MATERIALS SCIENCE, CERAMICS, digital modeling, 3D printing, traditional ceramics, modelagem digital, impressão 3D, and cerâmicas tradicionais

Computer assisted designing (CAD) is well known for several decades and employed for ceramic manufacturing almost since the beginning, but usually employed in the first part of the projectual ideation processes, neither in the prototyping nor in the manufacturing stages. The rapid prototyping machines, also known as 3D printers, have the capacity to produce in a few hours real pieces using plastic materials of high resistance, with great precision and similarity with respect to the original, based on unprecedented digital models produced by means of modeling with specific design software or from the digitalization of existing parts using the so-called 3D scanners. The main objective of the work is to develop the methodology used in the entire process of building a part in ceramics from the interrelationship between traditional techniques and new technologies for the manufacture of prototypes. And to take advantage of the benefits that allow us this new reproduction technology. The experience was based on the generation of a complex piece, in digital format, which served as the model. A regular 15 cm icosahedron presented features complex enough not to advise the production of the model by means of the traditional techniques of ceramics (manual or mechanical). From this digital model, a plaster mold was made in the traditional way in order to slip cast clay based slurries, freely dried in air and fired and glazed in the traditional way. This experience has shown the working hypothesis and opens up the possibility of new lines of work to academic and technological levels that will be explored in the near future. This technology provides a wide range of options to address the formal aspect of a part to be performed for the field of design, architecture, industrial design, the traditional pottery, ceramic art, etc., which allow you to amplify the formal possibilities, save time and therefore costs when drafting the necessary and appropriate matrixes to each requirement.
Projeto assistido por computador (CAD) é bem conhecido por várias décadas e empregado na fabricação cerâmica desde o início, mas usualmente empregado na primeira parte dos processos na concepção do projeto, nem na prototipagem, nem nas fases de fabricação. As máquinas de prototipagem rápida, também conhecidas como impressoras 3D têm a capacidade de produzir, em poucas horas, peças utilizando materiais plásticos de alta resistência, com grande precisão e similaridade com relação ao original, com base em modelos digitais inéditos produzidos por meio de modelagem com softwares de projeto específico ou a partir da digitalização das peças existentes, utilizando os chamados scanners 3D. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver a metodologia utilizada em todo o processo de construção de uma parte em cerâmica da inter-relação entre as técnicas tradicionais e novas tecnologias para a fabricação de protótipos. E para aproveitar os benefícios que nos permitem esta nova tecnologia de reprodução. A experiência baseou-se na geração de uma peça complexa, em formato digital, que serviu como modelo. Um icosaedro regular de 15 cm, complexo o suficiente para não sugerir a produção do modelo por meio das técnicas tradicionais cerâmicas (manual ou mecânica). A partir deste modelo digital, um molde de gesso feito na maneira tradicional para colagem por barbotina de massas à base de argila, secagem livre ao ar, queimada e esmaltada de maneira tradicional. Esta experiência mostrou a hipótese de trabalho e abre a possibilidade de novas linhas de trabalho a níveis acadêmicos e tecnológicos que serão explorados em um futuro próximo. Esta tecnologia oferece uma grande variedade de opções para lidar com o aspecto formal de uma peça a ser executada no campo do projeto, arquitetura, projeto industrial, a cerâmica tradicional, a arte cerâmica, etc., que permitem ampliar as possibilidades formais, economizar tempo e, portanto, os custos na elaboração das matrizes necessárias e adequadas para cada exigência.

MATERIALS SCIENCE, CERAMICS, tridimensional printing, rapid prototype, binder, gypsum powder, impressão tridimensional, prototipagem rápida, and pó à base de gesso

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.