ESTG - Mestrado em Engenharia da Conceção e Desenvolvimento de Produto
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- MATERIAIS SUSTENTÁVEIS PARA ISOLAMENTO TÉRMICO E ACÚSTICO DE ESPAÇOS INTERIORESPublication . Peixinho, Ana do Bem d´Eça; Gaspar, Florindo José Mendes; Simões, Fábio Jorge PereiraA gestão dos resíduos agroindustriais representa uma preocupação global, envolvendo desafios ambientais e sociais. Este estudo tem como principal objetivo o desenvolvimento de materiais derivados de subprodutos agroindustriais. Foram utilizados resíduos como a serradura de madeira, juntamente com pó de pedra da indústria local, na produção de materiais compósitos para o setor da construção civil e do fabrico aditivo, com foco na promoção de uma economia circular. Para a produção das placas de isolamento térmico foram utilizadas aparas de madeira (MC) e silicato de sódio (SS) como aglomerante, com proporções de MC/SS entre 0.8 e 1.14. O foco principal é avaliar as propriedades térmicas das placas, especialmente a condutibilidade térmica, juntamente com a sua massa volúmica e resistência mecânica à flexão. A análise da condutibilidade térmica revelou que os valores das placas, entre 0.060 e 0.072 W/m.K., atendem aos critérios para serem considerados eficazes. No âmbito do fabrico aditivo, foram testadas diversas formulações com base em partículas de madeira, silicato de sódio e carbonato de cálcio para a fabricação de painéis decorativos para interiores. Foi determinado o limite mínimo de aglomerante e analisada a influência da granulometria e da massa das partículas de madeira, assim como o efeito do carbonato de cálcio como filler. As formulações com um rácio FM/SS de 0,08 e rácio CC/SS entre 0,16 e 0,24 apresentaram sucesso na extrudabilidade, sendo possível obter uma peça com um espalhamento que ronda os 0,4 e 4,1 % e uma resistência mecânica entre 1,8 e os 3,0 MPa. Nos ensaios realizados com serradura não foi possível obter casos de estudo dado que nenhuma da pasta apresentou um comportamento e extrusão uniforme ao longo das camadas.
- Robot Gripper Technologies For Stiff Fabric PadsPublication . Kumar, Vivek; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Coelho, Paulo Jorge SimõesThe project involves identifying, developing, and characterising robot gripper technologies for a specific material and its application. The target part is made of compressed non-woven polymer fabric material. It is used for its acoustic properties in the automotive industry, in the form of small pads that are subjected to over-moulding via plastic injection. The defining properties of the material are its porosity and rough texture due to the fibrous structure; but unlike textiles sheets, it is rigid and maintains its shape. These features pose a challenge to automate its handling process which is currently done manually in the industry. A survey was conducted for both commercially available grippers and scholarly descriptions of the respective technologies. This was done in two distinct ways, namely, first through a hunt for an exhaustive list of techniques and secondly, with a systematic literature review to assess the latest advancements. The applicable methods found were classified by their underlying principles into five groups: pneumatic-based, intrusive mechanisms, surface attraction, mechanical grabbing, and hybrid technologies. Next, a structured investigation ensued from which a handful of articles were obtained. These reports of recently developed techniques and optimization strategies, including the use of sensors and predictive simulations, are discussed in detail. The second phase of the project was the construction and testing of simplified prototypes. Gripper models using vacuum suction cups, high airflow vacuum, Bernoulli ejectors, needle penetration, Velcro, adhesive tapes, cryogenics, mechanical friction, and electro-adhesion were designed and fabricated. Multiple parameters and configurations were examined in relation to each technique. Primarily, the grip strength in both the normal and the shear directions were quantified using a standard procedure and a custom force measurement system. This included an industrial robot on which the grippers were mounted and then used to pull the fabric pad until it disengaged. The average maximum force data were used to compare the grippers, along with any damage that was caused to the pad during the tests. Overall, this study provides descriptions of applicable technologies and optimization methods that are available to engineers. Benchmarking grip strength data for some of the mechanisms are presented as well. Thus, it lays the foundation for future developments which may use the test results to gauge the capabilities of various grippers.
- Eco Efficiency production and environmental impact of pallets based on different materialsPublication . Pulgar, Alejandro Jose Bermudez; Oliveira, Nelson SimõesPallets made of polymer, metal, and composite materials compete in the global supply chain in accordance with the idea of sustainable development. The supply chain needs pallets that meet specific requirements, such as size, maximum load capacity, durability (lifespan), cost, and additional details are needed about their effects on the environment. Stringer and block pallets, for example, can be arranged in a variety of ways in terms of number, width, and spacing, where the best choice is made by suppliers, distributors, and retailers. A life cycle assessment of pallets, inventory data, goals, and system boundaries were found in 15 publications as result of a systematic and previous review of the literature. Pallets “cradle to grave” process were studied and analyzed using GaBi software integrated with Ecoinvent database to evaluate the environmental footprint (through six environmental impact categories). A CLCA (Consequential Life Cycle Assessment) was employed due to the limited data used in many life cycle phases and the avoidance of allocation through system expansion or substitution. Finally, it was estimated the environmental impact of the product's production and utilization. The impact can vary depending on the type of pallet (material) due to utilization and obtaining (raw material), for instance, a waste plastic pallet is greener than a pallet made of virgin plastic (due to the production of plastic). The eco-impact of a wooden pallet is considerable, however, other alternatives such as, waste plastic and composite pallet appear in specifics industries. And the production of metal pallet has an important eco-impact and limited use, although can be used several cycles, recycled, and reused.
- Sistema de Porta de Fole OrigamiPublication . Faria, Mariana Oliveira; Simões, Fábio Jorge Pereira; Barreiros, Fátima Maria CarvalhinhasO presente relatório é o resultado de um estágio curricular na MOVECHO S.A, empresa especializada em mobiliário e design de espaços, que decorreu no âmbito do curso de mestrado em Product Design Engineering, entre setembro de 2021 e junho de 2022. O objetivo do estágio é desenvolver um sistema de abertura de porta de fole origami, aliado à visão da empresa luso-suíça e que seja projetado para todo o tipo de utilizador. O relatório também aborda um estudo de caso sobre os métodos de produção utilizados pela empresa, essencial para a criação deste novo sistema de abertura. Neste sentido, vai ser destacado o projeto das portas de fole origami, planeadas para se inserirem em vários produtos em que a sua aplicação seja possível. Um mapa de conceitos foi o ponto de partida da ideia de criação de umas portas diferentes das existentes no mercado e ao longo do relatório estas foram desenvolvidas para se inserirem num aparador. Esta escolha deveu-se ao facto de o tamanho das portas deste tipo de móvel ser de dimensões mais reduzidas do que o de umas portas para divisão de ambientes, resultando em custos baixos para testagem do protótipo e menores gastos em recursos e matérias-primas necessárias para comprovar o funcionamento do sistema de abertura em fole Origami. Após a realização do protótipo, totalmente concebido nas instalações da MOVECHO S.A, foi possível verificar que o novo sistema de abertura em Fole Origami funciona. Apesar de as portas terem ficado um pouco pesadas estas deslizam bem nos perfis e não necessitam de muito esforço físico para serem abertas, indo assim ao encontro de fatores que são relevantes para quem procura este tipo de produto. Como se pretende que as portas também sejam aplicadas para fazerem a divisão de ambientes, não restringindo a sua aplicação a apenas móveis, neste relatório também foram demonstrados, através de desenhos técnicos, os componentes necessários para que esta adaptação seja possível, contudo não foi testada.
- DESENVOLVIMENTO DE CALÇADO ADAPTÁVEL A VÁRIOS NÍVEIS DE CONFORTOPublication . Silva, Célia Rosa Marques; Vasco, Joel Oliveira Correia; Capela, Carlos Alexandre BentoNo final do século passado, no setor do calçado, o paradigma da produção em massa foi alterado para um caminho de customização em massa em que o consumidor final tem um papel ativo no design. Neste século XXI as tecnologias inerentes à 4ª revolução industrial assim o permitem e potenciam esta dinâmica. Conscientes desta realidade as indústrias de calçado traçam uma estratégia de desenvolvimento de produtos dirigidos ao individuo com vista à realização dos seus desejos, sendo que o conforto do calçado é um dos mais prementes. Neste trabalho é realizado um estudo de um dos aspetos mais importantes do conforto do pé no sapato: o conforto da planta do pé, o que remete para os componentes palmilha e entressola do sapato. A biodinâmica e fisiologia do pé são estudadas e as zonas da planta do pé que são críticas em termos de necessidade de conforto são definidas. É desenvolvida uma geometria de uma entressola a caber dentro de uma sola pré-existente devidamente escolhida e modificada para o efeito. São selecionadas diversas estruturas lattice que darão origem a corpos de prova que serão fabricados por tecnologias SLA, Polyjet® e LSPc. A tecnologia LSPc é selecionada, bem como 3 tipologias de estruturas lattice que são impressas e sujeitas a testes mecânicos realizados no Centro Tecnológico do Calçado de Portugal (CTCP) para aferir as propriedades de amortecimento. Tendo como base os resultados dos testes a entressola é preenchida com as 3 tipologias de lattices devidamente distribuídas pelas zonas pré-definidas. A entressola é fabricada por tecnologia LSPc e são aferidos os custos. São retiradas conclusões acerca da viabilidade técnica e financeira do projeto.
- Computational Case Study to Examine the Deficiencies of NNPB Plunger Production Processes in the Glass IndustryPublication . Pattanashetty, Vrushabha Sachidanand; Matias, João Manuel
- Desenvolvimento de equipamento LASER multifuncional para processos de fabrico aditivos e subtrativosPublication . Costa, Alexandre Xavier de Britto; Vasco, Joel Oliveira Correia; Capela, Carlos Alexandre BentoEste trabalho consiste da junção de várias áreas relacionadas com a tecnologia LASER cujo tema atualmente tem relevante importância nas mais variadas indústrias, laboratórios, área médica, militar, meios académicos entre outros. O conceito básico para desenvolvimento deste projeto centra-se nas seguintes capacidades em simultâneo de um único equipamento que seja capaz de realizar, gravação de peças plásticas/metálicas, corte de chapas metálicas de fina espessura, compreendidas na ordem de 0.01 a 0.15 mm e adição de material metálico e plástico através de câmara de pós utilizando o recurso de camada a camada, com granulometrias na ordem dos 30 μm. Em suma, materiais que respondam ao comprimento de onda 1064 nm. No desenvolvimento do equipamento proposto foram realizadas pesquisas quanto ao princípio básico desta tecnologia, os tipos de LASER como CO2, ND:YAG, YTTERBIUM (Fibra) entre outros e suas respetivas características bem como as aplicações mais adequadas para cada tipologia apresentada em estudo. Este estudo conflui propositadamente para os LASER de Fibra dada a sua fácil utilização, não sendo necessários módulos externos de refrigeração para a fonte de geração do LASER. São mencionados os diferentes tipos de disparo (Pulsed / Continows wave) e respetivas características como comprimento de onda gerados, potências, frequências e velocidades de varrimento. Nele serão também mencionadas as capacidades do processo, vantagens desta escolha, bem como exemplos práticos desta tecnologia nas mais variadas áreas, e descritivo do desenvolvimento de todas as tarefas de construção do equipamento.
- Desenvolvimento e construção de um macroperfurador de manutenção rápidaPublication . Silvestre, João Miguel da Silva; Batista, Fernando da Conceição; Sousa, Carlos Manuel Pereira Costa eA macroperfuração dos filmes plásticos é um processo de perfuração mecânica que consiste na realização de perfurações de diferentes tamanhos e formatos no filme de plástico, consoante a necessidade do produto final. Estes filmes perfurados são amplamente utilizados em várias indústrias, incluindo a indústria alimentar e agrícola. Na última década foram desenvolvidos vários equipamentos de perfuração de forma a aumentar a precisão dos furos e o rendimento da produção dos perfuradores. No entanto, para maximizar a eficiência das tarefas e estender o período de vida útil das ferramentas de corte, é necessário efetuar diversas paragens que originam altas quebras de produtividade. O principal objetivo deste projeto é o desenvolvimento e construção de um macroperfurador capaz de reduzir as quebras de produtividade resultantes das paragens referentes à manutenção das ferramentas de corte e, desta forma, suprimir as necessidades sentidas na área da perfuração de bobines de filme plástico. Para o efeito, realizou-se um inquérito aos utilizadores, sendo o conceito do sistema revolver idealizado e analisado com vários modelos de protótipo. Após validação do protótipo e do sistema revolver, o novo equipamento foi desenvolvido com 1400 mm de zona útil para demonstração numa feira na Alemanha. As principais modificações realizadas em comparação ao modelo tradicional predem-se com a inversão da passagem do filme, as duas estações de trabalho intermutáveis, e o novo sistema de afinação de ferramentas. Este novo equipamento permite a manutenção de um conjunto de ferramentas enquanto o outro está a perfurar os filmes de plástico, evitando-se assim as quebras de produção associadas a este procedimento. Para além de permitir a manutenção e afinação das ferramentas de forma fácil e rápida, o desenvolvimento deste novo modelo garante ainda a rigidez da máquina e a redução de operários envolvidos em todo o processo de manutenção. Assim sendo, os objetivos do projeto foram concluídos com sucesso, pois o macroperfurador revolver desenvolvido permite aumentar a produção e rentabilidade do equipamento. No futuro, iremos construir macroperfuradores com zonas úteis maiores, uma vez que estes apresentam maior tempo de afinação/manutenção.
- Avaliação do Desempenho Mecânico de Materiais para Elementos Moldantes de Moldes Híbridos Produzidos por Tecnologias de Fabrico AditivoPublication . Dias, Humberto Ponce Gonçalves; Martinho, Pedro Miguel Gonçalves; Mateus, Artur Jorge dos SantosNo processo de infiltração para a produção de um postiço com canais conformáveis para moldes híbridos a ser utilizado na moldação por injeção, analisaram-se as tentativas de infiltração de cobre e bronze em provetes produzidos pela tecnologia de fabrico aditivo de deposição digital seletiva de pó (DDSP). Como pó da matriz base foram utilizados dois materiais: um aço inoxidável, o 16316D.04, e uma liga sem crômio em sua composição (W722). As tentativas de infiltração ocorreram em forno com atmosfera controlada, neste caso foram testadas atmosferas de hidrogénio e argônio, e em forno sem atmosfera controla, neste caso foram utilizados eléctrodos de grafite para minimizar a oxidação nos materiais e foram testadas 3 disposições dos materiais no interior do forno. Tanto um forno quanto outro, foram testadas diferentes temperaturas e tempos até que fosse obtida estabilidade no processo de infiltração. Após esta estabilização, foram produzidos provetes que passaram por ensaios de dureza e tração. Por fim, com os resultados avaliados, realizou-se a infiltração de bronze para a produção do postiço.
- Production of Injection Moulding Plastic Parts with Specific Technical CharacteristicsPublication . Costa, André Antão; Martinho, Pedro Miguel Gonçalves; Mateus, Artur Jorge dos SantosAo longo dos últimos anos os produtos de consumo dispuseram um enorme crescimento. Resultado da melhoria dos materiais, produtos, e processos para alcançar a qualidade do produto, a redução de custos, e ainda a satisfação do cliente. O processo de moldação aparenta ser simples, porém, prever a qualidade da peça final é muito complexo. O que é mais evidente através dos elevados requisitos dimensionais, de forma e de superfície. Paralelamente, o aparecimento de conceitos como a economia circular, resultou na investigação de novas possibilidades na reciclagem de plásticos após o seu fim de vida útil. Para atingir este objetivo, é fundamental compreender como as propriedades dos materiais variam após a reciclagem. Assim sendo, o presente trabalho consiste no desenvolvimento de três casos de estudo, para responder aos problemas apresentados. Primeiramente, foi elaborado um caso de estudo laboratorial com o objetivo de avaliar a forma como a variação de espessura na peça e o aparecimento de linhas de soldadura terão impacto na qualidade da peça. Para o efeito, inicialmente recorreu-se ao software CAE Moldex3D e, posteriormente procurou-se reduzir defeitos com a introdução de agentes expansores, estudando o seu impacto através de ensaios experimentais. Os resultados obtidos mostram que a utilização de um agente de expansor químico resultou na redução da massa, qualidade de acabamento superficial, e tempo de ciclo. Com estes resultados formou-se um caso de estudo industrial com objetivos similares ao anterior. Neste caso a variação de espessura e aparecimento de linhas de soldadura foram mitigadas por recurso de tecnologias RHCM (Rapid Heat and Cooling Moulding) e canais conformais. Novamente, numa primeira instância, foram realizados estudos numéricos e, depois foram realizados ensaios experimentais. Os resultados alcançados mostram que o uso de RHCM tem impacto positivo tanto nos parâmetros do processo como na qualidade final da peça. Foi ainda realizado um estudo de reciclagem que avalia as propriedades térmicas e mecânicas de quatro termoplásticos, dois amorfos e dois semi-cristalinos, ao longo de três ciclos de processamento. Os resultados mostram que os materiais amorfos utilizados não sofrem modificações significativas nas suas propriedades, mas exibem alterações nas suas características óticas. Os materiais semi-cristalinos apresentam algumas modificações, nomeadamente o polietileno tereftalato (PET) é o material com maiores alterações, tanto na sua fluidez como nas suas propriedades mecânicas.