3. Como são classificadas as diversas técnicas de prototipagem rápida? - PDF
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Leonardo Antas Macedo
1 PROTOTIPAGEM RÁPIDA 1. Introdução Fabricação de protótipos em curto espaço de tempo (horas ou dias contra dias ou meses anteriormente necessários) Protótipo: - modelo em escala real de peças ou produtos - mesma funcionalidade, não necessariamente fabricado no mesmo material (geralmente menos resistente que material da peça) Necessidade de protótipos: - visualização do produto (avaliação por designer ou consumidor) - testes (funcionais, montagem,...) no desenvolvimento (iterativo) do produto - verificação anterior à alocação de recursos e montagem de linha de produção - aceleração do processo de desenvolvimento e inserção rápida do produto no mercado (ganho de mercado) Classificação dos processos de prototipagem rápida: - subtrativos: remoção de material (centros de usinagem) - aditivos: adição de material por camadas -virtuais: visualização e interação por sistema computadorizado (realidade virtual) 2. Processos Aditivos Fabricação do protótipo por fatias. Forma de obtenção de cada fatia diferencia um processo do outro. Em geral as fatias possuem 0,1 mm de espessura (tolerâncias limitadas à espessura das fatias). Volume do protótipo é limitado a aproximadamente 0,125 m3 (cubo de 0,5 m de lado). Etapas: 1. Modelagem em sistema CAD 2. Fatiamento do modelo em CAD 3. Geração de instruções de fabricação de cada fatia 4. Fabricação do protótipo (por fatias) 5. Acabamento manual (lixamento, pintura,...) Perguntas: 1. O que é um protótipo? 2. Quais são as utilidades da prototipagem rápida? 3. Como são classificadas as diversas técnicas de prototipagem rápida? 2007B Prototipagem 1
2 2.1 Estereolitografia (Sterolithography) Primeira técnica aditiva de prototipagem rápida (1986). Polímero no estado líquido sofre cura localizada, provocada por laser ultra-violeta. Inicia-se o processo obtendo uma primeira fatia sobre uma base móvel (submersa no polímero líquido). Em seguida a mesa se desloca para baixo e uma nova fatia é fabricada sobre anterior (e assim por diante). Após o término da formação de todas as camadas, o protótipo é retirado do tanque, limpo e colocado em forno de radiação ultra-violeta para finalização da cura do polímero. Polímero restante no tanque pode ser reaproveitado (não sofreu a cura). É necessário utilizar suportes para fabricação de algumas geometrias específicas. 2.2 Modelagem por deposição de material fundido (Fused-deposition modeling) Deposição de material polimérico ou cera (eventualmente metais e cerâmicos com material ligante) para formação de cada camada. Base é mantida fria para acelerar a solidificação do mateiral depositado. Bico extrusor possui movimento horizontal XY (distribuição de material para formar cada camada) e base possui movimento vertical Z (avanço entre camadas). Processo cada vez mais utilizado em prototipagem rápida. Podem ser necessários suportes para obtenção de algumas geometrias (como na estereolitografia). Cada camada possui espessura de 0,25 a 0,5 mm. Obtém-se superfície serrilhada (necessário dar acabamento posterior). 2007B Prototipagem 2
3 2.3 Sinterização seletiva à laser (Selective laser sintering) Sinterização localizada de pós de materiais poliméricos (ou mesmo metais e cerâmicos com material ligante) por ação de calor originado de fonte luminosa laser. Pó não sinterizado serve de suporte para novas camadas. Para materiais poliméricos é necessário um laser de menor potência. Já para materiais metálicos e cerâmicos o laser deve ter maior potência e as peças devem passar por etapa posterior de sinterização em forno. 2.4 Cura Sólida na Base (Solid-Base Curing) Cada camada é obtida pela cura de polímero no estado líquido pela revelação de desenho impresso numa placa de vidro com auxílio de fonte ultra-violeta. Cura é feita sobre a camada inteira de uma só vez. Após a cura de cada camada o material polimérico é removido e adiciona-se cera nas cavidades formadas para servir de suporte para as próximas camadas. Podem ser utilizadas duas placas de vidro para acelerar o processo (enquanto uma é utilizada na revelação de uma camada, a outra sofre a impressão a ser utilizada na próxima camada). 2007B Prototipagem 3
4 2.5 Impressão 3D (3D printing) Deposição de material ligante sobre regiões específicas de pó metálico ou cerâmico para formação de cada camada da peça. Após a deposição de todas as camadas, a peça deve passar por processo de cura (do ligante, a150 oc) e sinterização (1000 a 1500 oc) 2.6 Manufatura de Objetos em lâminas (Laminated-Object Manufacturing) Lâminas poliméricas ou em papel com cola ativada pelo calor são cortadas e coladas formando a peça. Espessuras de lâminas: 0,05 a 0,5 mm. Processo relativamente barato. Para lâminas em papel é necessário aplicar verniz na etapa de acabamento para evitar umidade e não é possível realizar outras operações sobre a peça como uma usinagem auxiliar. 2007B Prototipagem 4
5 3. Outras aplicações de técnicas de prototipagem rápida Utilizando técnicas de prototipagem rápida também é possível obter: - peças para comercialização (não apenas para demonstração e testes) - partes auxiliares na fabricação de peças ou produtos. Exemplo: modelos em cera (ou material polimérico) para utilização em processos de fundição de cera perdida - matrizes e moldes como molde para injeção de polímeros. Molde (em material polimérico mais resistente à temperatura) possui vida útil menor e oferece pior acabamento às peças. Porém é economicamente viável para fabricação de pequenos lotes de peças. Perguntas: 1. Considerando os processsos de prototipagem rápida (estereolitografia, deposição de material fundido, sinterização seletiva a laser, cura sólida na base, impressão 3D e manufatura de objetos em lâminas), em quais deles é necessário utilizar suportes para obtenção de geometrias específicas? 2. Quais são as outras aplicações de técnicas de prototipagem rápida (além da confecção de protótipos)? REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA - Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 5th ed, Addison Wesley, B Prototipagem 5