Desenvolvimento e projeto de uma impressora de deposição de material fundido com alimentação por material granulado

Abstract

O trabalho aqui reportado visa a conceção, projeto, desenvolvimento de uma impressora 3D, com alimentação por granulado, capaz de imprimir peças mais económicas, numa impressora mais económica, sendo esta a principal diferenciação relativamente às impressoras comercialmente disponíveis usando a tecnologia de fabricação por lamento Fundido (FDM). No processo de impressão 3D, o equipamento deve manter as caraterísticas de funcionamento normais dentro de determinados parâmetros durante todas as fases do processo. Para tal o processo de desenvolvimento passou por uma análise competitiva deste tipo de impressoras, onde foram identi cados os principais requisitos dos clientes, assim como as principais especi cações técnicas associadas a integração das novas funcionalidades. A partir deste ponto aplicou-se um referencial de projeto e engenharia de produto que passou pela aplicação de um conjunto de ferramentas que tentaram sistematizar e hierarquizar a informação necessária à conceção e projeto da impressora, tais como: identi car e hierarquizar as necessidades dos clientes, estabelecer requisitos do produto e selecionar os valores alvo das especi cações técnicas através da casa da qualidade (QFD). Procedeu-se ao projeto térmico e de mecânico da cabeça de extrusão e estrutura da impressora. De forma a avaliar o projeto desenvolvido, utilizaram-se ferramentas de simulação num érica com recurso ao método dos elementos nitos para uma avaliação do desempenho funcional tanto a nível estrutural como térmico. Os resultados foram obtidos a partir de simulações computacionais onde foram analisados e validados para as duas fases, de condicionamento térmico da cabeça de extrusão e para a estrutura da impressora. Posteriormente procedeu-se à realização dos desenhos técnicos, de conjunto e de de nição dos elementos principais.

The aim of this study is to design, project and develop a 3D printer with a granular feeding system, capable of being a more competitive economical solution both by printing cost and acquisition price, rather than the traditionally fused deposition modeling (FDM) system printers commercially available. In the 3D printing process, the product must maintain the normal operating characteristics within certain limits during all phases of the printing process, therefore the development process underwent a competitive analysis, where the main requirements of the customers have been identi ed as well as the main technical speci cations associated with the integration of new features. Taking this into account, it was applied a referential project and product engineering, which included the use of a set of tools that allows the collection and organization of all the information required to design and develop of the printer, such as: the identi cation of client needs, selection of target values related to the technical speci cations of the printer and determination of their relation, through Quality Function Deployment (QFD). The next step followed a detailed mechanical and thermal design of the extrusion head as well as the printer frame. In order to assess the structural and thermal integrity of the developed project, a numerical simulation tool based on nite elements was used and validated through dedicated testing. The results were obtained from a computational simulation, which analysed and validated the temperature of the extrusion head and the structure of the printer frame. After all the testing proceeded the realization of the technical drawings of the main elements of the extrusion head and printer frame were produced.