ESTG - Mestrado em Engenharia para a Fabricação Digital Direta
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- Comparação da produção de uma ortótese através de processos de Estereolitografia (SLA), Processamento de Luz Digital (DLP) e MultiJet Printing (MJP)Publication . Ramalho, Joana Filipa Esteves; Vasco, Joel Oliveira Correia; Almeida, Henrique de AmorimO fabrico aditivo, atualmente, encontra-se bastante presente na área médica, utilizado para produzir dispositivos médicos como implantes, próteses e ortóteses. No âmbito das ortóteses, a produção personalizada é promissora pois poderá melhorar a qualidade de vida das pessoas e reduzir desconforto, para além de que as tecnologias de impressão 3D a baixo custo permitem melhorar a estética e a forma de utilização. Estas tecnologias são utilizadas na fase do processo de criação das ortóteses. Numa primeira fase é utilizada o processo de engenharia inversa de forma a digitalizar o segmento corporal, o antebraço e utilizam-se softwares de modelação 3D para processar a superfície. Por fim, o modelo é impresso através das tecnologias pretendidas. Este trabalho baseia-se na comparação de três tecnologias de impressão para o fabrico de uma ortótese de pulso, Estereolitografia, Processamento de Luz Digital e Multijet Printing. Para tal, foi desenvolvido um modelo 3D de referência e selecionados diferentes materiais de impressão, avaliados quanto a parâmetros técnicos e práticos como custos de produção, propriedades mecânicas, disponibilidade e adequação a aplicações médicas. Os resultados obtidos pela ferramenta multicritério AHP mostram que a tecnologia vencedora é o DLP, por apresentar melhor equilíbrio entre qualidade de impressão e desempenho mecânico. O PRO-BLK 10 destacou-se no cenário sem necessidade de biocompatibilidade, o Rigid White adequou-se no cenário com biocompatibilidade, garantindo segurança clínica. Por simulações estruturais no SolidWorks Simulation, a espessura de 3.25mm revelou-se mais eficiente para a produção da ortótese.
- Conceção e Implementação de um Sistema de Deposição Multifuncional para Fabrico Aditivo em MineraisPublication . Ganchas, Mafalda Rosa; Silva, Agostinho Manuel Antunes da; Craveiro, Flávio Gabriel da SilvaO presente trabalho tem como objetivo a conceção e desenvolvimento de uma câmara de mistura e de um tubo focalizador destinados à deposição de materiais cimentícios em plataformas de fabrico digital, com enfoque na sustentabilidade dos recursos e na integração em sistemas híbridos de fabrico aditivo e subtrativo. O fabrico aditivo (FA), ou impressão 3D, tem vindo a transformar o setor da construção e outras indústrias, permitindo a produção de componentes complexos e personalizados com menor desperdício de material. Contudo, a sua aplicação a materiais minerais continua a levantar desafios técnicos, sobretudo ao nível da compatibilidade reológica, da eficiência da mistura em linha e da robustez dos sistemas de extrusão. A investigação foi conduzida segundo a metodologia Design Science Research (DSR), através de um processo iterativo que abrangeu a identificação da problemática, a definição de objetivos específicos, a conceção da solução, a demonstração computacional e a validação experimental. O artefacto desenvolvido — constituído por uma câmara de mistura passiva e um tubo focalizador modular — foi projetado para garantir homogeneidade dos materiais, flexibilidade de integração com equipamentos híbridos e otimização da deposição em processos de fabrico digital. A validação envolveu simulações de Computational Fluid Dynamics (CFD), que confirmaram a eficácia da geometria em gerar padrões de mistura adequados a pastas cimentícias com comportamento não newtoniano. Posteriormente, a prototipagem e os ensaios laboratoriais permitiram avaliar a compatibilidade do injetor com sistemas híbridos (CNC, Controlo Numérico Computorizado, + M-Tec Duo-Mix 3DCP). Os resultados demonstraram a viabilidade técnica da solução, evidenciando ganhos de desempenho na mistura, maior adaptabilidade funcional e melhorias na sustentabilidade do processo. Conclui-se que o artefacto desenvolvido constitui um contributo inovador para o fabrico digital com materiais minerais, colmatando lacunas identificadas na literatura e abrindo novas perspetivas de aplicação industrial. Adicionalmente, o estudo reforça o valor da DSR como metodologia de investigação orientada para a criação de conhecimento aplicável, com contributos de natureza teórica, prática e metodológica.
- Augmented Reality for Maintenance Help of Optometry EquipmentPublication . Pinção, Fernando Sismeiro de Sousa; Almeida, Henrique de Amorim; Marto, Anabela Gonçalves RodriguesAs in other areas of medicine and industry, optometry makes use of a vast array of equipment, which professionals are able to operate. The equipment used in this research needs maintenance and calibration during time, which could require the assistance of professionals in the area. In this scope, the present document was developed in way to evaluate the applicability of Augmented Reality tools as an assistant to optometry professionals to reduce the difficulty of calibration. The objective was based on previous works by other researchers, as well as essays carried out directly with the equipment properly said. During the investigation, there were performed two cases of study using Augmented Reality applications. On the first case of study, the use of paper manual was compared to the technology with and without overlapping for the identification of parts in the equipment. In the second case of study, however, both instruction systems were evaluated in terms of efficiency for assembly instructions and memory. The essays, performed by participants of ages from 17 to 70 years old, revealed that Augmented Reality presents an improvement in parts recognition, assembly and tasks memorization.
- Indústria 4.0 aplicada ao Comissionamento de MoldesPublication . Jorge, Luís Manuel Mateus; Vasco, Joel Oliveira Correia; Reis, Gustavo Miguel Jorge dosAtualmente, assiste-se a um grande desenvolvimento dos processos de fabrico aditivo e ao seu uso para a obtenção de peças plásticas. No entanto, a necessidade de produzir em massa peças de elevado rigor dimensional, com geometrias complexas e a baixo custo continua a fazer da moldação por injeção a tecnologia de processamento de polímeros termoplásticos mais utilizada na indústria. A crescente exigência dos mercados e a evolução dos processos produtivos têm contribuído para a elevada complexidade dos produtos plásticos obtidos por moldação por injeção, resultando, como consequência, num aumento da complexidade dos sistemas integrados nos moldes que produzem esses produtos. Um molde complexo é composto por centenas de peças ou componentes, e a sua montagem ou desmontagem exige uma análise detalhada de todos os seus constituintes, bem como um conhecimento aprofundado dos sistemas incorporados e da cinemática do seu funcionamento. As operações de montagem, desmontagem e manutenção de moldes complexos, durante o seu normal funcionamento, implicam tempos de paragem significativos e requerem operadores altamente qualificados, com conhecimentos técnicos especializados sobre o molde em questão, para garantir a sua qualidade ao longo do ciclo de vida. Este projeto propõe o desenvolvimento de uma aplicação da Realidade Aumentada aplicada ao comissionamento de moldes, utilizando o método Design Science Research. O objetivo é demonstrar de que forma a Realidade Aumentada pode contribui para a utilização e manutenção eficiente de moldes complexos no contexto da indústria de moldação por injeção, reduzindo a lacuna de conhecimento entre o fabricante do molde e os operadores responsáveis pela manipulação do molde no Moldador, nomeadamente nas operações de inspeção e manutenção. Os resultados dos testes end-to-end realizados, com o objetivo de verificar e validar o comportamento do sistema de Realidade Aumentada desenvolvido como um todo, demonstra que os objetivos propostos foram alcançados e que os desafios identificados foram superados.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.