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PLANEJAMENTO DE PROCESSO PARA TECNOLOGIAS DE AM, ETAPAS DO PROCESSO E DO…
PLANEJAMENTO DE PROCESSO PARA TECNOLOGIAS DE AM
CARACTERISTICAS GERAIS DAS PEÇAS QUE SÃO INERENTES A TECNOLOGIA AM
EFEITO DEGRAU DE ESCADA
Uma característica inerente ao processo de construção em camadas, independente da espessura das camadas depositadas, é o efeito degrau de escada, que pode ser entendido como um desvio entre a geometria CAD 3D do modelo e a que será obtida fisicamente pela adição das camadas
Esse efeito aparece em todas as superfícies inclinadas em relação ao eixo de construção (eixo Z), sejam elas planas ou não planas
DESVIO E ERROS DIMENSIONAIS NA DIREÇÃO Z
Toda peça fabricada por AM terá desvios dimensionais a direção Z que, em grande parte, se devem ao simples fato de a altura da peça (ou detalhes desta) não ser exatamente um múltiplo da espessura de camada empregada no processo de construção
ANISOTROPIA DO MATERIAL
A anisotropia é dependente da tecnologia, sendo algumas mais afetadas que outras
O material final obtido por AM apresenta anisotropia nas suas propriedades mecânicas, pelo fato de a fabricação ser realizada por adição de camadas e também por existirem, em alguns casos, direções preferenciais de processamento da camada no plano XY
BASE E ESTRUTURAS DE SUPORTE
As tecnologias AM necessitam depositar material adicional, além do volume da peça, para atuar como base e/ou estruturas de suporte
A base tem como função principal ficar a peça na plataforma de construção, impedindo que essa se mova durante a fabricação
As estruturas de suporte, são construídas para permitir a fabricação de regiões da peça que, durante o processo, estejam suspensas, desconectadas temporariamente do corpo da peça ou que contenham superfícies negativas (menores que 90° em relação ao plano XY), com inclinação menor que o ângulo de autossuporte.
PLANEJAMENTO DA TRAJETÓRIA DE CONTORNO E/OU PREENCHIMENTO (6°)
Uma vez identificado o sentido de cada polígono de uma camada, inicia-se o planejamento da trajetória de contorno e/ou preenchimento das regiões com material. Essa etapa do planejamento implica definir a trajetória para formar uma camada da peça. Essas trajetórias são necessárias também para delimitar as estruturas de suporte, quando são necessárias
Trajetórias de contorno (outline) são aquelas que delimitam as superfícies externas (visíveis) da peça
As trajetórias de preenchimento são planejadas para processar o material dentro dos limites dos contornos
SISTEMAS DE PLANEJAMENTO DE PROCESSO (CAM) PARA AM (7°)
Todas essas etapas do planejamento vistas até agora são realizadas por softwares de planejamento de processo para tecnologia AM
Em tecnologias AM comerciais, esses sistemas são proprietários e específicos para cada tecnologia. Dessa forma, as informações de processo geradas são armazenadas em formatos específicos, e o sistema de controle do equipamento está preparado para somente executar os dados nesse formato específico
FABRICAÇÃO DA PEÇA NO EQUIPAMENTO DE AM (8°)
Após o planejamento de processo, a próxima etapa é a fabricação da pega na máquina de AM. Esta é geralmente automática e desassistida, necessitando da interferência do operador somente no início do processo e durante o setup da máquina
Assim, é comum deixar pegas sendo fabricadas durante a noite para um melhor aproveitamento do tempo dos equipamentos
PÓS-PROCESSAMENTO
É definido como uma etapa adicional necessária em cada tecnologia para se ter a peça fabricada com a qualidade final desejada, atendendo aos requisitos de aplicação pretendida
O pós-processamento pode envolver desde ações manuais, bastante dependentes de um operador, até a passagem por equipamentos e processos adicionais, como fornos, usinagem, entre outros
Os processos requeridos variam bastante com a tecnologia e o material utilizado e podem abranger
ETAPAS DO PROCESSO E DO PLANEJAMENTO DE PROCESSO
APLICAÇÃO DE FATOR DE ESCALA (3°)
A contração do material está presente em grande parte dos processos de AM, principalmente pelo seu resfriamento posterior ao processamento e variações dimensionais também podem existir. Dessa forma, é necessário considerar esses efeitos por meio da aplicação de um fator de escala de correção no modelo 3D para que as dimensões finais da peça sejam as mais próximas possíveis das nominais projetadas
A definição do fator de escala a ser aplicado depende, geralmente, de um processo de calibragem, ou seja, um processo experimental determina a contração geral do material, sendo então obtido um fator médio para cada eixo
ORIENTAÇÃO PARA FABRICAÇÃO (1°)
Essa primeira etapa do planejamento de processo consiste em decidir como a peça a ser fabricada será orientada em relação ao eixo principal de fabricação, ou seja, na direção Z
Por meio da orientação, pode-se definir quais regiões ou detalhes da peça serão mais ou menos afetados pelo efeito degrau de escada e pela anisotropia, ou terão maior ou menor precisão dimensional ou qualidade na reprodução dos pequenos detalhes
A orientação determina o número de camadas e a quantidade de material de suporte necessário, fatores que afetam consideravelmente o tempo e o custo de fabricação
INFLUÊNCIA DA ORIENTAÇÃO NO ACABAMENTO SUPERFICIAL
Regiões com inclinações distintas na peça terão acabamentos diferentes, sendo isso bastante visível no caso de um cilindro orientado nas posições vertical e oriental
A orientação também possui influência indireta no acabamento superficial das faces da peça que estão em contato com a base ou as estruturas de suporte. O acabamento dessas faces é afetado tanto pelos pontos de contato entre peças e suporte como pela quantidade da camada em que a face está apoiada
INFLUÊNCIA DA ORIENTAGAO NA VARIAÇÃO DIMENSIONAL
Todas as peças possuem desvios dimensionais na direção Z, que serão maiores ou menores em função da espessura de camada utilizada
INFLUÊNCIA DA ORIENTAGAO NA VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA MECÂNICA
Em função da anisotropia do material decorrente da orientação, se por exemplo, o objeto é obter uma peça para testes funcionais, que envolvam montagem e desmontagem, deve-se orientar essa peça de forma que as regiões que necessitam de maior flexibilidade nesses testes não sejam fragilizadas
INFLUÊNCIA DA ORIENTAGAO NO TEMPO DE FABRICAÇÃO
Quanto maior o número de camadas, maior será o tempo gasto para processar o mesmo volume de material da peça. Dessa forma, orientar a maior dimensão de uma peça na direção de construção (eixo Z) implica em despender mais tempo na sua fabricação
A orientação também influência indiretamente no tempo e no custo de fabricação em função das estruturas de suporte e da quantidade de material utilizado nessas estruturas
OUTRAS INFLUÊNCIAS DA ORIENTAGAO
Para algumas tecnologias de AM, a orientação também afeta fatores construtores que podem ser determinantes no empenamento ou na contração (fator de escala) de um componente
POSICIONAMENTO NO VOLUME DE CONSTRUÇÃO (2°)
O volume de construção de um equipamento de AM pode ser definido como o maior volume que pode ser efetivamente utilizado para construir uma peça. Existem variações significativas entre sistemas que se refere as dimensões do volume de construção
O volume de construção depende da tecnologia e do modelo do equipamento, sendo definido dentro de dimensões em que se consegue um controle dimensional aceitável, ou seja, define as dimensões máximas em que os erros do processo são aceitáveis
Assim como para a orientação, a disposição das peças no volume de construção é tarefa do operador, que deve visar sempre à melhor utilização possível desse volume
DEFINIÇÃO DA BASE E DAS ESTRUTURAS DE SUPORTE (4°)
Para reduzir a quantidade de estruturas de suporte, que implicam tempo de processamento para a sua deposição, é importante orientar o modelo de forma mais estável possível na base e com o menor número possível de regiões que necessitam de suporte
Uma vez identificadas as regiões da peça que necessitam de suporte, a geometria das estruturas de suporte deve ser definida empregando a mínima quantidade de material possível
Uma vez identificada a orientação da peça, a base e as estruturas de suporte são geradas automaticamente pelos sistemas CAM de planejamento de processo para AM específicos para cada equipamento
FATIAMENTO (5°)
Em teoria, a etapa do fatiamento pode ocorrer de forma direta ou indireta. A primeira estratégia aplica o fatiamento diretamente nas superfícies matemáticas CAD dos modelos 3D e a opção indireta realiza o mesmo sobre uma malha de triângulos que representa o modelo 3D
A estratégia direta pode proporcionar resultados mais precisos, evitando os erros decorrentes da transformação de superfície em malha de triângulos. No entanto, na prática, a maioria dos sistemas de planejamento processa malhas de triângulos, mais especificamente malhas no formato STL
Nessa etapa do processamento, ocorre a passagem do domínio 3D do modelo para o domínio 2D da fatia. Esse processo pode ser dividido em quatro subtarefas principais
DEFINIÇÃO DA ESPESSURA DE CAMADA
A redução da espessura de camada, de uma maneira geral, melhora a qualidade do acabamento superficial e a precisão dimensional da peça, mas aumenta o tempo de construção
Em teoria, existem duas possibilidades de fatiamento no que se refere a definição da espessura de camada: o uniforme e o adaptativo
O fatiamento uniforme consiste na obtenção de camadas de espessuras constantes ao longo de todo o eixo Z de construção
No fatiamento adaptativo, a espessura das camadas pode variar de acordo com a geometria de uma dada região da peça (ângulo de inclinação dos triângulos), para que o desvio geométrico do modelo seja minimizado
CÁLCULO DA INTERSEÇÃO ENTRE PLANO E MALHA
O cálculo a ser realizado nessa etapa é a interseção entre os planos paralelos ao eixo de construção e a malha de triângulos, seja no formato STL ou AMF
As entidades geométricas de interesse são o plano de fatiamento e o segmento de reta de um lado do triângulo
MONTAGEM DOS CONTORNOS FECHADOS (POLÍGONOS)
Na etapa anterior, para cada triângulo geram-se dois pontos de interseção, formando um segmento de reta
É necessária uma etapa de formação dos contornos 2D fechados, obtendo-se polígonos fechados. E para essa tarefa geralmente utiliza-se um algoritmo que liga o ponto final de um segmento com o início do próximo, até se fechar o contorno
DETERMINAÇÃO DO SENTIDO DOS CONTORNOS
Uma vez determinados os contornos de cada camada, é ainda necessária a identificação do correto sentido desses contornos
Um contorno no sentido anti-horário indica um contorno externo, que limita uma área com material no seu interior
O sentido horário indica um contorno interno, que representa um vazio de área sem material