Conceção e Implementação de um Sistema de Deposição Multifuncional para Fabrico Aditivo em Minerais

Ganchas, Mafalda Rosa

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Conceção e Implementação de um Sistema de Deposição Multifuncional para Fabrico Aditivo em Minerais

2025-11-10Master thesis

datacite.subject.fos	Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica
dc.contributor.advisor	Silva, Agostinho Manuel Antunes da
dc.contributor.advisor	Craveiro, Flávio Gabriel da Silva
dc.contributor.author	Ganchas, Mafalda Rosa
dc.date.accessioned	2025-12-22T13:05:00Z
dc.date.available	2025-12-22T13:05:00Z
dc.date.issued	2025-11-10
dc.description.abstract	O 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.	por
dc.description.abstract	This dissertation presents the design and development of a mixing chamber and a focusing nozzle for depositing cementitious materials in digital manufacturing platforms, with emphasis on resource sustainability and integration into hybrid additive–subtractive systems. Additive manufacturing (AM), or 3D printing, has been transforming construction and other industries by enabling the production of complex, customized components with reduced material waste. However, applying this technology to mineral-based materials still poses challenges, particularly regarding rheological compatibility, in-line mixing efficiency, and extrusion robustness. Following the Design Science Research (DSR) methodology, the study adopted an iterative process comprising problem identification, objective definition, solution design, computational demonstration, and experimental validation. The proposed artefact—a passive mixing chamber combined with a modular focusing nozzle—was conceived to ensure material homogeneity, enable flexible integration with hybrid equipment, and optimize deposition in digital manufacturing processes. Validation involved Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, which confirmed the effectiveness of the geometry in generating suitable mixing patterns for non-Newtonian cementitious pastes. Prototyping and laboratory testing further demonstrated the injector’s compatibility with hybrid systems (CNC + M-Tec Duo-Mix 3DCP). Results highlighted improvements in mixing performance, functional adaptability, and process sustainability. Overall, the developed artefact constitutes an innovative contribution to advancing digital manufacturing with mineral-based materials, addressing key gaps in the literature and creating new opportunities for industrial applications. In addition, the study reinforces the value of DSR as a methodology for producing applicable knowledge, offering theoretical, practical, and methodological contributions to the field of sustainable digital manufacturing.	eng
dc.identifier.tid	204092485
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.8/15180
dc.language.iso	por
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject	Fabrico aditivo
dc.subject	Recursos Minerais
dc.subject	Materiais cimentícios
dc.subject	Reologia
dc.subject	Fabrico híbrido
dc.title	Conceção e Implementação de um Sistema de Deposição Multifuncional para Fabrico Aditivo em Minerais
dc.type	master thesis
dspace.entity.type	Publication
thesis.degree.name	Mestrado em Engenharia para Fabricação Digital Direta