Aula 8 Simulação de Processamentos de Materiais

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AULA 8 – SIMULAÇÃO DE 
PROCESSAMENTOS DE MATERIAIS
Prof ª M.a. Camila Boldrini Nascimento 
Prototipagem Rápida
2Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
A prototipagem é uma das ferramentas para se desenvolver
um produto.
A simulação é uma ferramenta para se desenvolver o
processo que vai gerar o produto.
Prototipagem Rápida
3Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida
•PROCESSOS BASEADOS EM 
MATÉRIA-PRIMA SÓLIDA
4Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida 
• PROCESSOS BASEADOS EM MATÉRIA-PRIMA SÓLIDA
• Matéria-prima utilizada em equipamentos se encontram no
estado sólido na forma de filamentos, lâminas ou grânulos.
• Material sólido é aquecido e fundido, depositado e
convertido novamente ao estado sólido através de
resfriamento.
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Prototipagem Rápida
•Modelagem por Fusão e Deposição
(FDM - Fused Deposition Modeling) 
6Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
• Tecnologia desenvolvida em 1988 pela Stratasys, porém
comercializada apenas em 1992.
• PRINCÍPIO:
• Filamento de resina termoplástica é aquecido até o ponto
semilíquido/pastoso, e extrudada a partir de uma matriz em
forma de ponta com movimentos no eixo x-y, posicionada no
eixo z.
• Suportes: equipamento apresenta uma matriz adicional para
deposição de material suporte diferenciada apenas pelo
sistema de remoção.
• Remoção manual – material do suporte é mais frágil.
• Material solúvel em solução líquida aquecida (imersão) – mais
recente.
7Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
• A plataforma é mantida sob uma temperatura inferior à do
material, de forma que a resina termoplástica solidifique
rapidamente.
• Após esse endurecimento, a plataforma se movimenta
para baixo e a matriz de extrusão deposita uma segunda
camada sobre a primeira.
• Materiais peça: poliéster, polipropileno, ABS, elastômeros
e cera usada no processo de fundição por cera perdida.
• Materiais base: PU rígido ou placa de PC.
8Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
9Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Esquema processo de Modelagem por Fusão e Deposição.
As roldanas tracionam o
material de suprimento,
como também atuam
como dosador na
deposição do material
fundido.
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
10Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Esquema processo de Modelagem por Fusão e Deposição.
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
11Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Esquema processo de Modelagem por Fusão e Deposição.
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
• Para uma boa fixação na base, ou se obter uma camada
plana inicial, o material do suporte pode ser utilizado.
• Permite o uso de bicos calibrados de diversos diâmetros,
entretanto o setup não é amigável.
• Diâmetros de 0.25mm, 0.30mm, 0.40mm.
• Parâmetros importantes:
• Espessura da camada
• Espessura do filamento
• Fresta (gap)
12Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
13Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Esquema processo de Modelagem por Fusão e Deposição.
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
14Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
• Vantagens:
• Possibilidade de uso em testes funcionais  garantia de 85% de
resistência em relação ao processo de injeção convencional com o
mesmo material.
• Não requer pós cura.
• Baixa emissão de voláteis.
Prototipagem Rápida – FDM (Stratasys)
15Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO – PROCESSO
• Desvantagens:
• Baixa precisão.
• Requer suporte.
• Difícil remoção mecânica do suporte.
• Poucas alternativas de materiais.
• Baixa velocidade de deposição  dependente da viscosidade do
material.
Prototipagem Rápida
•Manufatura Laminar de Objetos
(LOM) – Laminated Object Manufacturing
16Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
17Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
• Comercializado pela empresa Cubic Technology  uns
dos primeiros processos disponível comercialmente em
1991.
• PRINCÍPIO:
• Deposição sucessiva de folhas do material as quais
contém adesivos em uma de suas faces.
• A face que contém o adesivo deve ser direcionada para
baixo.
• Um rolo aquecido é passado sobre a folha para ativar o
adesivo direcionado para baixo que unirá a folha superior
com a inferior.
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
18Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
• Conjunto de espelhos e laser  movimentação nos eixos
x-y e corte da camada com o perfil da peça.
• Laser corta em formato de retângulos o material que não
faz parte da geometria final da peça fácil remoção.
• O material presente no contorno externo atua como
suporte.
• Deslocamento da plataforma no eixo z  adição de uma
nova camada.
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
19Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
Esquema processo de Manufatura Laminar de 
Objetos (LOM).
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
20Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
Exemplos de peças produzidas pela técnica de LOM.
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
21Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
• Materiais utilizados: polímeros, papel, tecido e chapas
metálicas de baixa espessura.
• Mais comum: papel kraft com adesivo termicamente ativado à base
de polietileno.
• Requer etapas de acabamento:
• Lixamento.
• Polimento
• Pintura
• Posterior recobrimento com epóxi, PU, silicone  proteção contra
umidade.
Prototipagem Rápida – LOM (Cubic Technology)
22Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
• Controle em tempo real da altura das camadas
depositadas e possibilidade de se interromper o processo
sem que a peça seja perdida.
• Antes de fatiar o modelo 3D, o sistema lê a altura real do
protótipo que está sendo construído, absorvendo ou
corrigindo eventuais desvios de espessura.
Prototipagem Rápida – IJP InVision 3D Systems
23Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• MANUFATURA LAMINAR DE OBJETOS – PROCESSO
• Vantagens:
• Não requer pós cura.
• Não requer construção de suportes.
• Velocidade na execução da camada  laser percorre apenas o
perímetro da peça.
• Desvantagens:
• Poucasopções de matérias-primas.
• Material não flexível limitação de testes.
• Retirada do material de descarte é trabalhosa e demorada.
• Não indicado para peças com paredes finas e com pequenos
detalhes.
Prototipagem Rápida
•Tecnologia com Lâminas de Papel
(PLT) – Paper Lamination Technology
24Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
25Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
• Técnica desenvolvida pela empresa japonesa Kira
Corporation Ltda. em 1994.
• PRINCÍPIO:
• Processo muito semelhante ao LOM diferença no corte
da lâmina.
• Fornecimento das lâminas:
• Uma a uma  as folhas são previamente cortadas e um sistema
de alimentação coleta e as deposita umas sobre as outras.
• Rolo.
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
26Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
• Deposição de um pó de resina na superfície da folha (ou
na plataforma de construção) na geometria 2D obtida
pelo fatiamento.
• A folha é depositada na plataforma e orientada
corretamente.
• Elevação da plataforma, prensagem contra placa
aquecida  ativação do adesivo e retirada de eventuais
bolhas de ar.
• A camada de papel adere-se à anterior somente onde há
adesivo facilidade na retirada do material de descarte.
• Faca realiza o corte do perfil conforme programação.
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
27Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
• Vida útil de uma faca de corte: 5.000 a 10.000 folhas.
• Espessura do papel: 80 a 150 microns.
• Plataforma de construção possui sistema de controle para
medição constante do progresso no eixo z.
• Pós processamento: remoção do material em excesso,
polimento com lixa fina, e aplicação de resina epóxi (aumento
da resistência).
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
28Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
Esquema processo de Tecnologia com Lâminas de Papel. 
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
29Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
Esquema processo de Tecnologia com Lâminas de Papel. 
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
30Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
Exemplo de protótipo de sola de sapato (1:1) construído em 16h. 
Prototipagem Rápida – PLT (Kira) 
31Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• TECNOLOGIA COM LÂMINAS DE PAPEL – PROCESSO
• Vantagens:
• Não requer laser.
• Não requer pós cura.
• Não requer suporte.
• Baixa distorção, alta planicidade.
• Desvantagens:
• Poucas opções de matérias-primas.
• Material não flexível limitação de testes.
• Impossível para peças com vazios internos.
• Não indicado para peças com paredes finas.
Prototipagem Rápida
• Impressão por Jato de Tinta (IJT)
Thermojet – 3D Systems
32Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – IJT (Thermojet – 3D Systems)
33Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• Técnica desenvolvida pela empresa 3D Systems muito
semelhante à técnica já apresentada IJP .
• PRINCÍPIO:
• Material se solidifica ao entrar em contato com a camada
depositada anterior.
• Processo baseado no uso de ceras ou termopolímeros
(polímeros que se fundem com a ação da temperatura)
desenvolvidos pela própria empresa.
• Necessário criação de suportes (termopolímeros).
• Uso de múltiplos cabeçotes (352 jatos).
• Refrigeração do protótipo facilita a remoção do material
suportes.
Prototipagem Rápida – IJT (Thermojet – 3D Systems)
34Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
Esquema processo de Impressão por Jato de Tinta.
Prototipagem Rápida – IJT (Thermojet – 3D Systems)
35Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• Vantagens:
• Processo rápido (cabeçotes múltiplos).
• Não requer o uso de laser.
• Desvantagens:
• Requer suporte.
• Pós processamento para retirada dos suportes.
• Poucas opções de matérias-primas.
• Peças frágeis protótipo apenas para visualização.
Prototipagem Rápida
• Impressão por Jato de Tinta (IJT)
Benchtop – Solidscape
36Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
Prototipagem Rápida – IJT (Benchtop – Solidscape)
37Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• Técnica desenvolvida pela empresa americana
Solidscape em 1994.
• PRINCÍPIO:
• Processo muito semelhante ao da empresa 3D Systems,
diferindo apenas no uso de dois cabeçotes de jatos de
tintas  um para a peça (material termoplástico) e outro
para o suporte (cera).
• Material se solidifica ao entrar em contato com a camada
depositada anterior.
Prototipagem Rápida – IJT (Benchtop – Solidscape)
38Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• O primeiro cabeçote deposita gotas de material após o
processo de liquefação, o qual se solidifica em contato
com a base ou com a camada anterior.
• O segundo cabeçote aplica cera nas regiões necessárias
para formação de suporte.
• Após a impressão da camada, uma fresa passa sobre
sua superfície, suavizando e regularizando-a.
• Para melhorar a resistência da peça durante a fresa,
material de suporte é também depositado no contorno do
desenho.
Prototipagem Rápida – IJT (Benchtop – Solidscape)
39Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• Apresenta um sistema de segurança quando há falha na
impressão verificação de entupimento dos cabeçotes.
• Caso haja entupimento, a ferramenta retira todas as camadas
adicionadas após a última deposição e o processo reinicia após
este ponto.
• Material do suporte é retirado através de banho de
imersão em óleo mineral de 60 a 65 ºC.
• Espessura das camadas entre 13 a 76 microns.
• Maior uso para protótipos conceituais, visuais e modelos
para fundição (cera perdida).
Prototipagem Rápida – IJT (Thermojet – 3D Systems)
40Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
Esquema processo de Impressão por Jato de Tinta.
Prototipagem Rápida – IJT (Benchtop – Solidscape)
41Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
Esquema processo de Impressão por Jato de Tinta.
Prototipagem Rápida – IJT (Benchtop – Solidscape)
42Simulação de Processamentos de Materiais – Profª Camila Boldrini
(VOLPATO et al., 2007)
• IMPRESSÃO POR JATO DE TINTA – PROCESSO
• Vantagens:
• Alta precisão ~ 25 microns.
• Pós processamento reduzido.
• Desvantagens:
• Poucas opções de matérias-primas.
• Processo relativamente lento.
• Retirada do material de suporte.