Componentes otimizados por DfAM: fabrico e caracterização

Abstract

O fabrico aditivo permite a produção de componentes de geometria complexa, impossíveis de produzir por tecnologias convencionais que constituem os fabricos subtrativo e conformacional, e a um custo acessível. Através do fabrico aditivo, a pessoa comum não necessita de grandes equipamentos ou instalações pra produzir componentes que lhe sejam úteis.O desenho generativo, a partir de indicações de design iniciais definidas pelo utilizador, utiliza métodos computacionais para gerar geometrias orgânicas de forma a projetar um componente de acordo com uma utilização final pré-definida. E, concomitantemente, permite a otimização da massa dos componentes e o ajuste das suas propriedades mecânicas.O objetivo deste trabalho é a produção e caraterização de componentes desenvolvidos por desenho generativo e fabricados por fabrico aditivo, bem como o estudo da otimização de alguns parâmetros de deposição, nomeadamente a variação da percentagem de infill (preenchimento). Assim, é pretendido, produzir componentes otimizados em termos de massa (considerando as solicitações a que são sujeitos e o material em que são fabricados) através da utilização de desenho generativo. A otimização do processamento incluí alguns dos parâmetros do fabrico aditivo, a saber: (i) o ângulo de impressão e (ii) a percentagem de infill do componente. O material utilizado foi um copolímero termoplástico reciclado a partir de tabliers de automóveis dados para abate (poli(acrilonitrilo-butadieno-estireno) (ABS), introduzindo assim o conceito de economia circular neste trabalho. Os componentes produzidos foram pedais de bicicleta, mais especificamente, pedais de plataforma.A forma inicial dos componentes foi desenvolvida utilizando o Autodesk Inventor, e através da ferramenta de design generativo do Autodesk Fusion 360, foi gerada uma forma otimizada, considerando as solicitações sofridas pelo componente e limites de deformações definidos para o mesmo. Por fim os componentes foram produzidos por FFF (do inglês Fused Filament Fabrication), e sujeitos a testes mecânicos.De entre os pedais desenvolvidos, destacou-se um dos modelos por, em comparação ao pedal de controlo (material termoendurecível), ser cerca de 12% mais leve e apresentar uma maior resistência ao impacto.

Additive manufacturing allows the production of components with complex geometry, impossible to produce by conventional technologies that include subtractive and conformational manufacturing, and at an affordable cost. Everyone that needs to use additive manufacturing, in general, does not need large equipment or facilities to produce useful components.The generative design, from initial user-defined design indications, uses computational methods to generate organic geometries to design a component according to a pre-defined end use. And, at the same time, it allows the optimization of the mass of the components and the adjustment of their mechanical properties.The objective of this work is the production and characterization of components developed by generative design and produced by additive manufacturing, as well as the study of the optimization of some deposition parameters, namely the variation of the infill percentage. Thus, it is intended to produce components optimized in terms of mass (considering the mechanical solicitations to which they are subjected and the material in which they are manufactured) through the use of generative design. Processing optimization includes some of the additive manufacturing parameters, namely: (i) the printing angle and (ii) the component's infill percentage.The material used was a thermoplastic copolymer recycled from car dashboards given for slaughter (poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS), thus introducing the concept of circular economy in this work. The components produced were bicycle pedals, more specifically, platform pedals.The initial shape of the components was developed using Autodesk Inventor, and through the Autodesk Fusion 360 generative design tool, an optimized shape was generated, considering the mechanical requests of the component and its deformation limits. Finally, the components were produced by FFF (Fused Filament Fabrication), and subjected to mechanical tests.Among the pedals developed, one of the models stood out because, compared to the control pedal (thermosetting material), it is about 12% lighter and has greater impact resistance.