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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Manufatura aditiva de PLA extrudado associada à manufatura subtrativa objetivando tolerâncias dimensionais e geométricas mais estreitas: uma abordagem híbrida
Alternate title (s): Additive manufacturing of extruded PLA associated with subctrative manufacturing aiming at narrower dimensional and geometric tolerances: a hybrid approach
Author: Oliveira, Giannini Barcellos de
First Advisor: Fiocchi, Arthur Alves
First member of the Committee: Silva, Marcio Bacci da
Second member of the Committee: Sanchez, Luiz Eduardo de Angelo
Summary: A manufatura avançada empregando processos aditivos e subtrativos vem ganhando destaque na fabricação de componentes funcionais otimizados. Mesmo sendo uma área embrionária, a associação das manufaturas no contexto dos processos híbridos, principalmente nas indústrias aeroespacial e médica empregando ligas metálicas, tem fomentado avanços tecnológicos importantes por conciliar complexidade geométrica multiescala, novos materiais e desempenho mecânico e físico-químico. Entretanto, pesquisas, tecnologias, normas regulamentadoras e aplicações industriais de processos híbridos voltados à materiais poliméricos e compósitos são ainda mais incipientes. Nesse contexto, a presente pesquisa visa a manufatura aditiva por Fabricação por Filamento Fundido (FFF) associada à manufatura subtrativa objetivando tolerâncias dimensionais e geométricas mais estreitas como uma abordagem híbrida. Foram escolhidos parâmetros de FFF do termoplástico PLA com foco no desempenho mecânico. Para o torneamento cilíndrico externo variou-se a geometria de ferramenta de corte, velocidade (vc), avanço (f) e profundidade de corte (ap). Foram analisadas dimensão, rugosidade, perfilometria, circularidade, cilindricidade, força de corte (Fc), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica. Os resultados apontam melhora significativa nas tolerâncias dimensionais e geométricas. Os valores de incerteza dimensional foram reduzidos de 0,06 mm para em 0,02 mm. A redução média do parâmetro de rugosidade Ra foi de 89,6 % para a ferramenta DCGX 070204 AL, a qual apresentou os melhores resultados. Os desvios médios de circularidade e cilindricidade foram reduzidos em média em 91 % e 81 %, respectivamente. Os desvios de forma e rugosidade foram afetados pela adesão de material na peça. Os parâmetros mais influentes na rugosidade foram f e ap. A Fc aumentou com a redução do ângulo de saída da ferramenta de corte, sendo mais influenciada pelo f e ap. No contexto híbrido, os processos associados alcançaram resultados exclusivos que não poderiam ser encontrados isoladamente, apontando caminhos para o desenvolvimento de máquinas, processos de fabricação e softwares integrados dentro da célula de manufatura avançada em total sinergia com o projeto da peça.
Abstract: Advanced manufacturing employing additive and subtractive processes has been gaining prominence in the manufacturing of optimized functional components. Even though it is an embryonic area, the association of manufacturing in the context of hybrid processes, especially in the aerospace and medical industries using metallic alloys, has fostered important technological advances by reconciling multi-scale geometric complexity, new materials and mechanical and physicochemical performance. However, research, technologies, regulatory standards, and industrial applications of hybrid processes focused on polymeric and composite materials are still incipient. In this context, this research aims at additive manufacturing by Fused Filament Fabrication (FFF) associated with subtractive manufacturing aiming tighter dimensional and geometric tolerances as a hybrid approach. FFF parameters of the PLA thermoplastic were chosen with a focus on mechanical performance. For external cylindrical turning, cutting tool geometry, speed (vc), feed (f) and depth of cut (ap) were varied. Dimension, roughness, profilometry, roundness, cylindricity, cutting force (Fc), scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy were analyzed. The results show significant improvement in dimensional and geometric tolerances. The dimensional uncertainty values were reduced from 0.06 mm to 0.02 mm. The average reduction of the roughness parameter Ra was 89.6% for the DCGX 070204 AL tool, which presented the best results. The average roundness and cylindricity deviations were reduced by 91 % and 81 %, respectively. The shape and roughness deviations were affected by the material adhesion on the workpiece. The most influential parameters on the roughness were f and ap. Fc increased with reducing the rake angle of the cutting tool, and was most influenced by f and ap. In the hybrid context, the associated processes achieved unique results that could not be found in isolation, pointing paths to the development of machines, manufacturing processes and software integrated within the advanced manufacturing cell in full synergy with the part design.
Keywords: manufatura aditiva
manufatura subtrativa
manufatura híbrida
PLA
tolerâncias dimensionais
additive manufacturing
subtractive manufacturing
hybrid manufacturing
dimensional tolerances
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::MAQUINAS DE USINAGEM E CONFORMACAO
Subject: Engenharia mecânica
Produtos industrializados
Fibras de metal
Termoplásticos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: OLIVEIRA, Giannini Barcellos de. Manufatura aditiva de PLA extrudado associada à manufatura subtrativa objetivando tolerâncias dimensionais e geométricas mais estreitas: uma abordagem híbrida. 2020, 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5615
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5615
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41632
Date of defense: 23-Nov-2020
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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