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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35732| Título: | Simulação computacional da etapa de sinterização do processo de manufatura aditiva de metais por extrusão de material |
| Título(s) alternativo(s): | Computational simulation of the sintering stage of the additive manufacturing process of metals by material extrusion |
| Autor(es): | Oliveira, Heitor Martins de Luiz Junior, Renato Fernandes |
| Orientador(es): | Villanova, Rodrigo Lupinacci |
| Palavras-chave: | Manufatura aditiva Processo de extrusão Simulação (Computadores) Método dos elementos finitos Sinterização Additive manufacturing Extrusion process Computer simulation Finite element method Sintering |
| Data do documento: | 22-Jun-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | OLIVEIRA, Heitor Martins de; LUIZ JUNIOR, Renato Fernandes. Simulação computacional da etapa de sinterização do processo de manufatura aditiva de metais por extrusão de material. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | Devido ao aumento da velocidade de produção e ao crescimento da concorrência global advindo da indústria 4.0 e dos demais avanços tecnológicos das últimas décadas, empresas têm buscado formas de suprir suas demandas fabris, seja de modo a aumentar a velocidade e eficiência dos processos, reduzir custos ou promover a autonomia da empresa em seus processos. Neste contexto, a Manufatura Aditiva (AM) surge como um novo horizonte, se contrapondo aos métodos de manufatura tradicionais, normalmente voltados à remoção de material. Tal método, realizado por um processo de adição, camada a camada, permite a produção de peças de geometrias complexas em um tempo relativamente curto, podendo auxiliar na prototipagem ou mesmo substituir etapas da fabricação de peças e componentes. Dentro da AM, um campo que tem crescido nos últimos anos é o da AM de metais, sendo este visado pelas empresas devido aos materiais de fabricação serem utilizados em larga escala na indústria, dando-se destaque à indústria automotiva, campo em que a empresa parceira atua. Tal uso se deve principalmente à robustez, resistência e à grande quantidade de processos voltados para o uso de tais materiais. O processo de AM por Extrusão de Material desenvolvido pela Markforged®, é um processo de AM de metais, composto por três etapas principais, impressão, debinding e sinterização. Devido à baixa possibilidade de controle dos parâmetros deste processo, a empresa parceira tem buscado alternativas de modo a antever as dimensões e tolerâncias das peças obtidas experimentalmente. Alguns programas comerciais de simulação dos processos de AM têm sido projetados de modo a aumentar a previsibilidade de tais processos, dentre eles, o programa Altair® Inspire™ Print3D foi escolhido para o presente estudo, devido a possuir um módulo de simulação de sinterização para o processo de Jateamento de Aglutinante (BJT). Os parâmetros utilizados foram modificados de modo a se aproximarem ao máximo daqueles utilizados no processo de AM por Extrusão de Material da Markforged®. O presente trabalho tem por objetivo comparar, dimensionalmente, os modelos numéricos obtidos por meio de simulações de sinterização, com peças reais fabricadas pelo processo de AM por Extrusão de Material. Observou-se que a simulação obteve bons resultados quando comparadas às dimensões com aquelas das peças impressas sem raft, chegando a diferenças nas cotas selecionadas da faixa de 1%. Este percentual, todavia, ainda refletiu em medidas acima da tolerância definida. Verificou-se, também, uma limitação do programa em prever empenamentos próximo à base do forno, devido à fixação da face inferior da geometria no eixo Z. Observou-se, ainda, que o raft se apresentou como um fator limitante devido à sua utilização gerar um padrão na superfície inferior das peças fabricadas, interferindo nas medidas e acabamento das peças. |
| Abstract: | Due to the increase in production speed and the growth of global competition arising from industry 4.0 and other technological advances in recent decades, companies have been looking for ways to meet their manufacturing demands, whether in order to increase the efficiency of processes, reduce costs or promote the autonomy of the company in its processes. In this context, Additive Manufacturing (AM) emerges as a new horizon, opposing traditional manufacturing methods, usually directed to material removal. This method, carried out by a process of addition, layer by layer, allows the production of parts with complex geometries in a relatively short time, and can help in prototyping or even replace parts and components manufacturing steps. Within the AM, a field that has been popular in recent years is the AM of metals, which is targeted by companies due to the manufacturing materials being used on a large scale in the industry, with emphasis on the automotive industry, a field in which the partner company works. Such use must be mainly due to robustness, resistance and the large number of processes aimed at the use of such materials. The Material Extrusion AM process developed by Markforged® is a metal AM process, consisting of three main steps, printing, debinding and sintering. Due to the low possibility of controlling the parameters of this process, the partner company has been looking for alternatives in order to predict the dimensions and tolerances of the parts experimentally. Some commercial AM process simulation programs have been designed in order to increase the predictability of such processes, among them, the Altair® Inspire™ Print3D program was chosen for the present study, due to having a sintering simulation module for the Binder Jetting (BJT) process. The parameters used were modified in order to get as close as possible to those used in the Markforged® Material Extrusion process. This work aims to compare, dimensionally, the numerical models obtained through sintering simulations, with real parts manufactured by the MA process by Material Extrusion. Note that the simulation obtained good results when the dimensions were compared with those of the printed parts without a raft, reaching a difference in the selected dimensions of the range of 1%. This percentage, however, still reflected in measurements above the defined tolerance. There was also a limitation of the program in predicting warping near the base of the furnace, due to the fixation of the lower face of the geometry on the Z axis. It should also be noted that the raft was presented as a limiting factor due to its use generate a pattern on the lower surface of the manufactured parts, interfering with the measurements and finishing of the parts. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35732 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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