O projeto CADEMAP – Conexão Aplicada para o Desenvolvimento de Materiais e Processos, coordenado pelo GEMASC/UFSM, tem como foco a prestação de serviços tecnológicos especializados ao setor industrial, visando fortalecer a transferência de conhecimento e impulsionar o desenvolvimento de materiais e processos inovadores. Através de consultorias, caracterizações físicas, químicas e microestruturais, além do suporte no desenvolvimento de novos produtos, o grupo promove soluções técnicas alinhadas às necessidades do mercado. Os recursos obtidos por meio dessas parcerias são revertidos na manutenção e aprimoramento da infraestrutura laboratorial, garantindo a sustentabilidade das atividades de pesquisa e extensão. O CADEMAP também proporciona a formação prática e interdisciplinar de alunos e discentes, incentivando sua inserção em programas de pós-graduação e consolidando a atuação do GEMASC como um elo entre universidade e indústria para a inovação tecnológica.

O projeto CMACFER – Centro de Inovação de Compósitos de Matriz Cimentícia de Alta Performance para Fortalecimento da Cadeia Mecânica da Indústria dos Autopeças, coordenado pelo GEMASC em parceria com o Instituto Hercílio Randon e a UFRGS, tem como proposta a formulação de novas soluções inovadoras para a indústria automotiva. O projeto é disruptivo com um transborde tecnológico de materiais compósitos de matriz cimentícia dentro da indústria metalmecânica para a fabricação de moldes de estampagem de autopeças e está configurado num nível de maturidade tecnológica que vai do TRL2 para o TRL4. Os avanços parciais do projeto permitiram obter materiais com resistências próximas ao requerido no processo (~200 MPa a compressão a uma temperatura de 200ºC). O projeto tem como objetivo desenvolver um material compósito de matriz cimentícia de ultra alto desempenho para a fabricação de ferramentas de estampagem de estampagem de componentes poliméricos.

Este projeto já está prospectando diferentes tipos de desdobramentos, onde podemos citar a aplicação deste conceito de material (compósito cimentício/geopolimérico fibro-reforçado) para outras categorias de ferramentas e matrizes de conformação. Outra possibilidade para este conceito de material compósito é aplicação em outros tipos de produtos, particularmente, em substituição ao aço.

Com base em resultados preliminares e outras rotas de otimização de desempenho de material também é possível prospectar o aprimoramento destes compósitos cimentícios fibro-reforçados para aplicações em altas temperaturas, os quais poderiam ser aplicados em diferentes áreas da indústria. É possível trabalhar ainda no desenvolvimento e aperfeiçoamento de outras propriedades específicas de tais compósitos, tais como, condutividade térmica, condutividade elétrica, resistência à abrasão, resistência química, entre outras.

Os resultados satisfatórios obtidos ao longo deste projeto permitiram identificar uma vantagem real e inovadora na fabricação de moldes temporários ou de prototipagem para novos componentes. A tecnologia desenvolvida no âmbito deste projeto validou e comprovou que esse tipo de ferramenta viabiliza economicamente processos de prototipagem, que antes eram frequentemente inviabilizados devido aos custos elevados associados à produção de ferramentas tradicionais. Em grande parte dos casos, os processos de prototipagem e testagem de componentes em ambientes reais são economicamente inviáveis devido ao alto custo dos moldes/ferramentas convencionais. Esses moldes, além de caros, muitas vezes são descartados após o uso ou não atendem às expectativas, o que representa um risco financeiro significativo para as empresas. O desenvolvimento alcançado neste projeto trouxe uma solução inovadora: a possibilidade de produzir moldes de prensagem até muito mais econômicos em comparação com os métodos tradicionais.

Essa redução de custos permite testar novos componentes com dimensões e características muito próximas às dos produtos que seriam comercializados, sem comprometer o orçamento do projeto. Além disso, a tecnologia desenvolvida aqui abre novas possibilidades para a prototipagem rápida e eficiente, permitindo que mudanças e otimizações de forma e conceito sejam implementadas de maneira ágil e econômica. Isso não apenas acelera o ciclo de desenvolvimento de produtos, mas também aumenta a flexibilidade e a capacidade de inovação do parceiro industrial. Por tanto, o impacto deste projeto vai além da validação técnica: ele representa um facilitador estratégico para a prototipagem, reduzindo barreiras econômicas e permitindo que a empresa explore novas ideias e designs com maior liberdade e menor risco. Essa capacidade de inovar de forma rápida e eficiente posiciona o parceiro industrial de maneira competitiva no mercado, abrindo portas para o desenvolvimento de produtos mais avançados e alinhados com as demandas do setor.

O projeto DENOFMA, está sendo executado conjuntamente entre a UFSM, IHR e FAURGS, assim como a participação de 9 empresas tem como objetivo o desenvolvimento de novas ferramentas de único uso (single-use) ou uso limitado muito mais econômicas para os processos de compactação na fabricação de peças/componentes automotivos por MP. O projeto conta com apoio financeiro do programa MOVER da FUNDEP na linha F (Matrizes para metalurgia do pó), a qual visa-se obter uma nova classe de ferramentas fabricadas a partir de materiais compósitos cimentícios de ultra alto desempenho e que serão uma alternativa mais econômica e de fácil produção comparando-se com as fabricadas com aço.

O desenvolvimento estará direcionado para moldes de compactação de etapas iniciais e/ou intermediárias na manufatura de peças por metalurgia do pó. Serão investigados diferentes componentes da indústria automotiva para serem fabricados por metalurgia do pó. Como o transbordo tecnológico de materiais compósitos cimentícios dentro da indústria metalmecânica é completamente disruptivo, estas novas ferramentas de moldagem por metalurgia do pó irão contribuir significativamente para o aumento da competitividade da indústria nacional, facilitando e reduzindo os custos dos processos de prototipagem de novas peças, bem como, incrementando o volume de componentes que podem ser fabricados mediante a metalurgia do pó. Esse desenvolvimento poderá ser transferido, inclusive, para outro tipo de indústria metalmecânica que poderá validar seu potencial. Iniciado em abril de 2024, o projeto já apresenta resultados promissores com materiais que apresentam propriedades mecânicas superiores aos concretos de ultra alto desempenho convencionais, atingindo resistências à compressão de até 370 MPa. Ao final do projeto espera-se fornecer uma ferramenta de matriz cimentícia (prova de conceito) validada mediante testes de desempenho nos processos de compactação.

A impressão 3D (I-3D) é uma técnica de alta produtividade e precisão com consumo de material otimizado. O uso da I-3D de materiais cimentícios como método construtivo é uma realidade em alguns países; contudo, existem desafios para consolidá-la dentro da indústria da construção. Os compósitos cimentícios aplicados à I-3D têm novas exigências no estado fresco e endurecido quando comparado com materiais para aplicações tradicionais. Neste contexto, a otimização das propriedades reológicas e mecânicas dos compósitos para esta aplicação específica é fundamental. Os principais desafios encontrados são: atingir uma trabalhabilidade adequada que permita a extrusão, mas ainda resista ao peso das camadas sobrepostas de material ainda fresco; e a aderência entre as camadas depositadas sucessivamente. Para contornar problemas mecânicos/de aderência em concreto, costuma-se usar macrofibras (metálicas ou poliméricas), porém estas são inviáveis para I-3D em virtude de limitações executivas. Assim, este projeto avaliará a incorporação de micro/nanofibras de diferente tipo (carbono, SiC, etc.) para a melhoria das propriedades mecânicas de elementos impressos, avaliando também o impacto destas nas propriedades reológicas e adequação à impressão. Complementarmente, será avaliado o uso de ligantes alternativos (geopolímeros), contribuindo para o desenvolvimento de elementos construtivos sustentáveis. O uso de micro/nanofibras em matrizes cimentícias tem sido amplamente investigado nos últimos anos, levando à incrementos significativos no desempenho mecânico. Contudo, a aplicação destes micro/nanoreforços praticamente não foi explorado para aplicações em I-3D. Assim, será avaliado o efeito da incorporação de micro/nanofibras nas propriedades reológicas, impressibilidade, mecânicas e microestruturais de compósitos cimentícios produzidos com ligantes Portland e alternativos.

Objetivos: Produzir compósitos à base de cimento Portland com propriedades no estado fresco compatíveis com aplicação em I3D; Produzir compósitos à base de ligantes alternativos (ex. cimento LC3 e geopoliméricos) com propriedades no estado fresco compatíveis com aplicação em I3D; Incorporar diferentes nanomateriais nos compósitos cimentícios, avaliando o impacto nas propriedades dos compósitos no estado fresco; Avaliar o efeito dos nanomateriais incorporados nas propriedades mecânicas dos compósitos cimentícios impressos.

O aproveitamento de diferentes resíduos da indústria cerâmica é uma prática amplamente utilizada. Sendo os resíduos de origem mineral utilizados principalmente como fontes alternativas de SiO2; Al2O3, e/ou Fe2O3. Os processos de tratamento de água geram um lodo que é disposto em aterros e que podem gerar um impacto ambiental á longo prazo. O presente projeto tem por objetivo avaliar e viabilizar o reaproveitamento destes resíduos industriais dentro da produção de materiais cerâmicos tradicionais. Será estudado como os resíduos podem afetar o desempenho dos elementos cerâmicos desde um ponto de vista técnico (resistências mecânicas, homogeneidade dimensional, estética e durabilidade em espécimes a escala laboratorial), assim como parâmetros de produção (extrudabilidade e eficiência do processo). Por tanto a integração entre efeitos do produto final com o impacto em processos produtivos potencializa a real inclusão e aproveitamento destes resíduos numa indústria cerâmica.

Existe uma ampla variedade de resíduos que podem ser reaproveitados pela indústria cerâmica, porém a aplicação de tratamentos de beneficiamento (além de custos relacionados a transporte) podem inviabilizar economicamente sua inclusão real em processos produtivos. Considerando a alta heterogeneidade nos tipos de resíduos, composição e características físicas, sua proporção como matéria prima varia significativamente e vai depender do impacto em aspectos técnicos (desempenho na produção e efeito nas propriedades do produto final), assim como aspectos ambientais (emissão de gases durante a queima e lixiviação de metais pesados na matriz cerâmica). É de ressaltar, que o avanço no aproveitamento destes resíduos na produção de tijolos/telhas desde um ponto de vista comercial e técnico está limitado a como a presença das matérias primas alternativas (ou substituição parcial de argilas/combustíveis) afeta as propriedades finais do produto obtido. Porém, seu efeito nos parâmetros de produção, como por exemplo, as mudanças na plasticidade e consistência da massa argilosa durante a moldagem ainda não tem sido estudada com muito detalhe. Mesmo que os tijolos e telhas de diferentes tamanhos e geometrias disponíveis no mercado são moldados principalmente a partir de processo de extrusão, existe poucos estudos que avaliam o efeito dos resíduos nos produtos cerâmicos obtidos através deste processo. O desempenho e eficácia do processo de extrusão depende das propriedades reológicas da massa plástica argilosa, assim como a configuração da maromba (ou extrusora). Distribuição de tamanho de partícula, teor de umidade, tipo/mineralogia e propriedades da mistura argilosa são os parâmetros de maior importância.

Desta forma, este projeto integrará uma avaliação completa de aspectos técnicos, ambientais e econômicos com objetivo de potencializar a real aplicação e aproveitamento de resíduos em cerâmica vermelha. A nível técnico será considerado a disponibilidade local de resíduos (pelo menos dois), o efeito nas propriedades reológicas da massa plástica argilosa durante a moldagem, retrações durante a secagem e calcinação, assim como as propriedades finais do produto (resistências mecânicas, porosidade, absorção, densidade, uniformidade dimensional, aspecto estético, entre outros).

Este projeto integrará a participação de diferentes alunos de pós-graduação (mestrado) e graduação (bolsistas de iniciação científica e tecnológica), assim como o fortalecimento das parcerias estratégicas do proponente com outros institutos de pesquisa nacionais e internacionais.

O desenvolvimento de materiais sustentáveis é uma área de pesquisa de significativa importância considerando os impactos positivos desde um ponto de vista econômico, social e ambiental. Neste sentido, a indústria da construção tem uma elevada contribuição na demanda de materiais derivados de processos altamente contaminantes e consumo energético. Entres estes materiais, é de ressaltar os cerâmicos e o cimento, como consequência dos tratamentos térmicos envolvidos durante a sua produção com temperaturas superiores aos 1000 ºC.

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Igualmente, estes setores industriais são também reconhecidos pela capacidade de valorizar e reaproveitar diversos tipos de resíduos dentro dos processos produtivos e por tanto existe uma continua avaliação de novas fontes alternativas. O presente projeto tem por objetivo de avaliar e viabilizar o reaproveitamento de resíduos industriais dentro da produção de materiais cerâmicos tradicionais. Será estudado como os resíduos podem afetar o desempenho dos elementos cerâmicos desde um ponto de vista técnico (resistências mecânicas, homogeneidade dimensional, estética e durabilidade em espécimenes a escala laboratorial), assim como parâmetros de produção (extrudabilidade e eficiência do processo). Por tanto a integração entre efeitos do produto final com o impacto em processos produtivos potencializa a real inclusão e aproveitamento destes resíduos numa indústria cerâmica.

É importante ressaltar que análises de ciclo de vida dentro da indústria cerâmica mostram que os tratamentos térmicos a elevadas temperaturas são responsáveis numa porcentagem alta do impacto negativo em todas a categorias de estudo. Desse modo, por que não desenvolver materiais cerâmicos livres de processo de calcinação? Assim, a presente proposta também tem por objetivo desenvolver e avaliar cerâmicos quimicamente ligados (ou mais conhecidos como geopolímeros) produzidos em condições próximas as ambientais (temperatura máxima de 80 ºC) para a obtenção de um material que pode ser utilizado como matriz cerâmica em um produto aplicado na construção civil.

O cimento Portland é o principal material usado na indústria da construção, cuja produção esta associada a uma elevada emissão de gases efeito estufa. Isso tem incentivado o desenvolvimento de cimentos alternativos baseados em resíduos e subprodutos industriais conhecidos como cimento álcali ativados (geopolímeros), que se tornam uma alternativa interessante, uma vez que sua produção estimula a reciclagem e valorização de resíduo/subprodutos como escórias e cinzas da combustão de carvão e fornecem uma solução viável para produzir materiais que atingem as demandas e especificações técnicas (desempenho mecânico e durabilidade) com um custo reduzido.

Objetivo: Avaliar os parâmetros de síntese de sistemas geopoliméricos derivados da ativação alcalina de um resíduo/sub-produto industrial da queima do carvão e seu efeito nas principais propriedades em estado fresco e endurecido de concretos convencionais.