PROTOTIPAGEM DE UMA PEÇA POR MANUFATURA ADITIVA

Prévia do material em texto

SILVANA BÁRBARA GONÇALVES DA SILVA 
 
 
 
 
 
 
PROTOTIPAGM DE UMA PEÇA POR MANUFATURA ADITIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2016 
Trabalho apresentado ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Mecânica e de 
Materiais, da Universidade Tecnológica Federal 
do Paraná, como requisito parcial para obtenção 
do título de Doutora em Engenharia Mecânica e 
dos Materiais. 
Prof.º Neri Volpato 
1 Introdução 
 A Manufatura Aditiva (Additive Manufacturing) pode ser definida como um 
processo de adição de material em forma de camadas. Estas camadas têm 
origem a partir de um modelo em CAD (Computer Aided Design), sendo que o 
processo se inicia com o fatiamento da peça, onde, de forma automática, são 
definidas as camadas. A deposição do material tem início na base da peça, onde 
começa o empilhamento das camadas, até o topo da peça (MARTINS, 2005). 
 O trabalho a ser apresentado trata-se de uma proposta de processo para 
o desenvolvimento de um protótipo pelo princípio de adição de camadas. Para 
tanto, será realizado o planejamento do processo e a fabricação do protótipo. 
 
1.1 Objetivo 
 O objetivo do trabalho é propor um processo para a obtenção de um 
protótipo seguindo o princípio de adição de camadas, com a utilização de 
recursos e materiais tradicionais disponíveis. 
 
2 Planejamento do Processo 
 
 Para a definição da geometria da peça a ser prototipada, houve orientação 
para que a peça não apresentasse geometrias muito complexas, mas que fosse 
adequada, no nível de detalhes, para a impressão 3D. A peça selecionada para 
a realização do trabalho foi um mancal. 
 O modelo digital da peça foi desenvolvido no AutoCAD, sendo que a 
geração da malha em arquivo STL também foi utilizado este software. 
 Para o desenvolvimento do processo de construção do protótipo foram 
necessárias as seguintes etapas: 
 
1) Seleção da peça para ser realizado o processo: 
 Para a seleção da peça para a realização deste estudo, pensou-se em um 
produto não muito complexo, para que fosse possível obter um bom resultado 
no protótipo. Mesmo não sendo de alta complexidade, a peça deveria apresentar 
regiões relevantes para realizar inspeções dimensionais. 
 
 
 
2) Análise das suas dimensões e alterações de algumas medidas: 
 A peça original apresentava as seguintes dimensões: 90mm x 60mm x 
33mm. Para que se adaptasse a impressão, suas dimensões foram reduzidas 
para: 70mm x 60mm x 33mm. Desta forma, outras medidas que se encontram 
no eixo x também tiveram que ser alteradas, para manter proporcionalidade da 
peça. 
 
3) Modelagem 3D da peça no CAD: 
 A peça foi modelada no software AutoCAD, por modelagem de sólidos, 
utilizando as operações booleanas de subtração e união. 
Segue abaixo a modelagem da peça: 
 
Figura 1 – Peça modelada no CAD 
 
 
4) Geração de arquivo STL no CAD: 
 O arquivo STL também foi gerado no próprio AutoCAD. 
 
5) Importar arquivo STL em um software de fatiamento: 
 Para abrir o arquivo STL, foi utilizado o software Cura 2.1.3. A peça já foi 
posicionada da forma como se havia pensado previamente, como mostrado 
abaixo: 
 
Figura 2 – Peça em arquivo STL no software Cura 
 
6) Definir espessura das camadas, orientação da peça e demais parâmetros para 
a impressão 3D: 
 A espessura das camadas foi definida em 0,1mm, e as espessuras da 
parede externa e inferior, definiu-se em 1mm. Para a geração das fatias, a peça 
foi posicionada em pé. 
 
7) Selecionar opção de fatiamento e acioná-lo: 
 O software Cura gera as fatias automaticamente, sendo que foi 
selecionado o método Hollow (0%) para o preenchimento. Como se tratou de um 
protótipo para estudos, sua baixa resistência não implicaria em problemas. 
 
8) Gerar arquivo GCODE: 
 Salvando o arquivo da peça fatiada, o software gera um arquivo GCODE 
para a impressão. 
 
9) Enviar para impressão: 
 Os arquivos STL e GCODE do modelo da peça fatiado foi enviado ao 
laboratório de prototipagem da UTFPR para a impressão 3D. Foram 
desenvolvidos suportes para a realização do processo de AM da peça. 
 
10) Retirada da peça da máquina e retirada do material de suporte utilizado: 
 A peça precisou de alguns suportes para a viabilidade da impressão 3D. 
Estas tiveram que ser retiradas com cuidado. 
 
3 Materiais e Métodos para o protótipo manual 
 
 Foi construído um protótipo de forma tradicional, manualmente, para 
comparar com o resultado da peça prototipada em Manufatura Aditiva. 
 Para este protótipo, foi utilizado a modelagem em AutoCAD já 
desenvolvida, sendo que os fatiamentos foram feitos neste mesmo software, 
para se obter os desenhos das fatias. 
 Foram então impressas 60 partes da peça em 2D em três folhas tamanho 
A3, representando seu fatiamento. As fatias foram transferidas para um Papelão 
Paraná de 1mm de espessura, sendo que todo o processo de corte foi feito de 
forma manual, utilizando estilete e tesoura. O alinhamento foi feito com régua e 
a colagem das fatias foi realizada com cola branca multiuso. 
 
Figura 3 - Modelo manual em Papelão Paraná sem pintura 
 
 
 Uma lixa fina foi utilizada apenas para alinhar melhor as fatias. Também 
houve a pintura da peça com tinta guache preta, para criar um conjunto com a 
peça prototipada na impressora 3D. Como não houve outro tipo de acabamento 
(pois o objetivo do trabalho foi o de fazer a comparação do protótipo manual com 
o protótipo em AM) não foram realizados acabamentos mais avançados, como 
aplicação de massa plástica, primer, entre outros. 
 Foi escolhido o Papelão Paraná como material para fazer a peça pois já 
havia um conhecimento prévio do mesmo para elaboração de modelos. E, como 
a ideia inicial era comparar o manual com a máquina, principalmente qualidade 
e tempo de realização, este papelão apresenta facilidade de corte com estilete e 
tesoura, pois não se pretendeu utilizar a técnica de corte a laser. 
 O protótipo manual foi feito por adição de camadas, em cortes 
longitudinais, para representar o método proposto para a realização em AM. 
 
 
Figura 4 - Modelo manual finalizado com tintura guache 
 
4 Resultados e Discussões 
 
 A peça prototipada manualmente apresentou dimensões alteradas da 
peça modelada no CAD. Devido ao processo de empilhamento por adição de 
camadas, o modelo final com 75mm, ao invés de 60mm. Mas este resultado 
alarmante se deu somente nesta medida, sendo que nas demais, houve erros 
considerados aceitáveis em um modelo construído manualmente. 
 A peça apresentou também algumas desproporções, devido a não 
precisão no corte. Os efeitos de degrau de escada ficaram visíveis nas partes 
circulares da peça, como os detalhes superiores centrais e os quatro raios de 
5mm que formam os cantos da peça. 
 O tempo gasto para realização da peça manual foi em torno de 14h, 
devido aos detalhes da peça, quantidade e a dificuldade de corte. Porém, os 
custos foram baixos, sendo gastos R$20,09 no total, incluindo materiais e 
deslocamentos. 
 O processo proposto acusa melhores resultados na automatização com a 
utilização da Manufatura Aditiva. O protótipo em AM foi realizado de forma mais 
rápida, sendo 2h10min o tempo total de prototipagem. Também houve precisão 
com relação as medidas das peças, inclusive nos detalhes. O que causou certa 
dificuldade foi a retirada dos suportes, sendo que esta etapa teve que ser 
realizada com cuidado para não danificar a peça. A retirada do material de 
suporte foi realizado com o uso de alicate e tesoura. 
 
 
Figura 5a – Protótipo por AM com os suportes; Figura 5b – Protótipo por AM finalizado 
 
 
5 Considerações Finais 
 
 Este trabalho foi muito relevante para se obter na prática como funciona 
o método de prototipagem por Manufatura Aditiva. Houve algumas limitações 
quanto ao tipo de peça a ser executada, pois tratou-se de um desafio. A novidade 
não conhecida foi a utilização de um software específico para fazero fatiamento 
automático e enviar o arquivo pronto para a impressora. 
 Foi muito relevante a construção também do modelo manual, para ser 
comparado com o realizado por AM. Desta forma, pode-se considerar que para 
a realização de modelos/protótipos por adição de camadas, a maneira manual 
não é viável pelo tempo gasto e as alterações nas medidas da peça, também 
pecando na qualidade da peça final. Mesmo tendo um custo maior, a AM se torna 
como uma opção muito eficaz neste tipo de processo de construção de 
modelos/protótipos. Com relação às dificuldades, depois da peça pronta, a 
retirada do material de suporte teve que ser realizada de forma que a peça não 
fosse danificada, o que deu um certo trabalho. 
 Este trabalho contribuiu para um maior conhecimento do processo de AM 
e suas vantagens com relação aos métodos manuais de construção de 
modelos/protótipos. A rapidez e a precisão nas dimensões da peça são 
qualidades apresentadas na peça final, que podem servir de contrapartida aos 
custos provenientes das tecnologias de Manufatura Aditiva. 
 
REFERÊNCIA 
 
MARTINS, J.R. Manufatura rápida: avaliação das tecnologias de impressão 3D e FDM na 
fabricação de moldes rápidos. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos. 
Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005. 
 
 
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 
 
VOLPATO, N. et al. Prototipagem Rápida: tecnologias e aplicações. São Paulo: Edgard 
Blücher, 2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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