Este documento apresenta o desenvolvimento de uma bancada de ensaios para investigar o processo de corte de silício monocristalino com serra de fio diamantado contínuo. A bancada permite avaliar a influência dos parâmetros de corte no desgaste do fio e na qualidade do corte, fornecendo informações importantes para a otimização deste processo crítico na produção de painéis solares.
Este documento descreve um estudo que avaliou o desempenho de dois revestimentos aplicados a ferramentas de corte - AlCrN e AlCrTiSiN - no fresamento de ferro fundido vermicular. Foram realizados ensaios de vida, indentação Rockwell e microabrasão. Os resultados dos ensaios de vida mostraram melhor desempenho do AlCrTiSiN. O ensaio de indentação indicou menor delaminação do AlCrTiSiN. O ensaio de microabrasão mostrou maior coeficiente de desgaste para o AlCrN.
TCC - Reciclagem de cavaco de aço com a metalurgia do póIasmin Padilha
A preocupação das indústrias são seus custos de produção e o estoque finito de
matéria prima, tem levado a busca de reciclagem e logística reversa dentro das empresas onde
buscam alternativas sustentáveis de utilizar seus resíduos e uma saída plausível é a utilização
de processos para sua recuperação. O objetivo deste trabalho é oferecer uma nova tecnologia
de reciclagem de metais, mais precisamente o cavaco de aço proveniente do processo de
usinagem, utilizando a metalurgia do pó como principal ferramenta para esta nova tecnologia.
A metalurgia é um ramo que existe a milhões de anos e ao longo do tempo foi se modificando
e aumentando sua produção, mas até esse segmento precisou se adequar às mudanças
ocasionadas pelos efeitos maléficos causados pelo homem na natureza.
1. O documento descreve os processos de fabricação mecânica, incluindo usinagem.
2. A usinagem é classificada em processos convencionais como torneamento, fresamento e furação, e não convencionais como jato d'água e eletroerosão.
3. O torneamento é descrito como um processo para obter superfícies de revolução utilizando ferramentas monocortantes, podendo ser retilíneo ou curvilíneo.
1. O documento discute processos de fabricação mecânica, classificando-os em processos com e sem remoção de cavacos. O torneamento é apresentado como um processo de usinagem com remoção de cavaco que produz superfícies de revolução.
2. As classificações e nomenclaturas de processos convencionais de usinagem são explicadas, incluindo torneamento retilíneo e curvilíneo, fresamento e furação.
3. Fatores como forma da peça, material, quantidade produzida, tolerâncias e custo devem
1. O documento descreve os fundamentos dos processos de usinagem de materiais, incluindo a classificação dos processos de fabricação por usinagem e os parâmetros de entrada e saída do processo de usinagem.
2. São descritos os principais processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e não definida, assim como processos não convencionais.
3. Os parâmetros de entrada do processo, como material da peça, geometria da ferramenta, parâmetros de corte e máquina ferramenta são detalh
1. O documento descreve os fundamentos dos processos de usinagem de materiais, incluindo a classificação dos processos de fabricação por usinagem e os parâmetros de entrada e saída do processo de usinagem.
2. São descritos os principais processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e não definida, assim como processos não convencionais.
3. Os parâmetros que definem o processo de usinagem são apresentados, incluindo o material da peça, geometria da peça, material e geometria da ferrament
1. O relatório descreve o desenvolvimento de processos de fabricação de células solares em silício, com foco na difusão de boro e metalização por serigrafia.
2. As células solares fabricadas foram caracterizadas em um simulador solar para medir suas curvas corrente-tensão.
3. O objetivo da bolsa de iniciação tecnológica foi adquirir conhecimentos sobre fabricação e caracterização de células solares.
Introdução a materiais em engenharia elétricaMatheus Vale
Este capítulo introduz os materiais em engenharia elétrica, discutindo sua importância nas usinas hidrelétricas e dispositivos semicondutores. Apresenta uma classificação geral dos materiais e conceitos fundamentais da ciência dos materiais, incluindo a relação entre estrutura, propriedades, processamento e aplicações.
Este documento descreve um estudo que avaliou o desempenho de dois revestimentos aplicados a ferramentas de corte - AlCrN e AlCrTiSiN - no fresamento de ferro fundido vermicular. Foram realizados ensaios de vida, indentação Rockwell e microabrasão. Os resultados dos ensaios de vida mostraram melhor desempenho do AlCrTiSiN. O ensaio de indentação indicou menor delaminação do AlCrTiSiN. O ensaio de microabrasão mostrou maior coeficiente de desgaste para o AlCrN.
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A preocupação das indústrias são seus custos de produção e o estoque finito de
matéria prima, tem levado a busca de reciclagem e logística reversa dentro das empresas onde
buscam alternativas sustentáveis de utilizar seus resíduos e uma saída plausível é a utilização
de processos para sua recuperação. O objetivo deste trabalho é oferecer uma nova tecnologia
de reciclagem de metais, mais precisamente o cavaco de aço proveniente do processo de
usinagem, utilizando a metalurgia do pó como principal ferramenta para esta nova tecnologia.
A metalurgia é um ramo que existe a milhões de anos e ao longo do tempo foi se modificando
e aumentando sua produção, mas até esse segmento precisou se adequar às mudanças
ocasionadas pelos efeitos maléficos causados pelo homem na natureza.
1. O documento descreve os processos de fabricação mecânica, incluindo usinagem.
2. A usinagem é classificada em processos convencionais como torneamento, fresamento e furação, e não convencionais como jato d'água e eletroerosão.
3. O torneamento é descrito como um processo para obter superfícies de revolução utilizando ferramentas monocortantes, podendo ser retilíneo ou curvilíneo.
1. O documento discute processos de fabricação mecânica, classificando-os em processos com e sem remoção de cavacos. O torneamento é apresentado como um processo de usinagem com remoção de cavaco que produz superfícies de revolução.
2. As classificações e nomenclaturas de processos convencionais de usinagem são explicadas, incluindo torneamento retilíneo e curvilíneo, fresamento e furação.
3. Fatores como forma da peça, material, quantidade produzida, tolerâncias e custo devem
1. O documento descreve os fundamentos dos processos de usinagem de materiais, incluindo a classificação dos processos de fabricação por usinagem e os parâmetros de entrada e saída do processo de usinagem.
2. São descritos os principais processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e não definida, assim como processos não convencionais.
3. Os parâmetros de entrada do processo, como material da peça, geometria da ferramenta, parâmetros de corte e máquina ferramenta são detalh
1. O documento descreve os fundamentos dos processos de usinagem de materiais, incluindo a classificação dos processos de fabricação por usinagem e os parâmetros de entrada e saída do processo de usinagem.
2. São descritos os principais processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e não definida, assim como processos não convencionais.
3. Os parâmetros que definem o processo de usinagem são apresentados, incluindo o material da peça, geometria da peça, material e geometria da ferrament
1. O relatório descreve o desenvolvimento de processos de fabricação de células solares em silício, com foco na difusão de boro e metalização por serigrafia.
2. As células solares fabricadas foram caracterizadas em um simulador solar para medir suas curvas corrente-tensão.
3. O objetivo da bolsa de iniciação tecnológica foi adquirir conhecimentos sobre fabricação e caracterização de células solares.
Introdução a materiais em engenharia elétricaMatheus Vale
Este capítulo introduz os materiais em engenharia elétrica, discutindo sua importância nas usinas hidrelétricas e dispositivos semicondutores. Apresenta uma classificação geral dos materiais e conceitos fundamentais da ciência dos materiais, incluindo a relação entre estrutura, propriedades, processamento e aplicações.
Este documento descreve o processo de montagem de um motor DC de excitação independente com dois pólos. O trabalho apresenta detalhadamente cada etapa da montagem, incluindo a confecção do estator, das bobinas de campo, do enrolamento da armadura e da base do motor. Testes realizados no protótipo mostraram que o motor gira na direção esperada e que o torque desenvolvido é suficiente para frear sua rotação com uma força pequena, embora a velocidade atingida seja expressiva.
1) O documento discute a cavitação e sua relação com a resistência de metais e ligas. A estrutura cristalina, fases presentes, e propriedades mecânicas das fases afetam a resistência à cavitação. Ligas que contêm carbonetos como segunda fase geralmente apresentam melhor desempenho, com a fração volumétrica e morfologia dos carbonetos sendo fatores importantes.
1) O documento descreve os procedimentos metalográficos para análise de amostras metálicas, incluindo corte, embutimento, lixamento, polimento e ataque químico. 2) É possível determinar a classificação e composição de aços e ferros fundidos através da análise metalográfica. 3) Diferentes formas de grafite nos ferros fundidos determinam suas características e aplicações.
O documento discute a usinagem da liga de titânio Ti-6Al-4V, analisando o efeito de parâmetros de corte como velocidade de corte e classe de ferramenta na rugosidade superficial, desgaste da ferramenta e morfologia do cavaco formado. Os resultados mostraram que a menor rugosidade e deterioração da ferramenta ocorreram com a classe de ferramenta ISO S15 em baixas velocidades de corte.
O documento discute a importância da usinabilidade e polibilidade do aço para a competitividade da indústria de moldes e ferramentas. Ele descreve como o tratamento do aço com cálcio melhora sua usinabilidade sem comprometer a polibilidade, reduzindo custos de produção. O desenvolvimento do aço VP20ISO pela Villares Metals ilustra esses ganhos por meio de maior vida útil de ferramentas e redução no tempo de usinagem.
Este estudo avalia a influência dos parâmetros do processo de soldagem Innershield nas características da solda de um aço estrutural ASTM A36. Variaram-se a tensão, corrente e velocidade de soldagem para analisar os efeitos na geometria do cordão, dureza e taxa de deposição. Os resultados mostraram que é possível obter boas características geométricas e de dureza ao se manter a energia de soldagem constante nos diferentes passes. A quantidade de material depositado variou entre 55 a 69 gramas.
O documento discute materiais piezoelétricos, incluindo sua descoberta, propriedades e aplicações. Materiais piezoelétricos podem gerar tensão elétrica quando submetidos a pressão mecânica ou vice-versa. Eles são amplamente usados em sensores, transdutores ultrassônicos e outras aplicações.
Desenvolvimento de aço com usinabilidade melhoria para moldes para plástico d...Lepuufu
A fabricação de moldes de grande porte exige a produção na aciaria de lingotes de
dimensões acima do usual. De forma a garantir a polibilidade do produto acabado, o material
não pode apresentar forte segregação, nível elevado de inclusões não metálicas ou
porosidades. Para tanto, é necessária a obtenção de reduzidos teores de enxofre e a execução
de elevada deformação mecânica no processo de conformação, principalmente em se
tratando de grandes lingotes. Contudo, a redução do teor de enxofre prejudica a
usinabilidade o que, sem outras alterações, encarece a fabricação do molde. Neste trabalho, é
apresentada a tecnologia de fabricação do bloco para o maior molde já produzido com aço
manufaturado no Brasil no qual o teor de enxofre foi reduzido abaixo de 50 ppm e a
usinabilidade foi mantida através da modificação da morfologia das inclusões através da
desoxidação por cálcio.
Este documento apresenta informações sobre o quartzo natural e cultivado, abordando principalmente o comportamento da oferta e demanda frente a inovações tecnológicas. A demanda por quartzo piezelétrico aumentou durante a Segunda Guerra Mundial devido ao seu uso em equipamentos de comunicação. Posteriormente, o desenvolvimento do cultivo de quartzo em autoclave afetou o mercado de quartzo natural. Mais recentemente, a disseminação da comunicação digital impactou a demanda por quartzo piezelétrico com a substituição de circuitos analógicos.
Este documento apresenta um resumo do estado da arte da produção de silício grau solar, que é a principal matéria-prima para a produção de painéis solares. Inicialmente discute a importância da energia solar e do fenômeno fotovoltaico. Em seguida, descreve as principais rotas existentes para a obtenção de silício grau metalúrgico a partir da redução de sílica, que é usado como matéria-prima para as rotas químicas de produção de silício grau solar. Por fim, apresenta novas
Os nanomateriais são materiais com dimensões na escala nanométrica, apresentando propriedades únicas devido ao seu tamanho reduzido. Eles são amplamente explorados em áreas como eletrônica, medicina e energia, promovendo avanços tecnológicos e aplicações inovadoras.
Sobre os nanomateriais, analise as afirmativas a seguir:
-6
I. Os nanomateriais são aqueles que estão na escala manométrica, ou seja, 10 do metro.
II. O Fumo negro é um exemplo de nanomaterial.
III. Os nanotubos de carbono e o grafeno são exemplos de nanomateriais, e possuem apenas carbono emsua composição.
IV. O fulereno é um exemplo de nanomaterial que possuí carbono e silício em sua composição.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I, II e III, apenas.
I, II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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54 99956-3050
Um protocolo de comunicação é um conjunto de regras formais que descrevem como transmitir ou trocar dados, especialmente através de uma rede. Um protocolo de comunicação padronizado é aquele que foi codificado como padrão. Exemplos deles incluem WiFi, o protocolo da Internet e o protocolo de transferência de hipertexto (HTTP).
Sobre protocolos de comunicação, é correto afirmar que:
ALTERNATIVAS
Pacote é um termo genérico para referenciar uma sequência de dados binários com tamanho limitado usado como unidade de transmissão.
O número de dispositivos em um barramento não é determinado pelo protocolo.
Um sistema aberto é o que está preparado para se comunicar apenas com outro sistema fechado, usando regras padronizadas que regem o formato, o conteúdo e o significado das mensagens recebidas.
A confiabilidade em sistemas distribuídos não está relacionada às falhas de comunicação ou pela capacidade dos aplicativos em se recuperar quando tais falhas acontecem.
Os mecanismos da Internet não foram adaptados para suportar mobilidade.
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AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL ENGENHARIA DA SUSTENTABILIDADE UNIC...Consultoria Acadêmica
Os termos "sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" só ganharam repercussão mundial com a realização da Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento (CNUMAD), conhecida como Rio 92. O encontro reuniu 179 representantes de países e estabeleceu de vez a pauta ambiental no cenário mundial. Outra mudança de paradigma foi a responsabilidade que os países desenvolvidos têm para um planeta mais sustentável, como planos de redução da emissão de poluentes e investimento de recursos para que os países pobres degradem menos. Atualmente, os termos
"sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" fazem parte da agenda e do compromisso de todos os países e organizações que pensam no futuro e estão preocupados com a preservação da vida dos seres vivos.
Elaborado pelo professor, 2023.
Diante do contexto apresentado, assinale a alternativa correta sobre a definição de desenvolvimento sustentável:
ALTERNATIVAS
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.
Desenvolvimento sustantável é o desenvolvimento que supre as necessidades momentâneas das pessoas.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento incapaz de garantir o atendimento das necessidades da geração futura.
Desenvolvimento sustentável é um modelo de desenvolvimento econômico, social e político que esteja contraposto ao meio ambiente.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração anterior, comprometendo a capacidade de atender às necessidades das futuras gerações.
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54 99956-3050
AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL INDÚSTRIA E TRANSFORMAÇÃO DIGITAL ...Consultoria Acadêmica
“O processo de inovação envolve a geração de ideias para desenvolver projetos que podem ser testados e implementados na empresa, nesse sentido, uma empresa pode escolher entre inovação aberta ou inovação fechada” (Carvalho, 2024, p.17).
CARVALHO, Maria Fernanda Francelin. Estudo contemporâneo e transversal: indústria e transformação digital. Florianópolis, SC: Arqué, 2024.
Com base no exposto e nos conteúdos estudados na disciplina, analise as afirmativas a seguir:
I - A inovação aberta envolve a colaboração com outras empresas ou parceiros externos para impulsionar ainovação.
II – A inovação aberta é o modelo tradicional, em que a empresa conduz todo o processo internamente,desde pesquisa e desenvolvimento até a comercialização do produto.
III – A inovação fechada é realizada inteiramente com recursos internos da empresa, garantindo o sigilo dasinformações e conhecimento exclusivo para uso interno.
IV – O processo que envolve a colaboração com profissionais de outras empresas, reunindo diversasperspectivas e conhecimentos, trata-se de inovação fechada.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I e III, apenas.
I, III e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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Introdução ao GNSS Sistema Global de PosicionamentoGeraldoGouveia2
Este arquivo descreve sobre o GNSS - Globas NavigationSatellite System falando sobre os sistemas de satélites globais e explicando suas características
Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificaçãocaduelaia
Apresentação completa sobre origem da madeira até os critérios de dimensionamento de acordo com as normas de mercado. Nesse material tem as formas e regras de dimensionamento
O presente trabalho consiste em realizar um estudo de caso de um transportador horizontal contínuo com correia plana utilizado em uma empresa do ramo alimentício, a generalização é feita em reserva do setor, condições técnicas e culturais da organização
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usinabilidade foi mantida através da modificação da morfologia das inclusões através da
desoxidação por cálcio.
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Este documento apresenta um resumo do estado da arte da produção de silício grau solar, que é a principal matéria-prima para a produção de painéis solares. Inicialmente discute a importância da energia solar e do fenômeno fotovoltaico. Em seguida, descreve as principais rotas existentes para a obtenção de silício grau metalúrgico a partir da redução de sílica, que é usado como matéria-prima para as rotas químicas de produção de silício grau solar. Por fim, apresenta novas
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-6
I. Os nanomateriais são aqueles que estão na escala manométrica, ou seja, 10 do metro.
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É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I, II e III, apenas.
I, II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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"sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" fazem parte da agenda e do compromisso de todos os países e organizações que pensam no futuro e estão preocupados com a preservação da vida dos seres vivos.
Elaborado pelo professor, 2023.
Diante do contexto apresentado, assinale a alternativa correta sobre a definição de desenvolvimento sustentável:
ALTERNATIVAS
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.
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“O processo de inovação envolve a geração de ideias para desenvolver projetos que podem ser testados e implementados na empresa, nesse sentido, uma empresa pode escolher entre inovação aberta ou inovação fechada” (Carvalho, 2024, p.17).
CARVALHO, Maria Fernanda Francelin. Estudo contemporâneo e transversal: indústria e transformação digital. Florianópolis, SC: Arqué, 2024.
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II – A inovação aberta é o modelo tradicional, em que a empresa conduz todo o processo internamente,desde pesquisa e desenvolvimento até a comercialização do produto.
III – A inovação fechada é realizada inteiramente com recursos internos da empresa, garantindo o sigilo dasinformações e conhecimento exclusivo para uso interno.
IV – O processo que envolve a colaboração com profissionais de outras empresas, reunindo diversasperspectivas e conhecimentos, trata-se de inovação fechada.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I e III, apenas.
I, III e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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Introdução ao GNSS Sistema Global de PosicionamentoGeraldoGouveia2
Este arquivo descreve sobre o GNSS - Globas NavigationSatellite System falando sobre os sistemas de satélites globais e explicando suas características
Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificaçãocaduelaia
Apresentação completa sobre origem da madeira até os critérios de dimensionamento de acordo com as normas de mercado. Nesse material tem as formas e regras de dimensionamento
O presente trabalho consiste em realizar um estudo de caso de um transportador horizontal contínuo com correia plana utilizado em uma empresa do ramo alimentício, a generalização é feita em reserva do setor, condições técnicas e culturais da organização
Corte de silício monocristalino com serra de fio diamantado contínuo
1. CORTE DE SILÍCIO MONOCRISTALINO COM SERRA DE FIO
DIAMANTADO CONTÍNUO
Erick Cardoso Costa, erickcardosocosta@hotmail.com1
Ricardo Delgado de Souza, ricardo.delgado@posgrad.ufsc.br1
Ricardo Knoblauch, ricardo.knoblauch@posgrad.ufsc.br1
Walter Lindolfo Weingaertner, wlw@emc.ufsc.br1
Fabio Antonio Xavier, f.xavier@ufsc.com1
Konrad Wegener, wegener@iwf.mavt.ethz.ch2
1
Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Departamento de Engenharia Mecânica, Laboratório de Mecânica de
Precisão – LMP, Bairro Trindade, 88040900, Florianópolis – SC, Brasil.
2
Institute of Machine Tools and Manufacturing –IWF, Zurique, Suíça.
Resumo: A crescente demanda por recursos energéticos renováveis tem sido influenciada pelas recentes mudanças
climáticas. Esta rápida expansão do mercado tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias que auxiliem a
cadeia de produção e aumente a eficiência dos módulos de painéis fotovoltaicos. Porém, muitos fatores limitam a
disseminação da tecnologia fotovoltaica principalmente no que diz respeito ao custo de matéria prima e de fabricação.
Na cadeia de produção diversas são as abordagens que objetivam a otimização do processo. Dentre os processos da
cadeia produtiva, o serramento com múltiplos fios é uma das etapas mais críticas. Devido às características e
cinemática do processo há uma relativa dificuldade em monitorar e investigar a influência dos parâmetros variáveis
de entrada no rendimento e na qualidade do corte. Este artigo apresenta a concepção e construção de uma bancada
de ensaios de corte com fio diamantado que permite avaliar a influência da variação dos parâmetros de usinagem
aplicados para o wafering. A máquina trabalha com um segmento de fio contínuo e mostrou-se eficiente no corte e
permite avaliar o desgaste do fio ao longo da progressão do corte.
Palavras-chave: fio diamantado contínuo, desenvolvimento de máquina-ferramenta, desgaste de grão de diamante,
wafering de silício, tecnologia fotovoltaica.
1. INTRODUÇÃO
A busca por recursos energéticos alternativos tornou-se indispensável e estratégico para o desenvolvimento
socioeconômico. O crescente interesse em fontes de energia renovável foi desencadeado pelo impacto ambiental devido
a poluição, ao esgotamento de recursos fósseis e às mudanças climáticas (Satori et al., 2015). Neste cenário, as
tecnologias para gerar energia a partir de fontes renováveis com baixas emissões de gases de efeito estufa tornam-se
cada vez mais atraentes. Dentre as opções disponíveis a geração de energia solar é considerada como uma das fontes de
energia renovável mais promissora (Monteiro et al., 2017).
Para a geração de energia solar a tecnologia fotovoltaica (PV) tem se mostrado como a principal deste grupo.
Diversos fatores limitam a disseminação desta tecnologia, sendo as principais o custo de matéria prima que representam
cerca de 30 à 40% do custo total da fabricação de células solares e o custo de usinagem de aproximadamente 50% do
custo de fabricação (Booth, 2010). Para a fabricação das células solares pode-se utilizar como substrato: silício
monocristalino/policristalino (mono-Si/poli-Si), silício amorfo (a-Si), telureto de cádmio (CdTe), cobre, índio e gálio
seleneto (CIS/SIGS) e células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV). Para cada tipo de substrato o módulo solar
apresentará diferentes desempenhos com relação a eficiência energética. Devido sua abundância na crosta terrestre
(compondo aproximadamente 27% dos minerais encontrados) e as características semicondutoras do cristal de silício
(monocristalino e policristalino) cerca de 80% das células solares do mundo são produzidas usando este como substrato
(Yu et al., 2012).
Para a produção das células solares, a primeira etapa é a produção do lingote que pode ser efetuado por
diferentes rotas sendo as principais: fundição e Czochralski. Subsequente a esta primeira etapa, o lingote é submetido ao
processo de serramento para a produção de finas fatias, denominadas de wafers que apresentam espessura na ordem de
100 à 180 µm. O processo de corte é realizado em uma máquina com uma teia de fios paralelos, denominada de serra de
múltiplos fios (Multi-Wire Sawing – MWS), a qual vem sendo amplamente utilizada desde a década de 90 pela indústria
2. X C ongr esso Naci onal de E ngenhari a M ecâni ca, 20 a 2 4 de m ai o de 2 0 1 8, S al vador - Bahi a
fotovoltaica e microeletrônica (circuito integrado – IC) (Klocke, 2009; Liu et al., 2017; Möller, 2015). Este processo
ocorre com a aspersão de uma lama abrasiva ou com fio de aço recoberto de abrasivos, normalmente diamante (Liu et
al., 2017). Um modelo esquemático da máquina de corte com múltiplos fios é mostrado na Figura 1. A máquina baseia-
se na alimentação de um único fio de aço por um carretel contendo aproximadamente 5 km de fio sendo envolto em
cilindros guias (que podem ser 2 ou mais, dependendo da quantidade de lingotes à serem processados) em sulcos
paralelos (entre 500 à 700) formando uma malha. A tensão do fio é variada por meio de uma unidade de controle e a
malha é movimentada pelo torque aplicado na unidade principal. O movimento do fio é caracterizado como
reciprocante, ou seja, a determinada distância de fio percorrida este tem aceleração reduzida e seu sentido invertido
(Wu, 2016).
Concomitante ao movimento do fio, o lingote de silício é empurrado contra a malha a uma taxa de avanço
controlada e é submetido a desaceleração em função da inversão do sentido de corte promovido pelo fio. O movimento
do fio abrasivo e do lingote somado a interação dos grãos abrasivos (que podem ser de SiC ou diamante) contidos na
superfície do fio ou dispersos em lama promovem a remoção de material permitindo o corte de centenas ou milhares de
wafers em um único passo. Além do processamento de cristal de silício para aplicações fotovoltaicas e microeletônica, a
tecnologia MWS também é empregada para manufatura de LED (light-emitting diodes) e outros materiais com
comportamento frágil como carboneto de silício (SiC), safira (Al2O3), arsenieto de gálio (GaAs), vidro e germânio (Ge)
(Klocke, 2009; Möller, 2004).
Figura 1 – Tecnologia de corte com múltiplos fios (MWS) (adaptado de Wu, 2016).
Os dois sistemas de corte com malha de fio: com lama abrasiva (Wire Slurry Sawing – WSS) ou com abrasivos
fixos (Diamond Wire Sawing – DWS) são empregados industrialmente. Embora as máquinas sejam semelhantes, o corte
ocorre de forma fundamentalmente distinta. Por um lado, conforme ilustrado na Figura 2a, no corte com lama abrasiva a
remoção de material é obtida pelas interações entre as partículas abrasivas (SiC) contidas em um meio e o substrato de
Si na qual a remoção de material é promovida pelo desgaste de três corpos (three-body wear), similar a lapidação. Por
outro lado, no corte com fio de diamantado a remoção de material do substrato de silício ocorre por meio do desgaste de
dois corpos (two-body wear) que envolve a interação direta dos grãos de diamante com o material, como mostrado
esquematicamente na Figura 2b (Wu, 2016; Möller, 2004).
Figura 2 – Esquema de remoção de material no canal de corte: (a) lama abrasiva; (b) fio diamantado (adaptado
de Wu, 2016).
A qualidade e o rendimento do corte com fio abrasivo depende da escolha dos parâmetros variáveis de entrada.
Devido as características e cinemática do sistema de múltiplo corte somado ao comportamento frágil do silício, há uma
relativa dificuldade para investigação da influência dos parâmetros variáveis de entrada do processo de wafering sobre
as suas características e o resultado de trabalho e, consequentemente, isto dificulta o emprego de abordagens que
objetivam a otimização (Bidiville et al., 2015; Möller, 2015). Devido ao custo do substrato de silício e o custo de
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usinagem serem expressivos na cadeia de produção das células solares, as indústrias da área fotovoltaica estão
incentivando o desenvolvimento de P, D & I (Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação) direcionadas para esta tecnologia
(Peguiron et al., 2014). O conhecimento das características do processo de corte com fio diamantado e a influência dos
parâmetros variáveis de entrada sobre o resultado de trabalho é um assunto importante a ser investigado, especialmente
quando é necessária a redução dos custos de produção para tornar a indústria de energia solar mais viável.
Dado o exposto acima, o objetivo deste artigo é apresentar o desenvolvimento de uma bancada de ensaio de corte
com fio diamantado contínuo para investigar o processo de wafering. O mesmo está dividido em duas macrofases: 1 –
concepção e desenvolvimento da máquina; e 2 – avaliação da progressão do desgaste do fio diamantado.
2. CONCEPÇÃO DA BANCADA DE ENSAIOS COM FIO DIAMANTADO
A bancada de ensaios de corte com fio diamantado foi desenvolvida a partir da reconfiguração de uma máquina-
ferramenta de ultraprecisão para usinagem com ferramenta de geometria definida construída no Laboratório de
Mecânica de Precisão (LMP) – UFSC no escopo do trabalho de doutorado de Stoeterau (1999). Esta máquina-
ferramenta apresentou-se como ótima opção para configurá-la dada suas características: rigidez, não apresenta o efeito
stick-slip e precisão de movimento promovida pela tecnologia de mancais aerostáticos. A partir disto, a primeira etapa
para reconfiguração foi a elaboração de uma nova concepção da máquina de acordo com alguns requisitos de
funcionalidade elencados que deveriam ser atendidos, conforme Tabela 1.
Tabela 1 – Requisitos de funcionalidade da máquina
REQUISITOS DE FUNCIONALIDADE
1 Corte com velocidade do fio constante
2 Uso de pequeno comprimento de fio
3 Acompanhar a progressão do desgaste do fio
4 Possibilitar uso de diferentes fluidos de corte
5 Possibilitar visão do canal de corte
6 Controle da tensão do fio
7 Baixa quantidade de material removida no corte
8 Possibilitar a investigação do processo com parâmetros industrialmente utilizados
A Figura 3 mostra um modelo CAD (3a) e a máquina após a reconfiguração (3b). A máquina possui mancais
(eixo A e A’) e guias (eixo X e Y) aerostáticos que asseguram baixo atrito e precisão de movimento. Os eixos A e A’
são rolamento rotatórios aerostáticos que realizam rotação a partir de um sistema motriz baseado em um motor elétrico
permitindo o movimento de corte contínuo do fio diamantado que está envolto em duas polias. O eixo X é responsável
pelo tensionamento do fio por meio de um pistão pneumático com pressão de ar controlada por uma válvula reguladora
de pressão que permite mensurar a tensão do fio configurada para a condução experimental através de uma mola
calibrada. O eixo Y executa o movimento de avanço da amostra contra o fio diamantado com velocidade de avanço (vf)
controlada através do deslocamento do carro porta-amostras sobre as guias aerostáticas verticais e é mantida em
equilíbrio estático por meio da utilização de contra-peso. O eixo Z promove a variação da espessura da amostra a ser
usinada.
Figura 3 – Bancada de ensaios de corte com foi diamantado: (a) modelo CAD; (b) máquina reconfigurada.
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As máquinas industriais realizam o corte com movimento reciprocante do fio diamantado, de forma que a superfície
da peça cortada se apresenta com estrias decorrentes dos parâmetros de corte variados, tornando quase impraticável o
estabelecimento de uma correlação entre parâmetros de corte e integridade da superfície usinada. No caso da bancada
de ensaios desenvolvida, esta promove o movimento do fio contínuo (similar a uma serra-fita) com velocidade de corte
(vc) constante utilizando comprimento de aproximadamente 1m de fio. Nesta concepção torna-se possível investigações
experimentais que objetivem avaliar a influência da variação dos parâmetros variáveis do processo sobre o desgaste do
fio diamantado, integridade da superfície do wafer de silício (ou demais materiais de comportamento frágil), força
normal de avanço, tensão e deflexão do fio.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
A bancada de ensaios de corte com fio diamantado contínuo permite acompanhar a progressão do desgaste do fio
para volumes de material usinado pré-estabelecidos. Por não haver disponíveis comercialmente fios contínuos, um
dispositivo de soldagem de topo por resistência elétrica para a confecção dos fios contínuos foi desenvolvido por
Knoblauch et al. (2017).
Para investigar as características do desgaste dos grãos de diamante foi utilizado fio diamantado com diâmetro
externo nominal de ∅ext = 350 μm, comercialmente disponíveis, com grãos de diamante eletrodepositados com
revestimento de níquel, conforme Figura 4. As amostras ensaiadas foram de silício monocristalino (mono-Si) com
dimensões de 50x50x7 mm. Os experimentos foram realizados em 3 diferentes condições de corte de acordo com a
Tabela 2.
Figura 4 - MEV do fio diamantado.
Tabela 2 – Condições experimentais.
Condições vc (m/s) Fluido lubrirrefrigerante ∅ext do fio diamantado (µm)
1 26 Sem
3502 20 Sem
3 13 Sem
A análise da progressão do desgaste do fio diamantado foi realizada em um grupo específico de grãos de
diamante no comprimento amostral do fio de 2 mm por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A análise se deu
em três estágios para cada fio utilizado: 1 – fio diamantado novo; 2 – após um percurso de corte h = 350 mm; e 3 um
percurso de corte de h = 700 mm. Ao longo dos experimentos a força normal de avanço (Fn) foi pré-estabelecida. A
Figura 5 ilustra o canal de usinagem enfatizando a altura h.
Figura 5 – Dimensões do corpo de prova de mono-Si enfatizando a altura h.
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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A região de soldagem do fio diamantado permite encontrar os mesmos grupos de grãos de diamante para
monitoramento do desgaste do fio, conforme Figura 6. A partir disto, avaliou-se a progressão do desgaste do fio em
função do volume de material removido previamente estabelecido. Para o fio novo, os grãos encontram-se recobertos
por uma camada de níquel. Na região de contato do grão ativo recoberto por níquel com o silício, a camada externa de
níquel é removida e/ou deslocada para a lateral do respectivo grão no início do processo de corte e o diamante é
exposto, caracterizando-se como dressamento, aumentando a eficiência de remoção de material devido ao contato direto
dos gumes dos grãos cinemático com o silício. Na fase subsequente ocorre microdesgaste devido a redução da altura
dos grãos de diamante e, consequentemente, o achatamento dos mesmos. A remoção do revestimento e redução da
altura do grão dá-se de forma gradual, influenciada pela taxa de avanço e aumento da força normal (Fn) imposta durante
o processo de usinagem. Observam-se também a fratura e/ou arrancamento dos grãos da superfície do fio, podendo
ocorrer unitariamente ou em grupo de grãos que separam-se juntamente com o revestimento de níquel da superfície da
alma do fio.
Figura 6 – Progressão do desgaste do fio diamantado analisado por MEV: (a) fio diamantado novo; (b) após um
percurso de corte h = 350 mm; (c) após um percurso de corte h = 700 mm.
A velocidade de avanço (vf) foi variada pela alteração da massa dos contra-pesos que mantinham o carro porta-
amostras em equilíbrio estático. Este sistema altera a força de avanço (Fn) e a velocidade de avanço (vf) é consequência
da alteração desta força, portanto para avaliá-la o processo de usinagem foi gravado e posteriormente as imagens foram
processadas para determinação dos tempos de processo. O valor médio da velocidade de avanço (vf) para as respectivas
condições de corte impostas no ensaio é apresentado na Figura 7 com a incerteza de medição correspondente (intervalo
de confiança de 95%).
Figura 7 – Resultados da velocidade de avanço (vf).
O gráfico da Figura 7 mostra que para uma força normal (Fn) constante a velocidade de avanço (vf) aumenta
proporcionalmente com o aumento da velocidade de corte (vc) devido ao aumento da taxa de remoção de material,
corroborando com as conclusões no trabalho de Ge et al. (2004). Os resultados apresentados seguem um
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comportamento aproximadamente linear. Com base na interpolação dos resultados do conjunto de experimentos foi
elaborado um mapa de contorno evidenciando a velocidade de avanço (vf) em um gráfico (Fn) vs. (vc) que fornece
informações quanto a vf aproximada ao aplicar um determinado conjunto de dados vc e Fn, conforme Figura 8.
Figura 8 – Mapa de contorno de vf em função da vc e Fn.
5. CONCLUSÕES
A bancada de ensaios de corte com fio diamantado contínuo permite acompanhar o desgaste de um único grão
ou grupo de grãos de diamante específicos durante o corte de amostras de silício. A bancada permite a avaliação da
influência da variação dos parâmetros variáveis de entrada, como a tensão do fio, a força normal Fn e velocidade de
corte (vc). Em relação as demais bancadas de ensaios de corte com fio diamantado descritas na literatura, a presente
bancada permite aumentar a velocidade de corte de vc ≤ 7 m/s para vc ≤ 30 m/s tonando possível avaliar parâmetros de
corte empregados em máquinas de uso comercial que estão na ordem de 10 m/s ≤ vc ≤ 20 m/s.
A utilização de um sistema de avanço baseado em contra-peso mostrou-se eficaz para movimentar a peça. Porém a
velocidade de avanço (vf) é função da força normal (Fn) aplicada e isto dificulta uma análise mais aprofundada com
relação a influência da mesma. Para aprimorar o estudo da influência da velocidade de avanço será implementado um
sistema eletromecânico de avanço com o intuito de tornar o avanço um parâmetro de entrada e controlado permitindo
comparar a influência entre os diferentes princípios dos sistemas sobre o processo e resultado de trabalho.
6. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e ao Conselho
Nacional de Desenvolvimento Tecnológico e Científico (CNPq) pelo apoio e a Saint-Gobain Abrasives pelo
fornecimento do fio diamantado.
7. REFERÊNCIAS
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modeling”. Solar Energy Materials & Solar Cells 132 (2015), p. 392-402.
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Vol. 5 (3), p. 183-191, 2010.
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Materials Science Forum Vols 471-472 (2004), p. 481-484.
KNOBLAUCH, R.; SILVEIRA, C. A.; CAMPOS, J. E. S.; WEINGÄERTNER, W. L.; XAVIER, F. A.; WEGENER,
K. “Test rig for welding diamond wires into a loop’. 5th Int. Conf. Adv. Civil, Struct. Mech. Eng. - ACSM, Zurich
(2017), p. 1-5.
KLOCKE, F. “Manufacturing Processes 2: Grinding, Honing, Lapping”. Editor Springer, 2009.
LIU, T.; GE, P.; BI, W.; GAO, Y. “Subsurface crack damage in silicon wafers induced by resin bonded diamond wire
sawing”. Materials Science in Semiconductor Processing 57 (2017), p. 147-156.
MONTEIRO, N. S. C.; MONTEIRO, R. A. B.; MARIANO, J. D.; JUNIOR, J. U.; ROMANO, C. A. “Brazil Market
outlook for photovoltaic solar energy: a survey study”. British Journal of Applied Science & Technology 21 (2017), p.
1-11.
MÖLLER, H. J. “Wafer Processing”. Handbook of Crystal Growth (2015), p. 715-755.
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MÖLLER, H. J. “Basic mechanism and models of multi-wire sawing”. Advaced Engineering Materials 7 (2004), p.
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MÖLLER, H. J. “Wafering of Silicon”. Semiconductors and Semimetals (2015), p. 1-47.
PEGUIRON, J.; MUELLER, R.; ZANETTI, J.; HABEGGER, S.; BURRI, M.; SOPRA, F. M.; MEYER BURGUER.
“Reducing wire wear by mechanical optimization”. Article PV Production Annual, 2014.
SATORI, S.; KURIYAMA, G. S. K.; ALVARENGA, T. H. P.; VIEIRA, B. S.; CAMPOS, L. M. S. “Os benefícios e
desafios da geração de eletricidade no contexto da sustentabilidade”. Engema, 2015.
STOETERAU, R. L. “Desenvolvimento do protótipo de uma máquina-ferramenta comandada numericamente para
usinagem de ultraprecisão com ferramenta de geometria definitiva”. Tese apresentada ao Programa de Pós-graduação
em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, 1999.
WU, H. “Wire sawing Technologies: state-of-the-art review”. Precision Engineering 43 (2016), p. 1-9.
YU, X.; WANG, P.; LI, X.; YANG, D. “Thin Czochralski silicon solar cells based on diamond wire sawing
technology”. Solar Energy Materials & Solar Cells 98 (2012), p. 337-342.
8. RESPONSABILIDADE AUTORAL
“Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho”.
MONOCRYSTALLINE SILICON CUTTING WITH ENDLESS DIAMOND
WIRE SAW
Erick Cardoso Costa, erickcardosocosta@hotmail.com1
Ricardo Delgado de Souza, ricardo.delgado@posgrad.ufsc.br1
Ricardo Knoblauch, ricardo.knoblauch@posgrad.ufsc.br1
Walter Lindolfo Weingaertner, wlw@emc.ufsc.br1
Fabio Antonio Xavier, f.xavier@ufsc.com1
Konrad Wegener, wegener@iwf.mavt.ethz.ch2
1
Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Departamento de Engenharia Mecânica, Laboratório de Mecânica de
Precisão – LMP, Bairro Trindade, 88040900, Florianópolis – SC, Brasil.
2
Institute of Machine Tools and Manufacturing – IWF, Zurique, Suíça.
Abstract. The increasing demand for renewable energy generation has been influenced by recent climate change. This
rapid market expansion has driven the development of technologies that support the production chain and increase the
efficiency of photovoltaic modules. However, several factors restrain the expansion of photovoltaic technology,
especially with regard to the cost of raw materials and manufacturing. There are several methods employed in the
production chain to optimize it. Amongst all the processes of the production chain, the multi-wire sawing is one of the
most critical stages. Due to the characteristics and kinematics of the process, monitoring and investigating the
influence of input cutting parameters on the yield and sawn wafer quality is difficult to be performed. In this paper is
presented the design and construction of an endless wire saw test rig that permits the evaluation of the input cutting
parameters on the wafering process. The test rig employs an endless diamond wire, and the results showed that the cut
was efficient and it was possible to analyze the wear of the wire after several cuts.
Keywords: endless diamond wire, machine design, diamond grain wear, silicon wafering, photovoltaic technology.