivamente. O resultado obtido é um equipamento compacto, seguro, econômico e de manutenção otimizada, que acelera o processo e a produção de corpos de prova.

Design and manufacturing of an isostatic press wetbag with two vessels of different volumetric capacities are presented. The isostatic press, widely applied in the forming of ceramic techniques since the beginning of the last century, is still an important laboratory equipment which is required when pressures are up to 500 MPa. The greatest difficulties of the researchers related to these equipments are in operation and maintenance. This paper presents the design of an isostatic press with two different vessels in terms of volumetric capacity, thus depending on the size of the samples in the process, making possible the selection of a suitable vessel or two vessels simultaneously. Hydrostatic pressure of 210 MPa was selected and designed two vessels of internal diameters of 95 mm and 55 mm with clover leaf and threaded lid locks, respectively. A compact, safe, economical and optimized maintenance equipment that accelerates the process and production of test specimens was obtained.

Foram desenvolvidas formulações de pó à base de gesso e binder para aplicação em equipamento de prototipagem do tipo 3D Print. Na técnica de impressão tridimensional, impressoras denominadas 3D Print são baseadas em cabeçotes de impressão de impressoras comerciais a jato de tinta, que depositam um binder sobre camadas sucessivas de pó e, em cada fatia, o binder reage com o pó e consolida o formato bidimensional da seção, que somadas às fatias subsequentes, consolidam um modelo tridimensional. Embora este modelo de impressora tridimensional esteja se popularizando pelo baixo custo, ainda tem em seus insumos o pó e o binder o seu maior empecilho devido ao custo elevado. Neste projeto foram desenvolvidas formulações de pós, obtidos pela moagem do gesso em meio alcoólico com ligantes e aditivos, seguido de aglomeração das finas partículas de gesso, e formulações de binder baseadas na reação com o gesso. Foram avaliadas as condições do pó aglomerado para a uniformidade da deposição das camadas e os requisitos mínimos do binder para a operação do cabeçote de impressão. Corpos de prova no formato de barras foram produzidos em equipamento comercial e analisados com relação à resistência a flexão, densidade e metrologia. Foram obtidos corpos a partir de pó com adição de 5 vol.% de PVB e binder com 90 vol.% de água destilada e resistência de 290 kΩ, que apresentaram resistência média à flexão de 0,33 MPa, suficiente para o manuseio inicial dos prototipados, com manufatura simplificada e a um custo muito econômico.

Formulation of gypsum powder and binder for use in 3D print prototype was developed. The 3D printing technique consists of the three-dimensional deposition of binders on successive layers of powder slices; the binder reacts with the powder and consolidates the two-dimensional format of each printed section, which added to subsequent slices consolidates the three-dimensional model. Although this model of three-dimensional printer is becoming popular mainly for its low cost, powder and binder are the greater obstacles due to their high cost. In this project formulations of powders, obtained by grinding the gypsum in alcoholic medium with binders and additives followed by agglomeration of fine particles of gypsum were developed. Formulations of binders based on the reaction of gypsum, considering the binding affinity and the operation of the print head were proposed and tested. The conditions of the agglomerated powder to the uniformity of the deposition layers and the minimum requirement of the binder for the operation of the print head were evaluated. Bar shaped specimens were produced on commercial 3D printing equipment and analyzed with respect to flexural strength, density and dimensional shape. Specimens from the powder were obtained with addition of 5 vol.% PVB and binder with 90 vol.% of distilled water and resistivity of 290 kΩ that showed an average flexural strength of 0.33 MPa, which was enough for initial handling, with simplified manufacture and a very economical cost.

Com o grande crescimento tecnológico e a necessidade de melhoria, um dos materiais que ganhou uma grande gama na área da engenharia mecânica é a cerâmica, pois possui vantagens físico-químicas e propriedades mecânicas significativas sobre o aço. Entretanto, sua usinagem é um processo difícil e delicado, que requer ainda uma grande atenção em relação ao seu estudo. Assim, o processo de retificação é um dos métodos que tem apresentado bons resultados, porém um grande problema acerca de tal processo é o uso excessivo de fluidos de corte, o que se tornou uma preocupação mundial, já que os fluidos apresentam graves problemas socioambientais, além disso, o fluido de corte é responsável por uma grande parte do custo final do processo, provocando, desse modo, um grande interesse em pesquisas referentes a métodos alternativos de forma a reduzir o consumo e melhorar as características do fluido de corte utilizado. Este trabalho visa comparar duas técnicas de lubri-refrigeração, o método convencional e a Lubrificação Otimizada. O uso do método otimizado é uma alternativa à diminuição do volume de fluido utilizado, já que este tem como princípio a aplicação de uma menor quantidade de fluido de corte com uma alta velocidade, localmente aplicada, ou seja, com essa redução benefícios ambientais e socioeconômicas são obtidos. A análise do trabalho será feita a partir da avaliação das variáveis de saída do processo de retificação plana tais como o comportamento rugosidade e desgaste do rebolo, já que por elas é possível avaliar o processo em relação a qualidade da peça versus custo. Com essas analises, pretende-se avaliar se a técnica otimizada é viável a substituição da refrigeração convencional na retificação plana de cerâmicas.

The great technological growth and the improvement needs, a material that has gained a wide range in mechanical engineering is the ceramics because of its advantages beyond steel, having chemical and mechanical better properties. However, its machining is a difficult and delicate process, which requires a careful attention to their study. Moreover, the grinding process is one of the methods which is producing good results but, there is a big problem around this, which is the excessive use of cutting fluids that becomes a global concern, since this fluids generate serious social and environmental problems, causing, in this way, a great interest in research on alternative methods to reduce consumption and improve the performance of cutting fluid used. This work aims to compare two techniques of lubrification and cooling in the grinding process, the conventional and the optimized methods. The second one is an option to decrease the volume of fluid used, using the application principle of a smaller amount of cutting fluid applying locally a high speed flow, obtaining environmental and socioeconomic benefits. The analysis of the work will be done based on the evaluation of the output variables of the flat grinding process such as the behavior of the roughness and grinding wheel wear, whereas they can evaluate the process making a relationship between part quality versus cost. With this analysis, we intend to evaluate if the optimized method is a viable substitute to conventional method in the flat grinding process.

Atualmente a preocupação ambiental está fazendo com que as empresas busquem diminuir os impactos ambientais por elas causados, ao mesmo tempo em que melhoram a qualidade do produto e processos de fabricação. Logo, muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas na área de usinagem para se analisar o real dano ao meio ambiente quando usados diferentes métodos de lubri-refrigeração. Este trabalho teve como objetivo analisar a qualidade da peça produzida e o desgaste do ferramental de corte de uma retificadora plana ao se usinar cerâmica de alumina com dois métodos distintos de aplicação de fluido de corte: método convencional com vazão de 458,3 mL/h e o método da mínima quantidade de lubrificação (MQL) com 100 mL/h. A partir dos resultados obtidos pode-se constatar que para os mesmos parâmetros de usinagem a técnica do MQL utilizou uma quantidade muito menor de fluido e garantiu bons resultados de desgaste diametral do rebolo. No entanto, a qualidade da peça foi bem pior para o método do MQL em relação a técnica de refrigeração convencional. Estes resultados mostraram que se utilizando formas alternativas de lubrificação para reduzir o uso do fluido de corte, são possíveis dependendo de quais fatores são mais importantes para o processo que se deseja. Nesse sentido, se o método do MQL fosse adotado pelas empresas dependentes da retificação, certamente iria trazer, de um lado, benefícios quanto a problemas de descarte e reciclagem de fluido de corte, mas por outro lado, levaria a uma menor qualidade superficial das peças.

Nowadays, environmental concerns are causing companies to seek reduce the environmental impacts caused by them, while improving product quality and manufacturing processes. Therefore, much research is being developed in the machining area to examine the actual damage to the environment by utilizing different methods of lubrification and cooling. This study aimed to analyze the surface roughness of the machined part and the wear of the grinding wheel in the flat grinding of alumina ceramics with two methods of cooling-lubrification: The conventional method with a flow rate of 27.5 L/min and the method of the minimum quantity of lubrification (MQL) at 100 mL/h. With the obtained results it's possible to say that, for the same machining parameters of MQL and conventional techniques, the MQL technique used a much smaller amount of fluid and assured good results for the diametral wear of the grinding wheel. However, the superficial roughness of the piece was worse for the MQL method than the conventional cooling technique. These results showed that using alternative forms of lubrification to reduce the use of cutting fluid are possible, depending on which factors are most important to the process that is wanted. Accordingly, if the MQL technique was used, it would surely bring, on one hand, the benefits of the reduction of the problems of recycling and disposal the cutting fluid, but on the other hand, leads to a lower surface quality of the parts.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de materiais cerâmicos porosos, obtidos a partir de cerâmicas estruturais (alumina), para a fabricação de mancais aerostáticos. Os resultados iniciais indicaram que, houve homogeneidade na distribuição dos poros na matriz de alumina, obtida com diferentes concentrações de agente poroso (sacarose). O valor médio dos poros foi de 0,14 µm, com porosidade em torno de 28%, apresentando um pequeno desvio-padrão. O modelo matemático do mancal aerostático poroso é apresentado e os resultados numéricos indicaram que o parâmetro adimensional (Г) relacionado com o meio poroso afeta significativamente a capacidade de carga e rigidez do mancal. Considerando os resultados experimentais e numéricos, a matriz porosa obtida com 40% de concentração induzida de sacarose é a mais adequada, para a fabricação de mancais aerostáticos cerâmicos porosos.

This paper presents the development of an advanced ceramic material for manufacturing aerostatic porous bearing. The results show that there is homogeneous distribution of the pores in the alumina matrix by using different concentrations of the added component (sucrose). The average pore diameter remained around 0.14 µm and respective porosity around 28%, with small standard deviation. The mathematical model of the aerostatic porous bearing is presented, and numerical results indicate that the parameter related to porous medium (Г) strongly affects the resultant bearing load capacity and stiffness. Considering the experimental and numerical results, the porous matrix obtained with 40% of sucrose concentration is more suitable for the aerostatic porous bearing application in study.

O objetivo desta pesquisa é a avaliação da influência das condições de usinagem na superfície gerada de cerâmicas avançadas retificadas com rebolo diamantado com ligante resinóide. A qualidade superficial foi analisada utilizando-se a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

The aim of this research is to evaluate the influence of grinding and cutting conditions on surfaces of advanced ceramics ground with diamond grinding wheels containing a binding resin bond. The quality surface was analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM).