Effect of design variation on tpms geometries manufactured by additive manufacturing

Authors

DOI:

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

Keywords:

Additive Manufacturing, Digital Light Processing, Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS, DLP

Abstract

Additive Manufacturing has become a useful process for producing highly customizable and complex products. DLP technology is employed across fields such as medicine, dentistry, footwear, and safety equipment due to its high resolution in detailing produced parts. Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) structures have been studied since the 19th century as curved proposals devoid of sharp corners, thereby hindering crack propagation under mechanical stress. Due to their complexity, their manufacture was previously impossible before the advent of additive manufacturing technologies. Analyzing studies on TPMS structures reveals a lack of defined design parameters and their influence on compression mechanical tests, as well as comparisons between structures. This study aimed to evaluate the most studied TPMS structures gyroid, diamond, and Schwarz P and their design parameters such as cell size and wall thickness, to analyze their behaviors under compression tests. Results indicated that cell size did not show statistical significance, whereas geometry and wall thickness exhibited a strong relationship with calculated elasticity modulus values.

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Author Biographies

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

RicardoRicardo 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).

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Published

2024-09-12

How to Cite

Chixaro, D. S., Drozda, F. O., Silva, R. J. D. O., & Lajarin, S. F. (2024). Effect of design variation on tpms geometries manufactured by additive manufacturing. Brazilian Journal of Production Engineering, 10(3), 418–434. https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i3.45017

Issue

Vol. 10 No. 3 (2024): Regular Issue (July - September) *Publication Articles Continuous Flow*

Section

PRODUCT ENGINEERING

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