Engenharia Inversa no Design e Produção de Componentes por Fabrico Aditivo

Abstract

Over the past decades, there has been an exponential increase in the popularity of additive manufacturing, which is now present in almost every sector. This trend has been accompanied by advancements in reverse engineering, particularly in the three- dimensional reconstruction of real spaces/objects into virtual environments, for engineering, design, and even video games purposes. As a result, the exploration of these two fields together is becoming increasingly relevant.With technological advancements and the demand for portable and personalized audio experiences, in-ear devices, ranging from headphones to hearing aids, have become increasingly widely used in modern society. Consequently, the need for user comfort has become a critical consideration when using these devices.In this context, the objective of this work was to examine the feasibility of combining reverse engineering and additive manufacturing to create precise three- dimensional models of a subject’s ears, specifically focusing on the entrance of the external auditory canal and the concha region. The aim of the study was to develop customized in- ear devices based on these models, ensuring a perfect and comfortable fit.To achieve this, two polymeric materials, thermoplastic polyurethane (TPU) 98A and LAY-FOMM60®, were chemically, thermally, and mechanically characterized to assess their suitability for the dissertation's objective. The EinScan Pro HD device was used to scan the area of interest, and the generated file underwent various post-processing techniques to obtain a .gcode file with optimized printing parameters. The prototype was then manufactured using the fused filament fabrication (FFF) technology and the Flashforge Creator 3D printer. Finally, the prototype was validated by fitting it into the original subject's external auditory canal.The results were positive, demonstrating that the chosen materials were viable for the intended application, as well as the entire production process. The validation test reported minimal discomfort (which can be further reduced), making long-term usage of these customized devices feasible, eliminating the need for standardized devices.

Ao longo das últimas décadas tem-se vindo a observar um aumento exponencial de popularidade do fabrico aditivo, estando já presente em quase todos os setores. Esta tendência tem vindo a ser acompanhada pela evolução na engenharia inversa, nomeadamente na reconstrução tridimensional de espaços/objetos reais para o virtual, seja para efeitos de engenharia, desenho, ou até videojogos. Com efeito, torna-se cada vez mais relevante a exploração destes dois ramos em conjunto.Com os avanços tecnológicos, e a procura por experiências de áudio portáteis e personalizadas, os dispositivos intra-auriculares, desde auscultadores a aparelhos auditivos, têm sido cada vez mais utilizados na sociedade moderna. Com efeito, deve ser tida cada vez mais em consideração a necessidade do uso dos dispositivos se encontrar também intimamente associada com o maior conforto possível para o utilizador.Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi então estudar a viabilidade de associar a engenharia inversa e o fabrico aditivo para criar modelos tridimensionais precisos das orelhas de um indivíduo, em particular do início do canal auditivo externo e da zona designada por concha. A partir desses modelos faz parte do objetivo do trabalho desenvolver dispositivos intra-auriculares personalizados, garantindo um ajuste perfeito e confortável.Para tal foram caracterizados química, térmica e mecanicamente dois materiais poliméricos para aferir da sua adequação ao objetivo da dissertação. Os materiais escolhidos foram a poliuretana (TPU) 98A e LAY-FOMM60®, tendo em consideração a flexibilidade adequada. O EinScan Pro HD foi utilizado para fazer a digitalização da zona de interesse. O ficheiro gerado foi de seguida processado por diferentes programas por forma a obter o ficheiro de extensão .gcode, com todos os parâmetros de impressão definidos, após respetiva otimização. O protótipo foi fabricado com recurso à tecnologia de fabricação por filamento fundido (FFF) utilizando a impressora 3D Flashforge Creator 3. O protótipo foi validado no canal auditivo externo do indivíduo ao qual tinha sido efetuada a digitalização.Os resultados foram positivos, os materiais escolhidos demonstraram ser viáveis para a aplicação pretendida, bem como todo o processo de produção da peça. O teste de validação realizado foi reportado como apresentando desconforto mínimo (que pode ser reduzido ainda mais). A utilização por longos períodos de tempo destes dispositivos personalizados afigura-se como uma realidade, evitando a utilização de dispositivos estandardizados.