Projeto para manufatura aditiva de peças com topologia complexa

Abstract

A indústria 4.0 apresentou a integração de sistemas de manufatura inteligentes e tecnologias de informação avançadas, como a manufatura aditiva e a otimização estrutural, que passaram a ter grandes responsabilidades na engenharia, pois possibilitam grandes vantagens como economia de tempo e material e a prototipagem rápida. A capacidade de produzir peças com geometria complexa tem inserido essas tecnologias em crescentes números de setores como defesa, aeroespacial, biomedicina e automotivo. A manufatura aditiva consiste na aplicação de tecnologia de impressão tridimensional capaz de construir um modelo a partir do zero, através do incremento de material camada por camada. Já a otimização estrutural, é o processo responsável por atender certas restrições, minimizando ou maximizando uma ou mais funções para obter o projeto estrutural mais eficiente possível. A otimização estrutural pode ser realizada alterando as dimensões, forma e/ou topologia da estrutura, gerando peças complexas. Hoje em dia, existe uma grande necessidade em todos os setores de reduzir custos e aumentar a produtividade, concentrada principalmente em peças fabricadas. Dessa forma, a manufatura aditiva aliada a otimização topológica, formam um conjunto de ferramentas que possibilitam atender essas necessidades, e também a crescente demanda de eficiência e inovação dos mais variados setores de projeto e fabricação. Uma das tecnologias de manufatura aditiva mais populares atualmente para a prototipagem é o processo de modelagem de deposição fundida. Nesse processo, um filamento de plástico parcialmente derretido é extrudado por um bico fino e depositado em uma superfície plana para formar um objeto tridimensional. Na utilização da manufatura, os projetistas podem ser orientados pelos prós e contras da implementação do processo de fabricação para atender às necessidades específicas do projeto e configurar parâmetros do processo, como orientação da peça e necessidades de suporte durante a produção. Metodologias de projeto para manufatura aditiva (DfAM) permitem que os engenheiros reconheçam que o projeto de um componente pode ser modificado para acomodar restrições do processo sem prejudicar a funcionalidade pretendida do projeto. Em outras situações, estabelece parâmetros do processo para atender aos parâmetros do projeto. Isso mostra a importância de uma orientação nos estágios iniciais do processo de projeto, quando o produto ainda não está definido. Alguns parâmetros do processo podem ser determinados no fatiamento seguindo as restrições do projeto e o modelo de equipamento de manufatura aditiva através do software de fatiamento. O UltiMaker Cura® é um dos mais populares softwares de fatiamento e abrange a metodologia abordada nesse estudo.