Efeito da variação de design em geometrias tpms fabricadas por manufatura aditiva

Autores

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i3.45017

Palavras-chave:

Manufatura Aditiva, Processamento de Luz Direta, Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS, DLP

Resumo

A Manufatura Aditiva tornou-se um processo eficaz na fabricação de produtos altamente customizáveis e de grande complexidade. Tecnologia DLP é utilizada desde áreas como medicina e odontologia até a produção de calçados e equipamentos de segurança, devido sua alta resolução nos detalhes das peças produzidas. Estruturas Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) são estudas desde o século XIX como proposta de curvas onde não ocorre a presença de cantos vivos, dificultando assim a propagação de trincas quando submetidas a esforços mecânicos. Devido a sua alta complexidade, sua fabricação era impossível até o surgimento de tecnologias de manufatura aditiva. Ao analisar estudos referentes às estruturas TPMS, percebe-se a falta de definição dos parâmetros de design e sua influência em ensaios mecânicos de compressão como também um comparativo entre estruturas. O presente estudo propôs uma avaliação das estruturas TPMS mais estudadas, sendo elas giroides, diamante e Schwarz P e seus parâmetros de design tamanho de célula e espessura de parede, para analisar seus comportamentos quando submetidas a ensaios de compressão. Os resultados obtidos mostraram que o tamanho de célula unitária não apresentou significância estatística, já a geometria e espessura de parede apresentaram forte relação com os valores de módulo de elasticidade calculados.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Davi Salvini Chixaro, Universidade Federal do Paraná

Possui graduação em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Paraná (2019) e mestrado em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Paraná (2024). Atualmente é doutorando em Engenharia Mecânica e de Materiais pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba. Tem experiência na área de Engenharia de Produção, com ênfase em Manufatura Aditiva em tecnologia FFF e DLP, desenvolvimento de produto, ensaios mecânicos, atuando principalmente nos seguintes temas: geometrias TPMS, polímeros flexíveis, ensaios mecânicos em polímeros e manufatura aditiva.

Fabiano Oscar Drozda, Universidade Federal do Paraná, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção (PPGEP-UFPR)

Possui graduação em Engenharia de Materiais pela UEPG, mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais pela UEPG E doutorado em Engenharia Mecânica pela UFPR. Experiência de 16 anos em empresas multinacionais do setor cerâmico e da linha branca, atuando nas área de engenharia de processos, produto, linhas de montagem, qualidade e gerenciamento de projetos (Modelos Waterfall e Ágil). Atualmente é professor do Universidade Federal do Paraná-UFPR nas áreas de Ciência de Materiais e Mecânica dos Sólidos, Gestão e Controle da Qualidade, Gestão de Projetos, Processos de Fabricação e Lean Manufacturing. Tem interesse em pesquisas na área de Manufatura Aditiva e Machine Learning, Qualidade, Lean Digital

Ricardo Júnior De Oliveira Silva, Universidade Federal do Paraná, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção (PPGEP-UFPR)

Doutorando em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Paraná (PGMEC UFPR-2029) na linha de Fabricação, Materiais e Sustentabilidade, onde pesquisa sobre reciclagem de materiais poliméricos para uso em Manufatura Aditiva. Mestre em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Paraná (PPGEP UFPR-2023) na linha de Inovação em Projetos, Produtos e Processos, onde estudou o efeito de diferentes porcentagens de preenchimento na absorção de energia de impacto em peças fabricadas em PLA por FFF. Graduado em Engenharia de Produção pelo Centro Universitário Internacional (2020). Tem experiência e interesse nas áreas de Manufatura Aditiva de polímeros, testes mecânicos em polímeros, reciclagem de materiais poliméricos e processos de fabricação.

Sérgio Fernando Lajarin, Universidade Federal do Paraná

Pós-doutorado em Eng. Mecânica pela UTFPR com trabalho na área de Manufatura Aditiva e tecnologia Assistiva. Possui doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) com trabalho de pesquisa na área de conformação de chapas de aços automotivos de alta resistência avançados. O trabalho de mestrado foi desenvolvido na área de Usinagem e sua aplicação da fabricação de próteses. Possui graduação em Engenharia da Computação. Possui experiência profissional em Projetos Mecânicos e para Construção Civil. Desenvolve pesquisas principalmente nos seguintes temas: Simulação e prática de processos de conformação, Aços automotivos avançados de alta resistência, Tecnologia Assistiva, Impressão 3D (Manufatura Aditiva), Desenvolvimento de Produtos e Aplicação da Impressão 3D na Área da Saúde. Coordena projeto de extensão voltado para treinamento de alunos e prototipagem. Atua como professor dedicação exclusiva na área de fabricação no Departamento de Engenharia Mecânica da UFPR (DEMEC) e como professor do Programa de Pós Graduação em Engenharia de Manufatura (PPGEM).

Referências

Altiparmak, S. C., Yardley, V. A., Shi, Z., & Lin, J. (2022). Extrusion-based additive manufacturing technologies: State of the art and future perspectives. Journal of Manufacturing Processes, 83, 607-636. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.09.032 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.09.032

Feng, J., Fu, J., Yao, X., & He, Y. (2022). Triply periodic minimal surface (TPMS) porous structures: from multi-scale design, precise additive manufacturing to multidisciplinary applications. International Journal of Extreme Manufacturing, 4(2), 022001. https://doi.org/10.1088/2631-7990/ac5be6 DOI: https://doi.org/10.1088/2631-7990/ac5be6

Haney, C. W., & Siller, H. R. (2023). Anthropo-fidelic behavior of elastic-plastic lattice structures. Polymer Testing, 120, 107970. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.107970 DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.107970

Hwang, B.-K., Kim, S.-K., Kim, J.-H., Kim, J.-D., & Lee, J.-M. (2020). Dynamic compressive behavior of rigid polyurethane foam with various densities under different temperatures. International Journal of Mechanical Sciences, 180, 105657. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105657 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.105657

Maskery, I., Sturm, L., Aremu, A. O., Panesar, A., Williams, C. B., Tuck, C. J., Wildman, R. D., Ashcroft, I. A., & Hague, R. J. M. (2018). Insights into the mechanical properties of several triply periodic minimal surface lattice structures made by polymer additive manufacturing. Polymer, 152, 62–71. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.11.049 DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.11.049

Pereira, T., Jesus, A. V. de Valverde, G., Roland, R., & Oliveira Rodrigues, L. K. de. (2021). Análise da influência do padrão de preenchimento e da altura de camada de deposição nas propriedades mecânicas de peças fabricadas em PLA a partir de impressão 3D. DESAFIOS - Revista Interdisciplinar da Universidade Federal do Tocantins, 8(1), 95–103. https://doi.org/10.20873/uftv8-9605 DOI: https://doi.org/10.20873/uftv8-9605

Rahimidehgolan, F., & Altenhof, W. (2023). Compressive behavior and deformation mechanisms of rigid polymeric foams: A review. Composites Part B: Engineering, 253, 110513. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110513Rodríguez-Panes, A., Claver, J., & Camacho, A. (2018). The Influence of Manufacturing Parameters on the Mechanical Behaviour of PLA and ABS Pieces Manufactured by FDM: A Comparative Analysis. Materials, 11(8), 1333. https://doi.org/10.3390/ma11081333 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110513

SAVA, R., APOSTOL, D. A., & CONSTANTINESCU, D. M. (2023). Evaluation of the mechanical behavior of 3D printed cellular metamaterials with special geometries. Proceedings of the Romanian Academy, Series A: Mathematics, Physics, Technical Sciences, Information Science, 24(1), 61–70. https://doi.org/10.59277/PRA-SER.A.24.1.08 DOI: https://doi.org/10.59277/PRA-SER.A.24.1.08

Shen, M., Qin, W., Xing, B., Zhao, W., Gao, S., Sun, Y., Jiao, T., & Zhao, Z. (2021). Mechanical properties of 3D printed ceramic cellular materials with triply periodic minimal surface architectures. Journal of the European Ceramic Society, 41(2), 1481–1489. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.09.06 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.09.062

Shi, K., Yang, W., Mei, H., Yan, Y., Xu, L., Cheng, L., & Zhang, L. (2023). Characterization and enhancement of quasi-static and shear mechanical properties of 3D printed lightweight SiOC lattices: Effects of structural design and parameters. Journal of the European Ceramic Society, 43(14), 5882–5893. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.06.06 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.06.066

Volpato, N. (2017). Manufatura Aditiva: Tecnologias e Aplicações da Impressão 3D (1o ed). Blucher.

Yu, S., Sun, J., & Bai, J. (2019). Investigation of functionally graded TPMS structures fabricated by additive manufacturing. Materials & Design, 182, 108021. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108021

Publicado

12.09.2024

Como Citar

Chixaro, D. S., Drozda, F. O., Silva, R. J. D. O., & Lajarin, S. F. (2024). Efeito da variação de design em geometrias tpms fabricadas por manufatura aditiva. Brazilian Journal of Production Engineering, 10(3), 418–434. https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i3.45017

Edição

Seção

ENGENHARIA DO PRODUTO