Método paralelo de cálculo da trajetória de preenchimento em zigue-zague para manufatura aditiva

• Autor(a) principal: Faust, Ricardo Casagrande
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4772
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO; Impressão tridimensional; Processos de fabricação - Planejamento; Algoritmos - Desenvolvimento; Programação paralela (Computação); Sistemas CAD/CAM; Computação de alta performance; Métodos iterativos (Matemática); Three-dimensional printing; Manufacturing processes - Planning; Algorithms - Development; Parallel programming (Computer science); CAD/CAM systems; High performance computing; Iterative methods (Mathematics); Engenharia Mecânica

A manufatura aditiva (Additive Manufacturing – AM) é um processo de fabricação através da adição sucessiva de camadas de material. O planejamento do processo é uma etapa computacional anterior à fabricação, na qual o modelo tridimensional CAD (Computer Aided Design) é processado e convertido em informações que serão utilizadas pela máquina de produção. Nesta fase, a peça é fatiada em camadas e, para cada camada, é identificada a área que deve ser preenchida com material. A escolha da estratégia de preenchimento e a definição de seus parâmetros de cálculo são de fundamental importância para a AM, pois conferem diferentes propriedades mecânicas ao objeto, além de impactar no tempo e custo de fabricação da peça. O desenvolvimento das máquinas de AM, que permitem a fabricação de peças maiores e com camadas mais finas, faz com que a demanda computacional do planejamento do processo se torne cada vez maior, de modo que em alguns casos este processamento pode levar horas. O desenvolvimento de algoritmos mais eficientes para o planejamento do processo abre uma série de possibilidades, como por exemplo, a otimização de parâmetros via simulações. Atualmente, a paralelização de algoritmos e a aceleração da computação por placas gráficas são técnicas muito utilizadas na literatura. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um novo método paralelo para o cálculo de uma das principais estratégias de preenchimento utilizada na tecnologia de extrusão de material (tipo Modelagem por Fusão e Deposição – FDM), que é a estratégia zigue-zague (raster). Através de testes computacionais e de um estudo de aplicação, o método foi avaliado para verificar a sua capacidade em resolver o problema do cálculo do zigue-zague, medir o seu ganho computacional, e avaliar os benefícios da sua utilização na otimização de parâmetros do cálculo da trajetória. Os resultados mostraram que o método paralelo proposto é funcionalmente correto e que gera ganho computacional relevante, sendo até 22 vezes mais rápido que seu equivalente serial. O estudo de aplicação mostrou que a simulação de parâmetros da trajetória resulta em um aumento de até 38% no comprimento médio das retas de raster, reduzindo o tempo de fabricação da peça.