ESTG - Mestrado em Engenharia para a Fabricação Digital Direta
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- Aplicação de OPC UA e Asset Administration Shell na adaptação de um equipamento CNC à indústria 4.0Publication . Sousa, Pedro Rafael Marques de; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Correia, Mário António SimõesA aplicação de novas tecnologias como, por exemplo, Gémeos Digitais e Sistemas Cíber-Físicos, no setor industrial, desencadeou a 4ª Revolução Industrial, também designada por Indústria 4.0. Para padronizar a aplicação dos sistemas da indústria 4.0, surgiu a Arquitetura de Referência do Modelo Indústria 4.0 (RAMI4.0) que indica a utilização das tecnologias Open Platform Communication Unified Architecture (OPC UA) e Asset Administration Shell (AAS). O projeto apresentado neste relatório consistiu em desenvolver um sistema de controlo e aquisição de dados, baseado nas tecnologias EdingCNC, OPC UA e AAS e no conceito Plug&Produce, que foi aplicado à fresadora CNC ProLIGHT1000 presente na ESTG. Criou-se em C++ uma classe que declara vários métodos abstratos para representar um controlador CNC genérico, da qual foi derivada uma classe específica para os controladores EdingCNC que define esses métodos recorrendo às funções da API do respetivo software de controlo. Desenvolveu-se um servidor OPC UA e modelou-se o seu address space para descrever a ProLIGHT1000. Neste servidor OPC UA incluíram-se as bibliotecas que compõem a API do EdingCNC, o que permitiu criar uma solução de código para controlar e monitorizar esse equipamento CNC. Através dos softwares AASX Package Explorer e AASX Server, criou-se uma AAS que descreve a ProLIGHT1000 e que foi conectada ao servidor OPC UA. Esta AAS é o modelo virtual padronizado deste equipamento CNC e serve para o adaptar aos sistemas de informação da indústria 4.0, de acordo com o RAMI4.0. O funcionamento deste servidor OPC UA foi testado através do software UAModeler e também se verificou a sua correta interação tanto com a AAS construída quanto com a máquina, através do software EdingCNC. O resultado obtido deste trabalho foi que a monitorização e controlo deste equipamento CNC, que antes era feita apenas no computador local através do EdingCNC, passou a ser feita numa rede IP através de um servidor OPC UA e cliente(s) OPC UA, recorrendo à chamada de métodos de uma classe genérica comum. Por fim, demonstrou-se a aplicação de uma AAS e o estabelecimento da sua conexão ao servidor OPC UA.
- 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
- 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.
- 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.