Aula Prototipagem Rápida

Universidade Federal de Itajub

PROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDA

PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS

EPR-707 ENGENHARIA DO PRODUTO

PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS

PROTOTIPAGEM NO PDP

Necessidade clienteNecessidade clienteNecessidade clienteNecessidade cliente

TecnologiaTecnologia

PRODUTOPRODUTOPRODUTOPRODUTO

MercadoMercado

TTTTPlanejamento do

Produto Requisitos Gerais Especificaes Tcnicas Requisitos Gerais Especificaes Tcnicas

Viabilidade

Concepes

Projeto Bsico Modelagem Anlise de Sensibilidade Anlise de Estabilidade Otimizao

Modelagem Anlise de Sensibilidade Anlise de Estabilidade Otimizao

Criatividade

Tcnica Econmica Financeira

TTCCNNIICCAASS

DDEE

TTCCNNIICCAASS

DDEE

PROTOTIPAGEM RPIDA 2

Otimizao Ensaios Consolidao

Otimizao Ensaios Consolidao

Projeto Executivo

Programao Projeto dos Conjuntos Projeto Componentes e Peas Prottipos Certificao do Projeto Certificao da Fabricao

Programao Projeto dos Conjuntos Projeto Componentes e Peas Prottipos Certificao do Projeto Certificao da Fabricao

EE

AAPPOOIIOO

EE

AAPPOOIIOO

CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS H ALGUNS ANOS

Teste fsicoe ReprojetoNecessidade de vrios

prottipos e Baseado

em Hardware

prottipos e atualizaes

Ciclo demorado


RevisoManual

ProttipoFsico

Desenvolvimento de Produtos

CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS ATUAL

Prototipagem Funcional

Virtual

DesenvolvimentoVirtual de Produtos


3DCAD

Mock-up Digital

EVOLUO DA APLICAO DOS SISTEMAS CAE

Mainframes

Custo dasCusto dasSimulaes CAESimulaes CAE

Nmero de Nmero de Simulaes CAESimulaes CAE

Custo do ProttipoFsico

Mainframes

PROTOTIPAGEM RPIDA 51960 2000Anos

Workstationse Servidores

O QUE PROTOTIPAGEM RPIDA

uma tecnologia inovadora desenvolvida nas ltimas duas dcadas.

Refere-se a uma classe de tecnologias que pode automaticamente construir modelos fsicos a partir de dados de um projeto auxiliado por computador (CAD).



O prottipo de um produto ou componente parte essencial no seu processo de desenvolvimento, pois possibilita que a anlise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anlise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anterior produo de ferramental definitivo.



A prototipagem pode ser definida como um processo de fabricao atravs da adio de material em forma de camadas planas sucessivas, isto , baseado no princpio da camadas planas sucessivas, isto , baseado no princpio da manufatura por camada.


Fonte: Volpato (2007)

FINALIDADES DE USO DA PROTOTIPAGEM RPIDA

Ela visa produzir prottipos de forma relativamente rpida para:

inspeo visual; avaliao ergonmica; anlise de forma e dimensional; padro mestre para a produo de ferramentas.


Fonte: CHOI e CHAN (2004)

PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RPIDA

Capacidade de produzir formas tridimensionais complexas e detalhadas;

Reduo de lead times para peas nicas;

Os processos ocorrem em um compartimento fechado, com baixa gerao de rudos ou desperdcios;

Reduo substancial do tempo de lanamento do novo produto no mercado;


produto no mercado;

Melhoria na manufaturabilidade e reduo de custos no projeto de produtos.

PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RPIDA

No requer dispositivos ou ferramental especial para a fixao. Quando houver a necessidade de suportes, esses so criados pela prpria tecnologia da mquina;criados pela prpria tecnologia da mquina;

Geralmente, no necessria troca de ferramenta de trabalho;

O componente fabricado em uma nica etapa de processo;


No so necessrios clculos complexos de trajetrias de ferramentas.

PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA

A velocidade de produo do prottipo muito lenta. Dependendo do nvel de preciso requerido e do tamanho do objeto, o processo pode levar algumas horas ou alguns dias.


PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA

A maioria dos equipamentos somente pode fabricar itens de at 500 mm3 de volume;

A qualidade final da superfcie do prottipo rpido gerado normalmente necessita de um acabamento secundrio.normalmente necessita de um acabamento secundrio.


PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA Os materiais e suas propriedades mecnicas no so as mesmas

dos metais e plsticos geralmente usados no produto final;

A preciso e o acabamento superficial so inferiores aos das peas obtidas por usinagem.obtidas por usinagem.


CRIAO DO PROTTIPO


CRIAO DO PROTTIPO PR-PROCESSAMENTO:

Em um software de desenho 3D, tal como o SolidWorks, cria-se um modelo da pea;

Exporta-se o modelo como um arquivo com extenso STL; Exporta-se o modelo como um arquivo com extenso STL; O arquivo processado e o slido desenhado em 3D fatiado

em diversas camadas.

STL


CRIAO DO PROTTIPO PR-PROCESSAMENTO:


Efeito escada

CRIAO DO PROTTIPO PROCESSAMENTO:

O equipamento cria a primeira camada a primeira camada (ou fatia) do modelo fsico;

O modelo abaixado at a altura da espessura da prxima camada;

O processo se repete


O processo se repete at a completa construo do modelo slido.

CRIAO DO PROTTIPO PS-PROCESSAMENTO:

O modelo e seus suportes so removidos;suportes so removidos;

dado o acabamento final (processo final de cura ou um tratamento da superfcie) da pea fsica.


CATEGORIAS DE TECNOLOGIAS

ADIO DE MATERIAL O modelo fsico construdo sequencialmente, uma camada

sobre a outra, at formar uma cpia analgica de seu original sobre a outra, at formar uma cpia analgica de seu original digital em CAD;

REMOO DE MATERIAL Uma ferramenta subtrai material, atravs da utilizao de uma

variedade de diferentes tipos de fresas, geralmente de um bloco de madeira ou espuma, que gradualmente reduzido para a rplica fsica do modelo original desenhado em CAD.


rplica fsica do modelo original desenhado em CAD.

PROTOTIPAGEM RPIDA POR ADIO DE MATERIALPrototipagem

Rpida

Adio deMaterial

Remoo deMaterial

Lquido PartculasDiscretasCamadasSlidas

Solidificao deum polmero

lquido

Solidificao deum fludo

eletrofixante

Solidificao deum material

fundido

Ponto a ponto Camada acamada

Superfciehologrfica

Juno departculas com

aglutinante

Fuso departculas por

laser

Unio decamadas com

adesivo

Unio decamadas com

luz

Electrosetting (ES) Selective LaserSintering (SLS)Gas Phase

Deposition (GPD)

Three DimensionalPrinting (3DP)

Spatial Forming (SF)

Laminated ObjectManufacture (LOM)

Solid FoilPolimerization (SFP)

Laser Engineered NetShaping (LENS)


Camada acamadaPonto a ponto

Stereolitografia(SL)

Lquid ThermalPolimerization (LTP)

Beam InterferenceSolidif ication (BIS)

Solid GroundCuring (SGC)

HolographicInterference

Solidif ication (HIS)

Three DimensionalWelding (3DW)

Fused DepositionModelling (FDM)

Ballistic ParticleManufacture (BPM)

Shape DepositionManufacturing

(SDM)

Multi-Jet Modeling(MJM)

Modelagem por Deposio de Material Fundido (FDM)

A FDM se baseia na deposio, sobre uma plataforma, de camadas resultantes do aquecimento e amolecimento de filamentos (arames) do material plstico destinado confeco filamentos (arames) do material plstico destinado confeco do modelo.


FDM = Fused Deposition Modeling

Modelagem por Deposio de Material Fundido A mquina para a FDM possui uma

plataforma, revestida de uma bandeja flexvel, que se movimenta no sentido vertical (eixo Z) e um cabeote provido vertical (eixo Z) e um cabeote provido de dois bicos extrusores de arames aquecidos: um para alimentar as camadas do modelo e outro para a construo automtica dos suportes.

Esses arames ficam estocados dentro da mquina, em ambiente a vcuo


mquina, em ambiente a vcuo aquecido, pois a umidade do material dentro do bico extrusor poderia causar formao de bolhas, que impediria a continuidade de sua deposio pelo bico.

Modelagem por Deposio de Material Fundido Os bicos extrusores, que na verdade,

funcionam como uma resistncia, so alimentados por esses filamentos atravs de duas guias giratrias ligadas a um de duas guias giratrias ligadas a um motor, as quais vo transferindo para eles os arames estocados no rolo;

O software da FDM um misto CAD/CAM e no integrado mquina;

Para cada camada geram-se coordenadas ou caminhos pelos quais o bico extrusor vai depositando os fios


bico extrusor vai depositando os fios fundidos. Ao final de cada camada a plataforma desce e o cabeote inicia a deposio de mais material para a outra camada, repetindo a operao at a concluso do modelo

Modelagem por Deposio de Material Fundido Mquina de prototipagem adquirida

pela UNIFEI. Fabricante: Stratasys

Modelo: Dimension SST 768 Modelo: Dimension SST 768


Modelagem por Deposio de Material Fundido Os arames destinados ao modelo so de

ABS, elastmeros ou cera, enquanto os destinados aos suportes so uma mistura de ABS e cal;mistura de ABS e cal;

O processo no desperdia material durante ou aps a produo do prottipo, exigindo pouca necessidade de limpeza e permitindo sua instalao em ambientes no industriais;

O acabamento final da superfcie da pea inferior aquele obtido atravs da

Arame de suporte


pea inferior aquele obtido atravs da estereolitografia;

Uma mquina, com cmara de 203 x 203 x 305 mm, pode custar aproximadamente US$ 20.000,00.

O principal fabricante a Stratasys.Arame de modelo

Modelagem por Deposio de Material FundidoInstalao decartucho commaterial de suporte emodelomodelo


Modelagem por Deposio de Material Fundido

Viso geral do envelope e da plataforma de construo de peas do eixo Z.do eixo Z.

Z


Modelagem por Deposio de Material FundidoViso geral do envelope e da cabea de extruso (movimento em X e Y).

X

Y


Modelagem por Deposio de Material Fundido(1) (2) (5)

(3)(5)


Acessrios: (1) Computador; (2) ar condicionado; (3) desumidificador; (4) no-break; (5) cuba de ultra-som.(4)

Como fazer um prottipo rpido1) Escolha da pea: ex. flange da roda do Mini-baja.


Como fazer um prottipo rpido1) Modelar o produto a ser prototipado em um software paramtrico 3D, porexemplo, o SolidWorks ou o Pr-Engineer.


Como fazer um prottipo rpido3) Gravar o modelo em um arquivo com extenso STL.


Como fazer um prottipo rpido4) Ligar a mquina de prototipagem e abrir o software Catalyst EX.


Como fazer um prottipo rpido5) Abrir o arquivo STL da figura no Catalyst.


Como fazer um prottipo rpido6) Definir orientao para construo da pea.


Como fazer um prottipo rpido7) Mandar processar o arquivo STL e adicionar ao pacote.


Como fazer um prottipo rpido8) Verificar posio de construo da pea na plataforma e conferir dados paraConstruo (tempo e quantidade de material suporte e modelo).9) Mandar imprimir.


Saindo do forno... (quer dizer, da mquina)

Flange da roda doMini-Baja ao final

(1) (2)

do processo de prototipagem (1 e 2) e a retirada do material de suporte (3 e 4).(3) (4)


Outras geraes da flange do Mini-Baja


Alguns prottipos produzidos

Flange da roda doMini-Baja (30% do tamanhooriginal)


original)


Flange da roda doMini-Baja (tamanho


Mini-Baja (tamanhooriginal)


Proposta de trinco para fornode panificao


de panificao


Uma miniatura de um paliteiro.



Uma pequena mansozinha...


Estereolitografia (SLA)

Trata-se do primeiro processo de prototipagem rpida, sendo desenvolvido em 1986 pela 3D Systems.


SLA = Stereolithography

Estereolitografia (SLA) O processo baseia-se na

polimerizao de uma resina foto-sensvel (acrlica, epxi ou vinil) composta de monmeros, composta de monmeros, fotoiniciadores e aditivos, atravs de um feixe de laser UV (ultra-violeta).

Uma vez pronto, o modelo slido removido do banho de polmero lquido e lavado.

Os suportes so retirados e o modelo introduzido num forno de radiao


introduzido num forno de radiao ultravioleta para ser submetido a uma cura completa.

Estereolitografia (SLA) A estereolitografia utiliza uma resina

foto-curvel (fotopolmero) que pode ser classificada como um epxi ou acrlico;acrlico;

Em geral, esse material tem um preo elevado, alm de possuir um odor desagradvel e ser txico;

Uma mquina, com cmara de 250 x 250 x 250 mm (o tamanho mais comum), pode custar aproximadamente US$ 200.000,00.


aproximadamente US$ 200.000,00. Principal fabricante: 3D Systems.

Manufatura de Objetos em Lminas (LOM)

Nesta tcnica camadas de material, na forma de tiras revestidas de adesivo, so grudadas umas nas outras formando-se o prottipo.


LOM = Laminated Object Manufacturing

Manufatura de Objetos em Lminas (LOM) O material original consiste de

bobinas de papel laminado com cola ativada pelo calor;

Um rolo coletor avana a tira de Um rolo coletor avana a tira de papel sobre a plataforma de construo, onde h uma base feita de papel e fita com espuma nas duas faces;

A seguir, um rolo aquecido aplica presso para fixar o papel base;

Uma fonte de raio laser com alta


Uma fonte de raio laser com alta preciso de foco corta o contorno da primeira camada sobre o papel e ento quadricula a rea em excesso.

Manufatura de Objetos em Lminas (LOM) O material original consiste de bobinas

de papel laminado com cola ativada pelo calor;

Esse quadriculado rompe o material Esse quadriculado rompe o material extra, tornando fcil sua remoo durante o processamento posterior;

Aps o corte da primeira camada a plataforma abaixada, liberando o caminho para que o rolo coletor avance a tira de papel e exponha material novo;


novo; Ento, a plataforma se eleva at um

ponto ligeiramente inferior altura original, o rolo aquecido liga a segunda camada primeira e a fonte de raio laser corta a segunda camada.

Manufatura de Objetos em Lminas (LOM)

uma tecnologia muito boa para produzir prottipos de grande porte;

O principal material o papel;

Os equipamentos eram fabricados pela Helisys e agora so de propriedade da Cubic Technologies.


Sinterizao Seletiva a Laser (SLS)

Esta tcnica, patenteada em 1989, usa um raio de laser para fundir, de forma seletiva, materiais pulverulentos, tais como nilon, elastmeros e metais, num objeto slido.


SLS = Selective Laser Sintering


As peas so construdas sobre uma plataforma a qual est imediatamente abaixo da superfcie de um recipiente preenchido com o de um recipiente preenchido com o p fusvel por calor;

O raio laser traa a primeira camada, sinterizando o material;

A plataforma ligeiramente abaixada, reaplica-se o p e o raio laser traa a segunda camada;


laser traa a segunda camada; O processo continua at que a pea

esteja terminada. O p em excesso ajuda a dar suporte ao componente durante sua construo.


O acabamento final da pea tem um aspecto poroso;

O material empregado do tipo termoplstico;

Os principais fabricantes so a EOS e a 3D Systems.


Impresso por Jato de Tinta (MJT)

Essa tecnologia, tambm conhecida como Thermojet, ao contrrio das tcnicas expostas anteriormente, se refere a uma classe inteira de equipamentos que usam a tecnologia de jato de tinta.tinta.


MJT = Multi Jet Modeling

Impresso por Jato de Tinta (MJT) Os prottipos so construdos

sobre uma plataforma situada num recipiente preenchido com material pulverulento.material pulverulento.

Um cabeote de impresso por jato de tinta "imprime" seletivamente um agente ligante que funde e aglomera o p nas reas desejadas.

O p que continua solto permanece na plataforma para dar suporte ao prottipo que vai sendo formado.


prottipo que vai sendo formado. A plataforma ligeiramente abaixada, adiciona-se mais material

pulverulento e o processo repetido. Ao se terminar o processo a pea sinterizada, removendo-se o p que

ficou solto.

Impresso por Jato de Tinta (MJT) Podem ser usados ps de

materiais polimricos, cermicos e metlicos.

Uma mquina, com cmara de Uma mquina, com cmara de 203 x 203 x 305 mm, pode custar aproximadamente US$ 20.000,00.

Os principais fabricantes so a 3D Dimension e a Z Corporation.


Comparao das tecnologias

Processo Caracterstica SLA SLS FDM LOM SGC

Preciso Excelente Boa Regular Baixa Excelente Preciso Excelente Boa Regular Baixa Excelente Contrao Boa Excelente Boa Excelente Boa Resistncia Boa Excelente Boa Boa Boa Variedade de materiais Pequena Grande Pequena Pequena Pequena Custo prottipo Alto Alto Mdio Baixo Alto Necessidade de suporte Sim No Sim No No Qualidade da superfcie (acabamento) Boa Excelente Regular Baixa Boa


(acabamento) Boa Excelente Regular Baixa Boa Necessidade de ps-processamento Sim Sim Sim Sim Sim

Necessidade de ps-cura Sim No No No No

Como escolher o sistema mais apropriado?

A escolha da tecnologia de prototipagem rpida mais adequada est ligada com o tipo de produto, envolvendo fatores como:

Qualidade de prottipos necessrios; Dimenses do componente; Finalidade do prottipo; Qualidade de acabamento necessria do prottipo.

No existe processo de prototipagem rpida melhor que outro. Todos apresentam vantagens e desvantagens, sendo estas dependentes da


apresentam vantagens e desvantagens, sendo estas dependentes da geometria e, sobretudo, do tipo da aplicao do prottipo (NETO et al., 2003).

PROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIAL


NOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com gelo Um pesquisador da Universidade de

Missouri est trabalhando para ver se sua idia para prototipagem rpida pode ser comprovada.

O mtodo pretende utilizar gua em um O mtodo pretende utilizar gua em um ambiente congelante, fazendo com que gotculas transformem-se instantaneamente em gelo.

O sistema experimental faz com que gotas d'gua sejam depositadas por um finssimo esguicho sobre uma superfcie, da mesma forma que o plstico em outros sistemas.

Rapid Freeze Prototyping" - RFP, ou prototipagem por congelamento rpido


forma que o plstico em outros sistemas. Mas, ao contrrio das atuais tcnicas, o RFP ocorre em uma cmara fria, congelando imediatamente as gotculas e mantendo perfeita a pea construda.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010170021212

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