Projeto de equipamento para o fabrico de componentes 3D híbridos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Neves, João Miguel Miranda
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/42847
Resumo: O presente relatório foi desenvolvido no âmbito do estágio curricular reali- zado na empresa Atena - Automação Industrial Lda. O estágio teve como objetivo o projeto e desenvolvimento de um equipamento para o fabrico híbrido de componentes compostos por metal e termoplástico. Na etapa inicial realizou-se o estado da arte na área do fabrico híbrido (metal e ter- moplástico). Recolheu-se informação sobre o fabrico subtrativo e aditivo, seguindo-se uma análise dos mesmos quando combinados em fabrico híbrido. Realizou-se um benchmarking de equipamentos com propósitos semelhantes, estabelecendo-se as suas principais características de funcionamento. Ainda nesta etapa procedeu-se a uma análise aos principais desafios do fabrico híbrido com especial foco na interface de ligação entre o material metálico e o termoplástico. Na etapa seguinte procedeu-se ao desenvolvimento do conceito do equipamento a projetar no âmbito do estágio. Iniciou-se por um analise das principais etapas que envolvem o projeto de um novo produto, neste caso um equipamento para o fabrico híbrido de componentes, envolvendo a fase de recolha das necessidades dos clientes, estabelecimento das especificações técnicas do equipamento e matriz QFD, de forma a assegurar que os requisitos são respondidos e ter uma ideia das especificações técnicas mais relevantes do equipamento. De seguida foram gerados vários conceitos do equipamento para as diferentes funções que este tem de assegurar, procedendo-se posteriormente a hierarquização e seleção do conceito que passou à fase de projeto mecânico e de automação. Na fase de projeto e baseadas nas especificações técnicas definidas na etapa anterior, foram realizados os dimensionamentos/cálculos provisionais para alguns componentes, assim como selecionados alguns dos elementos comercias que iriam integrar o equipamento. Esta informação serviu de base ao processo de modelação dos subconjuntos do equipamento. Após a modelação do conjunto, e a fim de verificar a sua funcionalidade e integridade estrutural para as funções identificadas como mais críticas, foram realizadas um conjunto de simulações computacionais ao nível cinemático e estrutural, neste último utilizando o método dos elementos finitos. Em complemento do projeto mecânico, procedeu-se à realização provisional do projeto elétrico e pneumático do equipamento. Estes projetos materializaram-se na parte final em documentação técnica que inclui os desenhos de conjunto e definição necessários ao fabrico e montagem do equipamento, assim com os esquemas elétricos e pneumáticos. Por forma a validar algumas particularidades técnicas do equipamento projetado, e não sendo possível no período do estágio fabricar o equipamento projetado por questões de tempo e orçamento, foi desenvolvido e fabricado um equipamento elementar para prova de conceito. Neste equipamento de prova de conceito foi possível validar que o controlador MACH3 é capaz de controlar os movimentos dos eixos associados à parte subtrativa (maquinagem) e aditiva (impressão), permitindo desta forma uma fácil programação e continuidade das trajetórias necessárias à fabricação de uma peça híbrida.
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Ainda nesta etapa procedeu-se a uma análise aos principais desafios do fabrico híbrido com especial foco na interface de ligação entre o material metálico e o termoplástico. Na etapa seguinte procedeu-se ao desenvolvimento do conceito do equipamento a projetar no âmbito do estágio. Iniciou-se por um analise das principais etapas que envolvem o projeto de um novo produto, neste caso um equipamento para o fabrico híbrido de componentes, envolvendo a fase de recolha das necessidades dos clientes, estabelecimento das especificações técnicas do equipamento e matriz QFD, de forma a assegurar que os requisitos são respondidos e ter uma ideia das especificações técnicas mais relevantes do equipamento. De seguida foram gerados vários conceitos do equipamento para as diferentes funções que este tem de assegurar, procedendo-se posteriormente a hierarquização e seleção do conceito que passou à fase de projeto mecânico e de automação. Na fase de projeto e baseadas nas especificações técnicas definidas na etapa anterior, foram realizados os dimensionamentos/cálculos provisionais para alguns componentes, assim como selecionados alguns dos elementos comercias que iriam integrar o equipamento. Esta informação serviu de base ao processo de modelação dos subconjuntos do equipamento. Após a modelação do conjunto, e a fim de verificar a sua funcionalidade e integridade estrutural para as funções identificadas como mais críticas, foram realizadas um conjunto de simulações computacionais ao nível cinemático e estrutural, neste último utilizando o método dos elementos finitos. Em complemento do projeto mecânico, procedeu-se à realização provisional do projeto elétrico e pneumático do equipamento. Estes projetos materializaram-se na parte final em documentação técnica que inclui os desenhos de conjunto e definição necessários ao fabrico e montagem do equipamento, assim com os esquemas elétricos e pneumáticos. Por forma a validar algumas particularidades técnicas do equipamento projetado, e não sendo possível no período do estágio fabricar o equipamento projetado por questões de tempo e orçamento, foi desenvolvido e fabricado um equipamento elementar para prova de conceito. Neste equipamento de prova de conceito foi possível validar que o controlador MACH3 é capaz de controlar os movimentos dos eixos associados à parte subtrativa (maquinagem) e aditiva (impressão), permitindo desta forma uma fácil programação e continuidade das trajetórias necessárias à fabricação de uma peça híbrida.The present report was developed within the scope of the curricular internship carried out at Atena - Automação Industrial Ltd. The internship aimed at the design and development of an equipment for the hybrid manufacturing of components composed of metal and thermoplastic. In the initial stage, a state-of-the-art analysis was conducted in the area of hybrid manufacturing (metal and thermoplastic). Information was gathered on subtractive and additive manufacturing, followed by an analysis of their combination in hybrid manufacturing. A benchmarking of equipments with similar purposes was conducted, establishing their main operating characteristics. Also in this stage, an analysis of the main challenges of hybrid manufacturing was carried out, with a special focus on the interface between metallic and thermoplastic materials. In the next stage, the concept of the equipment to be designed within the scope of the internship was developed. It began with an analysis of the main stages involved in the design of a new product, in this case, equipment for the hybrid manufacturing of components, involving the phase of gathering customer needs, establishing the technical specifications of the equipment, and QFD matrix, in order to ensure that the requirements are met and to have an idea of the most relevant technical specifications of the equipment. Next, several equipment concepts were generated for the different functions that it must ensure, followed by the prioritization and selection of the concept that proceeded to the mechanical and automation design phase. In the design phase, based on the technical specifications defined in the previous stage, provisional dimensions/calculations were made for some components, as well as some commercial elements that would integrate the equipment were selected. This information served as the basis for the modeling process of the equipment’s subassemblies. After modeling the assembly, and in order to verify its functionality and structural integrity for the functions identified as most critical, a set of computer simulations was carried out at the kinematic and structural levels, the latter using the finite element method. In addition to the mechanical design, provisional electrical and pneumatic design of the equipment were carried out. These designs materialized in the final part in technical documentation that includes the assembly and definition drawings necessary for the manufacture and assembly of the equipment, as well as electrical and pneumatic diagrams. In order to validate some technical particularities of the designed equipment, and not being possible during the internship period to manufacture the equipment designed due to time and budget constraints, a basic equipment for proof of concept was developed and manufactured. In this proof-of-concept equipment, it was possible to validate that the MACH3 controller is capable of controlling the movements of the axes associated with the subtractive (machining) and additive (printing) parts, thus allowing easy programming and continuity of the trajectories necessary for the manufacture of a hybrid part.2024-11-14T14:56:27Z2024-07-08T00:00:00Z2024-07-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10773/42847porNeves, João Miguel Mirandainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-11-18T01:48:38Zoai:ria.ua.pt:10773/42847Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openairemluisa.alvim@gmail.comopendoar:71602024-11-18T01:48:38Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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