Deposição de filamento sobre superfícies de geometria livre

Abstract

A Fabricação de Filamento Fundido (FFF) é uma das tecnologias de Manufatura Aditiva mais amplamente utilizada, devido à disponibilidade generalizada de equipamentos. A indústria de manufatura aditiva tem procurado o desenvolvimento e adaptação de tecnologias para depositar camadas em superfícies irregulares, permitindo a modificação direta de objetos, abrindo um leque de possibilidades para o consumidor, como personalização, adição de funcionalidades, reparações e criação de objetos com materiais distintos. No entanto, replicar essas pesquisas em equipamentos FFF de 3 eixos é um desafio, principalmente devido a problemas de confiabilidade, repetibilidade e qualidade, exigindo modificações complexas no equipamento ou programação personalizada. Nesse contexto, o estudo realizado visa aplicar conhecimento e inovação na tecnologia FFF em superfícies irregulares, por forma a tornar o processo facilmente replicável para outros usuários, evitando a necessidade de modificações extensas no equipamento ou programação complexa. O objetivo deste trabalho passou por explorar estratégias de deposição inovadoras, como a utilização de camadas não planares em superfícies irregulares utilizando FFF. Esta abordagem permitiu a adição de material por forma a criar novas formas como também personalizar peças existentes. A superfície irregular do substrato foi maquinada e o design CAD foi manipulado para gerar trajetórias em 3D capazes de depositar o modelo com precisão. No processo de desenvolvimento, utilizou-se um equipamento Delta Wasp 4020 e adaptou-se a cabeça extrusora de impressão. Foram desenvolvidas duas soluções diferentes e, por meio de simulação térmica, escolheu-se uma delas para implementação. Foram estudadas e desenvolvidas múltiplas estratégias de deposição, sendo posteriormente analisada a sua aderência através de ensaios de adesão e análise SEM, onde foi observado um aumento de 76% na resistência de aderência com o uso de uma deposição não planar. Além disso, foram desenvolvidos dois casos de estudo por forma a demonstrar a viabilidade e possíveis aplicações destas técnicas.

Fused Filament Fabrication (FFF) is one of the most widely used Additive Manufacturing technologies, thanks to the widespread availability of equipment. The additive manufacturing industry has been striving to develop and adapt technologies for depositing layers on irregular surfaces, enabling direct modification of objects and opening up a range of possibilities for consumers, such as customization, added functionality, repairs, and the creation of objects using different materials. However, replicating these research findings on 3-axis FFF equipment is a challenge, primarily due to reliability, repeatability, and quality issues, which require complex equipment modifications or custom programming. In this context, the conducted study aims to apply knowledge and innovation to FFF technology on irregular surfaces, making the process easily replicable for other users without extensive equipment modifications or complex programming. The objective of this work was to explore innovative deposition strategies, such as non-planar layering on irregular surfaces using FFF. This approach allowed the addition of material to create new forms and personalize existing parts. The irregular surface of the substrate was machined, and the CAD design was manipulated to generate 3D trajectories capable of accurately depositing the CAD model. During the development process, a Delta Wasp 4020 equipment was used and the printing extruder head was adapted. Two different solutions were developed, and through thermal simulation, one of them was selected for implementation. Multiple deposition strategies were studied and developed, and their adhesion was subsequently analyzed through adhesion tests and SEM analysis, resulting in a 76% increase in adhesion strength when using non-planar deposition. Additionally, two case studies were developed to demonstrate the feasibility and potential applications of these techniques.