Project and construction of a single point incremental forming machine

Abstract

Single Point Incremental Forming is a recent technology that is currently under development. Its applicability is diverse because it allows the attainment of functional parts in sheet metal without great costs. Due to this characteristic, areas such as biomechanics, rapid prototyping and products of customizable features make this process a target of interest. Unfortunately, the means of obtaining parts using single point incremental forming are limited. Usually, CNC machining centers are utilized but due to their cutting-type characteristics, the implementation of the Single Point Incremental Forming is limited and inefficient. Also, the market supply of dedicated machinery requires high investments, thus becoming an unattractive solution. A major obstacle to the application of this technique focuses on the superior time of forming especially when compared to conventional forming techniques. Another disadvantage of this process is the low dimensional accuracy, however, with the development of numerical studies and correction algorithms this problem tends to be minimized. This work aims to complete the project of a single point incremental forming machine that began in previous years. This project has the objective of overcoming the limitations of the current incremental forming machines, but not ignoring the economic factor. Also, this project aims to enlarge the horizons for future research and development of the process, not only improving the machine but also developing and understanding the forming mechanism and the consequent effects of improved material formability.

A estampagem incremental é um processo recente que está em desenvolvimento. A sua aplicabilidade é variada pois permite a obtenção de peças funcionais em chapa metálica sem grandes custos associados. Devido a esta característica, áreas como a biomecânica, prototipagem rápida e produtos de características personalizáveis fazem deste processo um alvo de interesse. Infelizmente, os meios de obtenção de peças usando estampagem incremental por ponto único são limitados. Normalmente faz-se uso de centros de maquinagem CNC adaptados, que devido às suas características próprias de corte por arranque de apara, tornam a aplicação da estampagem incremental limitada e ineficiente. Além disso, a oferta de mercado em maquinaria com características dedicadas ao uso de estampagem incremental requerem elevados investimentos, tornando-se assim uma solução pouco atractiva. Um dos principais obstáculos à aplicação desta técnica centra-se no tempo de conformação elevado, principalmente quando comparado com técnicas de estampagem convencionais. Outra desvantagem deste processo é a baixa precisão dimensional, que todavia com o avanço dos estudos numéricos e com o desenvolvimento de algoritmos de correcção tende a ser minimizado. Neste trabalho pretende-se concluir o projecto de uma máquina para realização de estampagem incremental por ponto único que teve início em anos anteriores. Este projecto tem por objectivo a obtenção de uma máquina que ultrapasse as limitações das máquinas actuais, mas não desconsiderando o factor económico. Além disso este projecto visa ampliar os horizontes para futuras pesquisas e desenvolvimento do processo, tanto na melhoria da máquina, mas também no desenvolvimento e na compreensão do mecanismo de deformação existente e aumento associado da formabilidade material.