FMEA, CFD and FEA TO OPTIMIZE THE DEVELOPMENT OF PRODUCTS WITH 3D PROTOTYPING IN AUTOMOTIVE MECHANICAL PART AFTERMARKET - Part A: FMEA

FMEA, CFD and FEA TO OPTIMIZE THE DEVELOPMENT OF PRODUCTS WITH 3D PROTOTYPING IN AUTOMOTIVE MECHANICAL PART AFTERMARKET - Part A: FMEA

Authors

  • André Luís de Oliveira Cavaignac Universidade Ceuma - Unversidade Federal do Maranhão
  • Luan Henrique Varão Silva Universidade da Beira Interior
  • Rúben Sousa Júnior Universidade Federal do Tocantins
  • Edilson Morais Lima e Silva Universidade CEUMA - Universidade Federal do Pará
  • Ricardo Jorge Cruz Lima Universidade Federal do Maranhão

Keywords:

3d prototyping, FMEA, FEA, CFD

Abstract

The additive manufacturing area emerges as a powerful tool for use in product development projects - PDP, and in small scale and high specificity manufacturing processes. However, factors such as long printing time, the need to rework prototype layouts and the need for new prints show that the PDP process with 3D prototyping still has points to be improved. In this work it was proposed to use failure modes and effects analysis (FMEA) integrated with occupational safety FMEA (OS-FMEA), together with the application of computational fluid dynamics (CFD) and finite elements analysis (FEA), to optimize the process development of an automotive mechanical part for the aftermarket market, manufactured using 3d printing. To this end, the present work used as a test piece an adapter flange to replace carburetors in collection automobiles. From the application of initial PDP tools an initial product concept was conceived and the first model was developed in a CAD (computer-aided design) environment. This initial model served for the application of FMEA / OS-FMEA for the identification and correction of possible flaws in the model. After the improvements applied and the reduction of all risk priority numbers (RPN) obtained, printing was carried out on additive manufacturing of the defined model. Using the FMEA+CFD+FEA methodology, it was possible to obtain a viable part in just one print, showing the efficiency of the method in optimizing prototyping.

 

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

André Luís de Oliveira Cavaignac, Universidade Ceuma - Unversidade Federal do Maranhão

Possui graduação em Engenharia de Alimentos pela Universidade Federal do Maranhão (2011), Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Faculdade Pitágoras (2013), Mestrado em Ciência dos Materiais pela Universidade Federal do Maranhão (2015), Doutorando em Ciência dos Materiais pela Universidade Federal do Maranhão (2019 - ). Tem experiência em espectroscopia Raman, difração de Raios-X e caracterização térmica (TG, DSC e DTA), com publicações em congressos e periódicos internacionais. Também possui experiência na indústria de transformação química como gerente industrial e responsável técnico, com ênfase em Operações Unitárias e Fenômenos de Transporte, e Engenharia de segurança do trabalho. Atualmente atua como professor dos cursos de engenharia da Universidade Ceuma - Campus Imperatriz.

Luan Henrique Varão Silva, Universidade da Beira Interior

Possui graduação em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Luterano de Santarém / Universidade Luterana do Brasil (2013). Professor EBTT do Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Maranhão - Campus Imperatriz. Doutorando em Engenharia Engenharia Civil com ênfase em Estruturas na Universidade da Beira Interior - Covilhã (PT).

Rúben Sousa Júnior, Universidade Federal do Tocantins

Engenheiro Ambiental pela Universidade Federal do Tocantins (2013). Pós-graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Faculdade Arthur Thomas - CESA - Complexo de Ensino Superior de Segurança do Trabalho (2016), Seminário 1º Semana Estadual das Águas pela Secretaria de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, Companhia de Saneamento do Tocantins e Pró-reitoria de Extensão, Cultura e Assuntos Comunitários da UFT (2010), Períto Judicial com foco em Perícia Trabalhista e Perícia Ambiental pela AMMED (2008), Conferencista da Ação Alusiva ao dia da árvore, realizada pela INFRAERO (2013), Participação no 2º Congresso Científico e 3º Seminário de Iniciação Científica da UFT (2007), Certificado pelo Governo do Estado do Tocantins (2008) pelo 6º Fórum do Lago, Perito pelo Ministério Público do Estado do Maranhão, atuando em perícias e mensuração de crimes ambientais. Trabalha em Projetos de Educação Ambiental, com comunidades ribeirinhas que fazem uso da piscicultura como fonte de renda. Atualmente faz parte do grupo de pesquisadores do Núcleo de Pesquisa em Química Ambiental, Biotecnologia, Ciências Naturais e Agronômicas - NUPQBCNA, da Universidade Estadual da Região Tocantina do Maranhão.

Ricardo Jorge Cruz Lima, Universidade Federal do Maranhão

Possui formação em Fisica, com doutorado em Física da Matéria Condensada, pela Universidade Federal do Ceará (2002). Atuando no estudo de aminoácidos através das técnicas de espectroscopia no Infravermelho, espectroscopia Raman, termodilatometria e difração de raios-x, também desenvolveu trabalhos de caráter interdisciplinar com produtos naturais e fósseis do período cretáceo.

References

ASTM. ASTM F42/ISO TC 261 Develops Additive Manufacturing Standards. [S. l.:s. d.]. Disponível em:https://www.astm.org/COMMIT/F42_AMStandardsStructureAndPrimer.pdf. Acesso em: 03 mai 2020.

Baxter, M. (1998). Projeto de Produto: guia para o desenvolvimento de novos produtos. São Paulo: Edgard Blücher.

Briantais, L. Metal additive manufacturing: process, conception and post-treatments. 2017. 117f. Dissertação (Màster Universitarien Enginyeria d`Automoció), Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona, Barcelona, 2017.

Calignano, F., Manfredi, D., Ambrosio, E. P., Biamino, S., Lombardi, M., Atzeni, E., & Fino, P. (2017). Overview on additive manufacturing technologies. Proceedings of the IEEE, 105(4), 593-612.

Cavaignac, A., & Uchoa, J. (2018). Obtaining FMEA’s indices for occupational safety in civil construction: a theoretical contribution. Brazilian Journal of Operations & Production Management, 15(4), 558-565. https://doi.org/https://doi.org/10.14488/BJOPM.2018.v15.n4.a9

Cavaignac, A. L. De, Uchoa, J., & Dos Santos, H. (2020). Risk analysis and prioritization in water supply network maintenance works through the failure modes and effects analysis: occupational safety fmea application. Brazilian Journal of Operations & Production Management, 17(1), 1-7. https://doi.org/https://doi.org/10.14488/BJOPM.2020.006

Dias Júnior, E.B., & Cavaignac, A.L DE O. (2019). Avaliação de riscos e falhas utilizando a ferramenta FMEA priorizando a NR-10 de serviços elétricos de baixa, média e alta tensão. Brazilian Journal of Production Engineering, 5(3): 214-225.

Da Silva, G. C. (2011). Integração da prototipagem física no processo de desenvolvimento de produtos automotivos. Revista Tecnologia, 32(1), 105-115.

Fernandes, J. M. R., & Rebelato, M. G. (2006). Proposta de um método para integração entre QFD e FMEA. Gestão & Produção, 13(2), 245-259.

Ford, M. C. (2011), Failure Mode and Effects Analysis: FMEA Handbook, 4.2 ed. Available from: https://fsp.portal.covisint.com/documents/106025/14555722/FMEA+Handbook+v4.2/4c14da5c-0842-4e60-a88b-75c18e143cf7?version=1.0. Acesso em: 03 mai 2020

Mendes, C. J. (2019). Potenciais impactos da impressão 3d na distribuição de peças e acessórios de uma montadora de automóveis brasileira: Estudo de caso. Projetos e Dissertações em Sistemas de Informação e Gestão do Conhecimento, 6(2).

Da Cruz Ferreira, G., Krüger, T. R., & Dos Santos, C. B. (2016). Utilização da impressão 3d na manufatura para a otimização de processos: um estudo de caso em indústrias automobilísticas. Memorial TCC Caderno da Graduação, 2(1), 276-289.

Gao W., Zhang Y., Ramanujan D., Ramani K., CHEN Y., Williams C.B., Wang C.C.L., Shin Y.C., Zhang S., Zavattieri P.D., The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering, Comput. Des. 69 (2015) 65–89, https://doi.org/10.1016/j.cad.2015.04.001.

Gomes, J. F. B., & Wiltgen, F. (2020). Avanços na manufatura aditiva em metais: técnicas, materiais e máquinas. Revista Tecnologia, 41(1).

Helman, H., Andery, P.R.P. (1995). Analise de falhas:(aplicação dos métodos de FMEA e FTA).UFMG, Escola de Engenharia. 156p.

Huang, S. H., Liu, P., Mokasdar, A., & Hou, L. (2013). Additive manufacturing and its societal impact: a literature review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 67(5-8), 1191-1203.

Jorge, G.P. Do N., Sousa, M.J.A. De, & Cavaignac, A.L. De O. (2019). Priorização de risco em obra de médio porte por meio da utilização do FMEA: uma ferramenta de melhoria para segurança do trabalho em altura. Brazilian Journal of Production Engineering, 5(3): 35-53.

Laurenti, R., Villari, B. D., & Rozenfeld, H. (2012). Problemas e melhorias do método FMEA: uma revisão sistemática da literatura. Pesquisa & Desenvolvimento Engenharia de Produção, 10(1), 59-70.

Langefeld, B. et al. Advancements in metal 3D printing. [S. l.]: Roland Berger, 2018. Disponível em: https://www.rolandberger.com/publications/publication_pdf/Roland_Berger_Additive_Manufacturing.pdf. Acesso em: 03 mai 2020.

Li, L., Liu, J., MA, Y., Ahmad, R., & Qureshi, A. (2019). Multi-view feature modeling for design-for-additive manufacturing. Advanced Engineering Informatics, 39, 144–156. doi:10.1016/j.aei.2018.12.004

Lima, R., Ribeiro, R.K.P., Santos, I.J.A., Martins, V.P., & Cavaignac, A.L. de O. (2019). A aplicação da análise de modo de falha e efeito (FMEA) como ferramentas de prevenção de acidentes em pequenas serralherias. Brazilian Journal of Production Engineering, 5(6), Edição Especial "Avanços em segurança do Trabalho", 123-135.

Lira, J. C. (2017). Análise de um coletor de admissão para motor veicular 1.0 pelo método de dinâmica dos fluidos computacional. Acta Mechanìca et Mobilitatem, 1(2), 48-53.

Miguel, P. A. C., & Segismundo, A. (2008). O papel do FMEA no processo de tomada de decisão em desenvolvimento de novos produtos: estudo em uma empresa automotiva. Produto & Produção, 9(2).

Mota, C. P. A., & De Oliveira Cavaignac, A. L. (2019). Avaliação de risco ocupacional em obras de pequeno porte de unidades unifamiliares com aplicação do FMEA: uma investigação sobre trabalho em altura e escavações. Brazilian Journal of Production Engineering-BJPE, 5(4), 25-35.

Pacheco, Y. C. K. G., Ribeiro, R. K. P., & Cavaignac, A. L. de O. (2019). Utilização da análise de modos de falhas e efeitos (FMEA) como ferramenta de prevenção de acidentes em operações com usos de pontes rolantes. Brazilian Journal of Production Engineering, 5(4), 10-24.

Pipes, A. Desenho para designers. São Paulo: Blucher, 2010.

Volpato, N. (2017). Manufatura Aditiva: Tecnologias e aplicações da impressão 3D. Editora Blucher.

Santos, A.G.S., Nascimento Jorge, G.P. Do, & Cavaignac, A.L. DE O. (2019). FMEA como ferramenta de identificação dos riscos ao trabalhador da construção civil. Brazilian Journal of Production Engineering, 5(3),19-34.

Scalla3d. (2020). Carburador de Fusca Brosol Solex 32 VW Beetle Carburetor. Documento de site. Disponível em : https://www.thingiverse.com/thing:4304481, acesso em: 05/04/2020.

Seguin, L. (2011). Trabalho explicativo a respeito das impressoras 3D, e seus desenvolvimentos. Curso de Curso Técnico em Instrumentação, Curso Nacional de Aprendizagem Industrial-SENAI, Santos.

Shaker, F., Shahin, A., & Jahanyan, S. (2019). Developing a two-phase QFD for improving FMEA: an integrative approach. International Journal of Quality & Reliability Management.

Simonetti, H. L., Almeida, V. S., & das Neves, F. D. A. (2018). Smoothing evolutionary structural optimization for structures with displacement or natural frequency constraints. Engineering Structures, 163, 1-10.

Sindipeças. (2020). Relatório da Pesquisa Conjuntural. Março de 2020. Sindipeças, São Paulo – SP. Documento de site. Acessado em 01/05/2020. Disponível em: https://www.sindipecas.org.br/sindinews/Economia/2020/RPCABR2020.pdf

Stamatis, D. H. (2003). Failure Mode and Effect Analysis - FMEA from Theory to Execution (2nd ed.), Milwaukee, USA: ASQ Quality Press.

Takagaki, L. K. (2012). Tecnologia de Impressão 3D. Revista Inovação Tecnológica, São Paulo, v. 2, n. 2, p. 2840, jul./dez.

Thomas, D.; Venkat, R. 3D Metal Printing Technology. IFAC-PapersOnLine, [S. l.], v. 49, n. 29, p. 103- 110, 2016. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896316325496. Acesso em: 06 mai. 2020.

Relvas, C., Ramos, A., Completo, A., & Simões, J. A. (2012). A systematic approach for an accuracy level using rapid prototyping technologies. In Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 226(12), 2023-2034.

Wiltgen, F. (2019). Protótipos e prototipagem rápida aditiva sua importância no auxílio do desenvolvimento científico e tecnológico. In: Congresso Brasileiro De Engenharia De Fabricação, 10., COBEF, 10., São Carlos, 5-7 ago., 2019. Anais [...]. São Carlos: UFSCar.

Downloads

Published

2020-08-10

How to Cite

Cavaignac, A. L. de O., Silva, L. H. V. ., Sousa Júnior, R. ., Silva, E. M. L. e, & Lima, R. J. C. (2020). FMEA, CFD and FEA TO OPTIMIZE THE DEVELOPMENT OF PRODUCTS WITH 3D PROTOTYPING IN AUTOMOTIVE MECHANICAL PART AFTERMARKET - Part A: FMEA: FMEA, CFD and FEA TO OPTIMIZE THE DEVELOPMENT OF PRODUCTS WITH 3D PROTOTYPING IN AUTOMOTIVE MECHANICAL PART AFTERMARKET - Part A: FMEA. Brazilian Journal of Production Engineering, 6(5), 74–97. Retrieved from https://periodicos.ufes.br/bjpe/article/view/30396

Issue

Vol. 6 No. 5 (2020): Número Regular (Julho - Setembro)

Section

PRODUCT ENGINEERING

License

Copyright (c) 2020 Brazilian Journal of Production Engineering - BJPE

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Atribuição 4.0 internacional CC BY 4.0 Deed

Most read articles by the same author(s)

1 2 > >>