Universidade Federal de Itajubá PROTOTIPAGEM RÁPIDA

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1 Universidade Federal de Itajubá PROTOTIPAGEM RÁPIDA PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS

2 O QUE É PROTOTIPAGEM RÁPIDA É uma tecnologia inovadora desenvolvida nas últimas duas décadas. Refere-se a uma classe de tecnologias que pode automaticamente construir modelos físicos a partir de dados de um projeto auxiliado por computador (CAD). PROTOTIPAGEM RÁPIDA 2

3 O QUE É PROTOTIPAGEM RÁPIDA O protótipo de um produto ou componente é parte essencial no seu processo de desenvolvimento, pois possibilita que a análise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anterior à produção de ferramental definitivo. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 3

4 O QUE É PROTOTIPAGEM RÁPIDA A prototipagem pode ser definida como um processo de fabricação através da adição de material em forma de camadas planas sucessivas, isto é, baseado no princípio da manufatura por camada. Fonte: Volpato (2007) PROTOTIPAGEM RÁPIDA 4

5 FINALIDADES DE USO DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA Ela visa produzir protótipos de forma relativamente rápida para: inspeção visual; avaliação ergonômica; análise de forma e dimensional; padrão mestre para a produção de ferramentas. Fonte: CHOI e CHAN (2004) PROTOTIPAGEM RÁPIDA 5

6 PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA Capacidade de produzir formas tridimensionais complexas e detalhadas; Redução de lead times para peças únicas; Os processos ocorrem em um compartimento fechado, com baixa geração de ruídos ou desperdícios; Redução substancial do tempo de lançamento do novo produto no mercado; Melhoria na manufaturabilidade e redução de custos no projeto de produtos. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 6

7 PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA Não requer dispositivos ou ferramental especial para a fixação. Quando houver a necessidade de suportes, esses são criados pela própria tecnologia da máquina; Geralmente, não é necessária troca de ferramenta de trabalho; O componente é fabricado em uma única etapa de processo; Não são necessários cálculos complexos de trajetórias de ferramentas. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 7

8 PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA A velocidade de produção do protótipo é lenta. Dependendo do nível de precisão requerido e do tamanho do objeto, o processo pode levar algumas horas ou alguns dias. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 8

9 PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA A maioria dos equipamentos somente pode fabricar itens de até 500 mm 3 de volume; A qualidade final da superfície do protótipo rápido gerado normalmente necessita de um acabamento secundário. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 9

10 PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA Os materiais e suas propriedades mecânicas não são as mesmas dos metais e plásticos geralmente usados no produto final; A precisão e o acabamento superficial são inferiores aos das peças obtidas por usinagem. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 10

11 CRIAÇÃO DO PROTÓTIPO PROTOTIPAGEM RÁPIDA 11

12 CRIAÇÃO DO PROTÓTIPO PRÉ-PROCESSAMENTO: Em um software de desenho 3D, tal como o SolidWorks, cria-se um modelo da peça; Exporta-se o modelo como um arquivo com extensão STL; O arquivo é processado e o sólido desenhado em 3D é fatiado em diversas camadas. STL PROTOTIPAGEM RÁPIDA 12

13 CRIAÇÃO DO PROTÓTIPO PRÉ-PROCESSAMENTO: Efeito escada PROTOTIPAGEM RÁPIDA 13

14 CRIAÇÃO DO PROTÓTIPO PROCESSAMENTO: O equipamento cria a primeira camada (ou fatia) do modelo físico; O modelo é abaixado até a altura da espessura da próxima camada; O processo se repete até a completa construção do modelo sólido. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 14

15 CRIAÇÃO DO PROTÓTIPO PÓS-PROCESSAMENTO: O modelo e seus suportes são removidos; É dado o acabamento final (processo final de cura ou um tratamento da superfície) da peça física. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 15

16 CATEGORIAS DE TECNOLOGIAS ADIÇÃO DE MATERIAL O modelo físico é construído sequencialmente, uma camada sobre a outra, até formar uma cópia analógica de seu original digital em CAD; REMOÇÃO DE MATERIAL Uma ferramenta subtrai material, através da utilização de uma variedade de diferentes tipos de fresas, geralmente de um bloco de madeira ou espuma, que é gradualmente reduzido para a réplica física do modelo original desenhado em CAD. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 16

17 PROTOTIPAGEM RÁPIDA POR ADIÇÃO DE MATERIAL Prototipagem Rápida Adição de Material Remoção de Material Líquido Partículas Discretas Camadas Sólidas Solidificação de um polímero líquido Solidificação de um fluído eletrofixante Solidificação de um material fundido Fusão de partículas por laser Junção de partículas com aglutinante União de camadas com adesivo União de camadas com luz Electrosetting (ES) Selective Laser Sintering (SLS) Three Dimensional Printing (3DP) Laminated Object Manufacture (LOM) Solid Foil Polimerization (SFP) Ponto a ponto Camada a camada Superfície holográfica Gas Phase Deposition (GPD) Laser Engineered Net Shaping (LENS) Spatial Forming (SF) Stereolitografia (SL) Líquid Thermal Polimerization (LTP) Beam Interference Solidification (BIS) Solid Ground Curing (SGC) Holographic Interference Solidification (HIS) Ponto a ponto Three Dimensional Welding (3DW) Fused Deposition Modelling (FDM) Camada a camada Shape Deposition Manufacturing (SDM) Ballistic Particle Manufacture (BPM) Multi-Jet Modeling (MJM) PROTOTIPAGEM RÁPIDA 17

18 Modelagem por Deposição de Material Fundido (FDM) A FDM se baseia na deposição, sobre uma plataforma, de camadas resultantes do aquecimento e amolecimento de filamentos (arames) do material plástico destinado à confecção do modelo. FDM = Fused Deposition Modeling PROTOTIPAGEM RÁPIDA 18

19 Modelagem por Deposição de Material Fundido A máquina para a FDM possui uma plataforma, revestida de uma bandeja flexível, que se movimenta no sentido vertical (eixo Z) e um cabeçote provido de dois bicos extrusores de arames aquecidos: um para alimentar as camadas do modelo e outro para a construção automática dos suportes. Esses arames ficam estocados dentro da máquina, em ambiente a vácuo aquecido, pois a umidade do material dentro do bico extrusor poderia causar formação de bolhas, que impediria a continuidade de sua deposição pelo bico. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 19

20 Modelagem por Deposição de Material Fundido Os bicos extrusores, que na verdade, funcionam como uma resistência, são alimentados por esses filamentos através de duas guias giratórias ligadas a um motor, as quais vão transferindo para eles os arames estocados no rolo; O software da FDM é um misto CAD/CAM e não é integrado à máquina; Para cada camada geram-se coordenadas ou caminhos pelos quais o bico extrusor vai depositando os fios fundidos. Ao final de cada camada a plataforma desce e o cabeçote inicia a deposição de mais material para a outra camada, repetindo a operação até a conclusão do modelo PROTOTIPAGEM RÁPIDA 20

21 Modelagem por Deposição de Material Fundido Máquina de prototipagem adquirida pela UNIFEI. Fabricante: Stratasys Modelo: Dimension SST 768 PROTOTIPAGEM RÁPIDA 21

22 Modelagem por Deposição de Material Fundido Arame de suporte Arame de modelo Os arames destinados ao modelo são de ABS, elastômeros ou cera, enquanto os destinados aos suportes são uma mistura de ABS e cal; O processo não desperdiça material durante ou após a produção do protótipo, exigindo pouca necessidade de limpeza e permitindo sua instalação em ambientes não industriais; O acabamento final da superfície da peça é inferior aquele obtido através da estereolitografia; Uma máquina, com câmara de 203 x 203 x 305 mm, pode custar aproximadamente US$ ,00. O principal fabricante é a Stratasys. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 22

23 Modelagem por Deposição de Material Fundido Instalação de cartucho com material de suporte e modelo PROTOTIPAGEM RÁPIDA 23

24 Modelagem por Deposição de Material Fundido Visão geral do envelope e da plataforma de construção de peças do eixo Z. Z PROTOTIPAGEM RÁPIDA 24

25 Modelagem por Deposição de Material Fundido Visão geral do envelope e da cabeça de extrusão (movimento em X e Y). X Y PROTOTIPAGEM RÁPIDA 25

26 Modelagem por Deposição de Material Fundido (1) (2) (5) (3) (5) (4) Acessórios: (1) Computador; (2) ar condicionado; (3) desumidificador; (4) no-break; (5) cuba de ultra-som. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 26

27 Como fazer um protótipo rápido 1) Escolha da peça: ex. flange da roda do Mini-baja. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 27

28 Como fazer um protótipo rápido 1) Modelar o produto a ser prototipado em um software paramétrico 3D, por exemplo, o SolidWorks ou o Pró-Engineer. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 28

29 Como fazer um protótipo rápido 3) Gravar o modelo em um arquivo com extensão STL. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 29

30 Como fazer um protótipo rápido 4) Ligar a máquina de prototipagem e abrir o software Catalyst EX. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 30

31 Como fazer um protótipo rápido 5) Abrir o arquivo STL da figura no Catalyst. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 31

32 Como fazer um protótipo rápido 6) Definir orientação para construção da peça. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 32

33 Como fazer um protótipo rápido 7) Mandar processar o arquivo STL e adicionar ao pacote. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 33

34 Como fazer um protótipo rápido 8) Verificar posição de construção da peça na plataforma e conferir dados para Construção (tempo e quantidade de material suporte e modelo). 9) Mandar imprimir. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 34

35 Saindo do forno... (quer dizer, da máquina) (1) (2) (3) (4) Flange da roda do Mini-Baja ao final do processo de prototipagem (1 e 2) e a retirada do material de suporte (3 e 4). PROTOTIPAGEM RÁPIDA 35

36 Alguns protótipos produzidos Flange da roda do Mini-Baja (30% do tamanho original) PROTOTIPAGEM RÁPIDA 36

37 Alguns protótipos produzidos Flange da roda do Mini-Baja (tamanho original) PROTOTIPAGEM RÁPIDA 37

38 Alguns protótipos produzidos Proposta de trinco para forno de panificação PROTOTIPAGEM RÁPIDA 38

39 Alguns protótipos produzidos Uma miniatura de um paliteiro. PROTOTIPAGEM RÁPIDA 39

40 Alguns protótipos produzidos Uma pequena mansãozinha... PROTOTIPAGEM RÁPIDA 40

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