Publicação
Development of a new technique for manufacturing biodegradable magnesium stents
| Resumo: | Nos últimos anos, o magnésio e as suas ligas têm sido o principal foco de vários estudos, tanto a nível académico como industrial. As propriedades mecânicas deste material, devido à sua natureza metálica e inerente baixa densidade, proporcionam altos valores de força específica e módulo específico. Contudo, as ligas de magnésio são de grande dificuldade de processamento quando fundidas. Isto deve-se à autoignição de alguns dos seus elementos constituintes abaixo da temperatura de liquidus e à sua elevada reatividade com os elementos circundantes acima desta temperatura. Todos estes fatores tornam a fabricação de estruturas em magnésio de paredes finas um processo extremamente complexo de difícil controlo, sendo normalmente evitado na indústria. Relativamente à fundição de ligas de magnésio, algumas técnicas têm sido desenvolvidas para superar essas dificuldades, havendo, principalmente, um esforço considerável na mitigação das reações existentes. As abordagens estudadas e propostas incluem o uso de atmosferas protetivas, a aplicação de carapaças e revestimentos refratários, bem como a melhoria dos atuais processos de fabrico a que estas ligas são sujeitas. Embora um progresso significativo tenha sido feito para garantir vazamentos bem-sucedidos, a produção de componentes com estruturas de paredes finas continua a ser considerado um processo pouco desenvolvido e confiável. O presente estudo aborda o desenvolvimento de uma nova metodologia de fundição por modelo perdido de paredes finas da liga de magnésio AZ91D-1 wt. % CaO em moldação de gesso, especificamente otimizada para a fabricação de stents. Métodos como manufatura aditiva, revestimento à base de Ítria e fundição com assistência de vácuo são investigados e aplicados para melhorar o processo. Para isso, diferentes estudos experimentais são realizados para estudo e compreensão dos fenómenos que podem ocorrer em cada etapa do processo. A interface molde-metal é devidamente caracterizada e um estudo de fluidez é realizado para perceção da influência de cada variável termodinâmica no comprimento total de enchimento das cavidades. A obtenção de geometrias de stents vazados em liga de magnésio com 0,4 mm e 0,8 mm de espessura de parede demonstra o bom desempenho das técnicas propostas na mitigação das reações molde-metal, permitindo confirmar a eficácia da metodologia desenvolvida. |
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| Autores principais: | Lopes, Vítor Emanuel Rebelo |
| Assunto: | Fundição por modelo perdido Ligas de magnésio Stents Manufatura aditiva Reações molde-metal Revestimento à base de Ítria Vácuo Investment casting Magnesium alloys Additive manufacturing Mold-metal reactions Yttria-based coating Vacuum |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Nos últimos anos, o magnésio e as suas ligas têm sido o principal foco de vários estudos, tanto a nível académico como industrial. As propriedades mecânicas deste material, devido à sua natureza metálica e inerente baixa densidade, proporcionam altos valores de força específica e módulo específico. Contudo, as ligas de magnésio são de grande dificuldade de processamento quando fundidas. Isto deve-se à autoignição de alguns dos seus elementos constituintes abaixo da temperatura de liquidus e à sua elevada reatividade com os elementos circundantes acima desta temperatura. Todos estes fatores tornam a fabricação de estruturas em magnésio de paredes finas um processo extremamente complexo de difícil controlo, sendo normalmente evitado na indústria. Relativamente à fundição de ligas de magnésio, algumas técnicas têm sido desenvolvidas para superar essas dificuldades, havendo, principalmente, um esforço considerável na mitigação das reações existentes. As abordagens estudadas e propostas incluem o uso de atmosferas protetivas, a aplicação de carapaças e revestimentos refratários, bem como a melhoria dos atuais processos de fabrico a que estas ligas são sujeitas. Embora um progresso significativo tenha sido feito para garantir vazamentos bem-sucedidos, a produção de componentes com estruturas de paredes finas continua a ser considerado um processo pouco desenvolvido e confiável. O presente estudo aborda o desenvolvimento de uma nova metodologia de fundição por modelo perdido de paredes finas da liga de magnésio AZ91D-1 wt. % CaO em moldação de gesso, especificamente otimizada para a fabricação de stents. Métodos como manufatura aditiva, revestimento à base de Ítria e fundição com assistência de vácuo são investigados e aplicados para melhorar o processo. Para isso, diferentes estudos experimentais são realizados para estudo e compreensão dos fenómenos que podem ocorrer em cada etapa do processo. A interface molde-metal é devidamente caracterizada e um estudo de fluidez é realizado para perceção da influência de cada variável termodinâmica no comprimento total de enchimento das cavidades. A obtenção de geometrias de stents vazados em liga de magnésio com 0,4 mm e 0,8 mm de espessura de parede demonstra o bom desempenho das técnicas propostas na mitigação das reações molde-metal, permitindo confirmar a eficácia da metodologia desenvolvida. |
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