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Título: Proposta de diretrizes de projeto para manufatura aditiva por extrusão de material usando filamento com carga metálica
Título(s) alternativo(s): Guidelines proposal of design for additive manufacturing for material extrusion process using metal-loaded filament
Autor(es): Conte, Adele Cagnato
Orientador(es): Foggiatto, José Aguiomar
Palavras-chave: Manufatura aditiva - Projetos
Impressão tridimensional
Metais - Extrusão
Aço inoxidável
Sinterização
Additive manufacturing - Design
Three-dimensional printing
Metals - Extrusion
Steel, Stainless
Sintering
Data do documento: 14-Jul-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: CONTE, Adele Cagnato. Proposta de diretrizes de projeto para manufatura aditiva por extrusão de material usando filamento com carga metálica. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Esta dissertação propõe diretrizes de Design para Manufatura Aditiva (DfAM) aplicadas ao processo de extrusão de material com carga metálica (metal MEX), focando na produção de peças com filamento carregado com aço inoxidável. Esse processo permite a fabricação de peças complexas com precisão e viabilidade econômica, sem necessidade de moldes ou ferramentas específicas. Hoje a literatura carece de diretrizes específicas para fabricação por MEX, que possui diversos desafios intrínsecos às etapas de debinding e sinterização (D&S) exigindo adaptações no projeto para garantir a integridade estrutural das peças. Assim, esta pesquisa foi conduzida com base no método Design Science Research (DSR) com o objetivo de consolidar o conhecimento já disponível em literatura e complementar as diretrizes com um estudo prático. O método contemplou a seleção de geometrias fornecidas por uma empresa parceira, o planejamento de processo, a fabricação, a realização dos processos de D&S, a posterior inspeção dos resultados para análise de falhas e a investigação de suas potenciais causas. O artefato desenvolvido, isto é, a proposta de diretrizes de DfAM para metal MEX, foi construído a partir da observação dos experimentos realizados, que são as peças fabricadas e inspecionadas, combinada com informações da literatura. Os resultados mostraram que a aplicação de diretrizes específicas pode auxiliar no processo de manufatura de peças por metal MEX reduzindo a quantidade de defeitos. O compilado de diretrizes propostas abrange recomendações de projeto e planejamento de processo, envolvendo avaliação de viabilidade, definição da orientação de impressão, uso de estruturas de suporte, adaptação de espessuras e arredondamento de cantos, além de considerações sobre escala, oferecendo um referencial técnico para profissionais interessados em explorar a tecnologia.
Abstract: This dissertation proposes Design for Additive Manufacturing (DfAM) guidelines applied to the material extrusion process with metal-loaded filaments (metal MEX), focusing on the production of stainless steel parts. This process enables the fabrication of complex parts with precision and economic viability, without the need for molds or specific tooling. Currently, the literature lacks specific guidelines for the MEX process, which presents several intrinsic challenges related to the debinding and sintering (D&S) stages, requiring design adaptations to ensure the structural integrity of the parts. Therefore, this research was conducted using the Design Science Research (DSR) method with the goal of consolidating the existing knowledge in the literature and complementing the guidelines with a practical study. The method included the selection of geometries provided by a partner company, process planning, manufacturing, execution of D&S processes, subsequent inspection of the results for failure analysis, and investigation of potential causes. The developed artifact — namely, the proposed DfAM guidelines for metal MEX — was built from the observation of the manufacturing experiments, which are the parts produced and inspected, combined with insights from literature. The results showed that applying specific guidelines can support the manufacturing process of parts via metal MEX by reducing the number of defects. The compiled set of proposed guidelines includes design and process planning recommendations, covering feasibility assessment, definition of print orientation, use of support structures, adaptation of wall thicknesses, and rounding of corners, as well as scale considerations. These serve as a technical reference for professionals interested in exploring the technology, while also highlighting the inherent challenges of the process.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39976
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