Title

Blindagens Leves em Carbeto de Silício: Avanços na Manufatura Aditiva de Geometrias Complexas e Simulação Numérica

Lightweight Silicon Carbide Armor: Advances in Additive Manufacturing of Complex Geometries and Numerical Simulation

Authorship

DIAS, BERNARDO DE MARTINS DUTRA FURTADO; FERRAZ, REBECA CORREIA GOMES; ROBERT, RENÉ BERTOLINI; SILVA, MARLLON FRAGA; LIMA, EDUARDO DE SOUSA

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ROBERT, RENÉ BERTOLINI

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SILVA, MARLLON FRAGA

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LIMA, EDUARDO DE SOUSA

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DOI

10.5151/2594-4711-43866

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Abstract

Este trabalho apresenta uma revisão da literatura sobre o uso do Carbeto de Silício (SiC) em sistemas de blindagem balística, com foco na integração entre manufatura aditiva e simulação numérica. O SiC destaca-se por seu equilíbrio entre baixa densidade e alta dureza. Essas propriedades associadas à Manufatura Aditiva (MA) viabilizam a fabricação de proteção balística com geometrias complexas e em estruturas que promovem maior relação resistência-peso, superando a manufatura convencional. Nesse contexto, arquiteturas avançadas baseadas em Superfícies Mínimas Triplamente Periódicas (TPMS) destacam-se por permitir criar estruturas menos densas que o material maciço, mas que mantém as propriedades mecânicas de alta resistência. Dentre elas, notabiliza-se o Giroide, cuja topologia distribui tensões de forma homogênea e apresenta comportamento quase isotrópico, otimizando a absorção de energia. Porém, há grande dificuldade na predição do comportamento mecânico e de falha nessas arquiteturas, uma vez quer os modelos numéricos simplificados apresentam desvios significativos em densidades relativas superiores a 0,15. A contribuição deste trabalho reside na proposição de modelagens mais refinadas utilizando Elementos de Volume Representativo (EVR), incorporando as heterogeneidades do processo de MA como o ajuste do módulo de Young entre as camadas, permitindo uma representação mais fiel da dissipação de energia e progressão de falha.

This paper presents a literature review on the use of Silicon Carbide (SiC) in ballistic armor systems, focusing on the integration of additive manufacturing (AM) and numerical simulation. SiC is distinguished by its balance between low density and high hardness. When combined with AM, these properties enable the fabrication of ballistic protection with complex geometries and structures that promote a higher strength-to-weight ratio, surpassing conventional manufacturing. In this context, advanced architectures based on Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) stand out by allowing the creation of structures that are less dense than bulk material while maintaining high-strength mechanical properties. Among them, the Gyroid is notable for its topology, which distributes stresses homogeneously and exhibits quasi-isotropic behavior, optimizing energy absorption. However, predicting the mechanical and failure behavior in these architectures remains highly challenging, as simplified numerical models show significant discrepancies at relative densities above 0.15. The contribution of this work lies in proposing more refined modeling approaches using Representative Volume Elements (RVE) that incorporate the heterogeneities of the AM process, such as the adjustment of Young's modulus between layers, thereby providing a more accurate representation of energy dissipation and failure progression.

Keywords

Carbeto de Silício, Manufatura Aditiva, Superfícies Mínimas Triplamente Periódicas, Simulação Numérica

Silicon Carbide, Additive Manufacturing, Triply Periodic Minimal Surfaces, Numerical Simulation