ESTG - Mestrado em Engenharia para a Fabricação Digital Direta
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- Fabrico Digital Direto em Setores Tradicionais Caso de estudo: Produção de CalçadoPublication . Abreu, Jorge David Bernardo; Silva, Agostinho Manuel Antunes da; Marto, Anabela Gonçalves RodriguesA indústria portuguesa de calçado tem vindo a reforçar a sua posição nos mercados internacionais, ano após ano, com crescimentos na ordem dos 11%. Contudo, Portugal ainda revela infraestruturas comerciais e produtivas desajustadas às tendências do mercado. No contexto atual, não há lugar ao envolvimento dos consumidores finais no modelo de produção convencional, podendo ser contornada através da inovação do potencial das novas tecnologias, preparando a indústria para alcançar outros tipos de mercado. As combinações eficazes entre o método clássico com as novas tecnologias criam um novo processo de desenvolvimento de produtos baseado no paradigma "ver, desenhar, comprar" e na produção customizada "único". Desta problemática resulta a necessidade de avaliar se o Fabrico Digital Direto (FDD) poderá ser um complemento aos processos de fabrico tradicionais de calçado. A metodologia utilizada para encontrar uma solução para o problema será implementada em três fases sequenciais: (1) identificação e avaliação das potencialidades das tecnologias FDD nos diferentes componentes do sapato, (2) conceptualização dos modelos de fabrico centrados na complementaridade das tecnologias de fabrico convencional com as tecnologias FDD. (3) validação do modelo de fábrica na produção do modelo protótipo de calçado customizado. Da revisão de literatura, foram identificadas diferentes tecnologias, que permitem identificar de uma forma isolada os componentes produzidos, Este trabalho apresenta um contributo importante para o desenvolvimento da indústria do mercado do calçado em Portugal, em geral potenciando as pequenas e médias empresas deste sector por via do FDD. Existem, no entanto, determinados valores agregados no fabrico do sapato clássico que não deverão ser descurados, como por exemplo, a presença da mão humana. O desenvolvimento deste novo paradigma deverá ser acompanhado por uma análise cuidada da viabilidade técnica/económica que suporte a tomada de decisão quanto à adoção destas novas tecnologias.
- Tecnologias de Fabrico Aditivo em Produção de Alimentos - Caso de estudo | Alimentos para Idosos com DisfagiaPublication . Loureiro, Jónatas Domingos; Silva, Agostinho Manuel Antunes daO Fabrico Aditivo (FA) popularmente designada por "impressão 3D", emergiu, expandiu-se e amadureceu até uma fase em que proporciona enorme liberdade para conceber, fabricar e inovar em múltiplas aplicações e negócios. Independentemente do processo e materiais utilizados, a tecnologia de FA tem como princípio base a utilização de sistemas, normalmente robotizados, que adicionam camadas de materiais, umas sobre as outras, de onde resultam formas tridimensionais. No setor alimentar, pese embora ainda pouco disseminada, esta tecnologia é descrita nos meios académicos e industriais como de grande potencial, especialmente em nichos relacionados com alimentos personalizados em termos nutritivos, textura, forma, sabor, entre outros. A disfagia é um termo que se refere a um sintoma relacionado com qualquer alteração no ato de engolir que dificulte ou impeça a ingestão oral segura, eficiente e confortável. Esta, pode ocorrer em qualquer faixa etária, como consequência de várias condições médicas e até psíquicas. Trata-se de uma limitação que exige alimentos com características nutritivas e físico-mecânicas que possam ser deglutidos por pessoas com disfagia, utilizando a metodologia Design Science Research nesta investigação foram encontrados e validados potenciais blocos funcionais para um sistema de FA que permita fabricar alimentos adaptados a pessoas com esta doença. Uma vez desenhados os blocos funcionais, como validação do sistema optou-se por inquirir especialistas, os quais, validaram os blocos funcionais e reiteraram a o potencial do sistema na área da saúde alimentar das pessoas com disfagia.
- Methodologies for pre-processing polymeric filament for Direct Digital FabricationPublication . Silva, César Miguel Coitos da; Correia, Mário António Simões; Coelho, Paulo Jorge SimõesThe digital age presents alternatives to more traditional manufacturing concepts. One of the alternatives most adopted by the industry and society, in general, focuses on additive manufacturing, which has improved significantly over time, improving the user interface and optimizing parts construction times and quality. In this work is intended to study the impact of dehumidification pre-processing of the material at the Polylactic Acid (PLA) and Polyethylene Terephtalate Glycol (PETG), used in Fused Deposition Modeling (FDM). The results obtained in on the parts produced allowed to draw conclusions about impacts at an aesthetic level and at a mechanical level, and assess whether the pre-processing energy costs are justified, regarding the final quality of the produced part or improvements in their mechanical properties. Measurements of the weight were carried out on the printed pieces for the aesthetic experiments to compare the printed piece with dehumidified, non-dehumidified material, the Computer-Aided Design (CAD) part simulation and slicer software part simulation. The most significant results occurred in the aesthetic tests, as the differences are evident between the part printed with dehumidified material and the part printed with non-dehumidified material. The final weight of the pieces differs in all scenarios, where the lightest pieces are in the CAD software simulation, and heaviest parts are in the simulation of the slicer software. In the tensile tests, the non-dehumidified PLA material obtained better performance when compared to the PLA that was previously dehumidified for 6 hours. In the case of PETG, it was possible to identify the similar tensile strength between the previously dehumidified filament and the filament not previously dehumidified. To conclude the energy study revealed an overall consumption of approximately 0.32 kWh for the dehumidifier and printer set.
- Caracterização das propriedades mecânicas do Nylon 12CF utilizado no processo MEXPublication . Garcia, Pedro Emanuel Mateus Figueira; Rúben, Rui Miguel Barreiros; Vasco, Joel Oliveira Correia; Ramalho, Armando LopesPretende-se com este trabalho determinar as propriedades mecânicas de um material polimérico que contém 35% de fibras curtas de carbono, em peso. O material compósito Nylon 12 CF, comercializado pela Stratasys, é utilizado na tecnologia MEX (Material Extrusion), uma categoria dos processos de Fabrico Aditivo (FA). Este material de base polimérica, pela sua própria constituição já se apresenta como um material anisotrópico. O próprio processo de construção/deposição do filamento é ele também gerador de uma anisotropia nas peças produzidas. Pretende-se, através da técnica de excitação por impulso e ensaios mecânicos de tração e flexão em 3 pontos, a determinação das suas propriedades mecânicas. Para que se possam dimensionar corretamente peças produzidas por MEX, é necessário conhecer as propriedades ortotrópicas (nas 3 direções do referencial cartesiano) de forma a usar esses dados em métodos de simulação computacional. Foi ainda utilizada a Microtomografia Computorizada (Micro-CT) para obter diversas imagens 2D (raios-X) da peça e a utilização do método Otsu para a quantificação da porosidade. Os resultados obtidos pelas técnicas para caracterização de propriedades mecânicas, obtiveram significativa semelhança entre elas e com a literatura disponível. Os valores de porosidade obtidos encontram-se bastante distintos dos encontrados na literatura, podendose apontar como causa, a afetação da resolução do processo de Micro-CT pela digitalização de três provetes em simultâneo, o que obrigou a um afastamento do emissor de raios-X. O entendimento do comportamento mecânico de uma peça construída por MEX e por este tipo de material, permite que indústrias como a dos transportes, de máquinas e equipamentos industriais, indústria automóvel e quiçá, a indústria aeronáutica e aeroespacial à sua utilização em serviço.
- Caracterização de termoplásticos para a produção de implantes traqueobrônquicosPublication . Reis, Margarida Esteves; Almeida, Henrique de Amorim; Correia, Mário António SimõesAtualmente, devido a doenças e traumas como a estenose e a traqueomalácia, que levam ao colapso da traqueia dos pacientes, existe a constante necessidade de melhorar substancialmente a sua qualidade de vida. O fabrico aditivo é cada vez mais utilizado nas mais variadas indústrias incluindo a indústria médica e é utilizado para produzir dispositivos médicos tais como implantes. Assim, a incessante evolução das tecnologias de fabrico aditivo tem vindo a apresentar soluções sofisticadas e adaptadas às necessidades da população portadoras desta condição. Apesar da existência de vários implantes com vários tipos de materiais ainda existe uma taxa de insucesso e falta de informação que deve ser colmatada. Deste modo, o objetivo deste projeto passa pela caracterização de dois termoplásticos PLA e o ABS médico de modo a verificar se são adequados para projetar e produzir implantes traqueobrônquicos. A tecnologia de Modelação por Deposição Fundida (FDM) será também analisada, uma vez que o processo de fabricação e os parâmetros utilizados influenciam as propriedades mecânicas dos materiais. Os resultados demonstram que ambos os materiais são indicados para a produção de implantes traqueobrônquicos, contudo o PLA apresenta melhores propriedades mecânicas quando impressos através da fabricação aditiva.
- Digital Transformation in the Ornamental Stone Industry: Case Studies on Industry 4.0 and Digital TwinsPublication . Cremonini, Carlos Eduardo; Vasco, Joel Oliveira Correia; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteThe rapid evolution of Industry 4.0 technologies has ushered in a new era in manufacturing systems, with Digital Twins leading the way. These virtual replicas offer invaluable opportunities for simulating and optimizing new manufacturing processes, and their most transformative impact may lie in the creation of these digital models. This research unifies the main key concepts of four separate studies, all of which explore the application of Digital Twins in the ornamental stone industry. Industry 4.0 systems and their technologies have directly influenced the ornamental stone industry, addressing both the effects on mineral resources and energy consumption in daily operations. In addition, research and development initiatives seek to make this industry more efficient and sustainable, addressing crucial issues such as economic growth, environmental impact, and social welfare. The increasing digitization of manufacturing systems and their integration with digital models has played a key role in this process, enabling the replication of shop floor operations and the optimization of material use. The application of Digital Twins, which are virtual replicas of physical systems, has been explored in an ornamental stone manufacturing company. These digital models have demonstrated the ability to save time and resources during prototype design, as well as offering continuous diagnostics and optimization throughout production. It is important to note that the implementation of Digital Twins requires care due to technical challenges, but their adoption promises to significantly impact business value, despite the initial complexities. Managing stone cutting devices with Digital Twins presents real challenges in the ornamental stone industry, but it also paves the way for greater precision, efficiency, and cost savings. These digital models enable real-time monitoring, predictive maintenance, and virtual simulations. This study explores different approaches to connecting physical cutting machines to their respective Digital Twins, evaluating criteria such as communication speed, security, scalability, and cost. The results of this analysis provide valuable information for implementing Digital Twins in the stone cutting industry.
- Comparação do impacto ambiental entre fabricação convencional (CNC) e fabrico aditivo metálico (PBF)Publication . Gameiro, Hélder da Silva; Vasco, Joel Oliveira Correia; Oliveira, Nelson SimõesExistem vários métodos de produção de peças metálicas, no entanto na produção de peças para moldes de injeção de plásticos, a maquinação ainda é maioritariametne feita por controlo numérico computorizado (CNC). Com os desenvolvimentos feitos nos métodos de fabrico aditivo metálico por fusão em camada de pó (PBF), a sua entrada no mercado tem vindo a ser gradual, e o setor dos moldes não é excepção, mais concretamente para a produção de insertos moldantes. A sustentabilidade é cada vez mais um fator importante no desenvolvimento tecnológico, e os objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) definidos pela ONU em 2015 veêm evidenciar essa precocupação. O objetivo deste trabalho é analisar qual o método produtivo com menor impacto ambiental, através de uma análise de impacto de ciclo de vida (AICV). E com esta análise pretende-se mostrar para a comunidade científica e o sector industrial, se o fabrico aditivo è realmente ou não mais sustentável. Apesar de importantes, não serão considerados fatores económicos. Apesar de os resultados identificarem o método mais sustentável entre os casos de estudo, a diferença é pouco significativa. No entanto, existem vários fatores que foram identificados que determinam a sustentabilidade de um processo em relação ao outro.
- Sustainable deinking processes to recover post-industrial printed plastic filmsPublication . Pimenta, Fernando Bozzola; Gaspar, Marcelo Rudolfo Calvete; Oliveira, Nelson SimõesThe current commercial deinking technology uses non-bio-based surfactants and nonrenewable surfactants, which are harmful to the environment. Therefore, the main objective of current research is to develop an environmentally sustainable process for ink removal on printed post-industrial flexible plastic films using bio-based surfactants. This process focuses on obtaining a deinked plastic that may be reprinted, thus avoiding for inappropriate disposal or reprocessing problems. The value increase of upcycling such post-industrial waste makes it possible to match the quality of the virgin plastic, which is key to carrying out an effective cost analysis of recycled plastic when compared to the new plastic films. In this research, the use of aqueous bio-based surfactant solutions for plastic film deinking was analyzed and discussed, since these surfactants are more environmentally friendly. Dedicated laboratory deinking procedures were undertaken with transparent polyethylene films printed by flexography with different conditions. In the end, a dedicated design proposal for a prototype to industrially deink plastic films printed was presented and discussed.
- Tecnologias Digitais para o Desenvolvimento Sustentável: Um Polo de Inovação Digital para a Serra de Aire e CandeeirosPublication . Lopes, Marco Paulo Barbosa; Vasco, Joel Oliveira Correia; Silva, Agostinho Manuel Antunes daEste Projeto explora o alinhamento entre sustentabilidade ecológica e desenvolvimento económico na Serra de Aire e Candeeiros, utilizando a Service-Dominant Logic (S-D Logic) e a metodologia de Design Science Research (DSR) para desenvolver um modelo de Polo de Inovação Digital para a Economia Local (DIH@EL). Focado na cocriação de valor, trocas de serviços e integração de recursos, o modelo proposto visa estimular a inovação e o crescimento económico sustentável por meio de tecnologias digitais e colaboração entre Stakeholders. A validação, realizada através de uma simulação digital de uma unidade de processamento de pedra natural, evidenciou os benefícios de eficiência operacional, sustentabilidade e impacto económico, sugerindo um modelo replicável que promove atividades económicas sustentáveis e inclusão social. Apesar das limitações, como o foco geográfico e na indústria da pedra natural, este trabalho oferece contribuições importantes para políticas públicas, incentivando investimentos em infraestruturas de inovação. Sugere-se que pesquisas futuras expandam o projeto para outras indústrias e contextos, ampliando o impacto do modelo DIH@EL.
- Caracterização das Propriedades Mecânicas de PLA Reforçado com Manta de Fibras de LinhoPublication . Silva, Joana Manuela da; Ruben, Rui Miguel Barreiros; Correia, Mário António SimõesNeste estudo, foram produzidos provetes em resina bio por vazamento sob vácuo em molde de silicone, com o objetivo de entender o modo de processamento e o comportamento dessa resina. Além disso, foram fabricados provetes de PLA- Poli(ácido lático por FDM (Fused Deposition Modelling) em diferentes orientações de construção. Uma parte desses provetes de PLA foi posteriormente reforçada por laminação manual com manta de fibra de linho e resina bio, criando um compósito do tipo sanduíche. As propriedades mecânicas dos provetes foram avaliadas por meio de ensaios de tração e flexão a 3 pontos. Os resultados destacaram a importância da orientação de construção no processo de fabricação de peças por FDM. No entanto, observou-se uma redução desse impacto com a aplicação de fibras. Quanto à utilização da resina bio para vazamento em moldes de silicone sob vácuo, o modo de processamento foi validado. No entanto, os resultados das propriedades mecânicas obtidas foram diferentes dos mencionados na ficha técnica do material. A fácil adesão da manta de fibra de linho com resina bio ao PLA, bem como o comportamento do compósito resultante, validou a viabilidade desse tipo de reforço em peças construídas por FDM. Essa combinação pode abrir caminho para produtos mais robustos e sustentáveis