Integração de um sistema de impressão 3D em uma arquitetura modular de posicionamento cartesiano

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015A automação é uma das ferramentas utilizadas na adequação de uma estrutura produtiva para possibilitar melhorias e avanços tecnológico que torna-se cada vez mais importante. Neste trabalho são abordados os aspectos da automação existentes entre um sistema de Comando Numérico Computadorizado (CNC) baseado em Computador Pessoal (PC Â Personal Computer) e o processo de fabricação por impressão 3D. O aprimoramento de um posicionador é focado principalmente na integração entre os componentes mecânicos, eletroeletrônicos e computacionais com objetivo de garantir a flexibilidade de uso do sistema. Para conferir versatilidade ao CNC foi desenvolvido um Dispositivo Microcontrolado Auxiliar (DMA) para o sensoriamento e controle do processo. Baseado em projetos do tipo open source, o DMA é uma ferramenta com capacidade de ser modificada e adequada a diferentes utilizações em um ambiente de pesquisa. Para validar as soluções propostas para o posicionador optou-se pela aplicação do processo denominado Modelagem por Fusão e Deposição (FDM Â Fused Deposition Modeling), comumente associada ao termo impressão 3D. Neste processo um material termoplástico aquecido é extrudado através de um orifício e depositado camada a camada, permitindo a construção de modelos geométricos complexos. São apresentadas também soluções de automação para o processo de impressão 3D, que visam o baixo custo e fácil disponibilidade, bem como a possibilidade de integração com software e hardware existentes. Os resultados obtidos mostram que a programação orientada ao uso do DMA o torna uma ferramenta essencial para flexibilidade do equipamento CNC. Por meio dele é possível implementar funções como a leitura de sensores, processamento de informações e ações de controle sobre variáveis de processo. Os testes realizados com o equipamento mostram que as soluções apresentadas são capazes de executar o processo de impressão 3D. Dentro das limitações inerentes do processo é possível fabricar peças com geometrias variadas e com diferentes materiais. Conclui-se que o sistema proposto permite a automação de um processo produtivo como a impressão 3D e que as características finais obtidas são favoráveis ao uso em outros processos.Abstract : Automation is one of the tools used in the production suitability of a structure to enable technological advancements and improvements becomes increasingly important. This work discussed aspects of existing automation between a Computer Numerical Control (CNC) based on Personal Computer (PC) and the manufacturing process for 3D printing. The improvement of a positioner is primarily focused on the integration between the mechanical components, electronics and computer in order to ensure the flexibility of system use. To give versatility to the CNC we developed an Auxiliary Microcontrolled Device (DMA) for the sensing and control of the process. Based on the open source type projects, the DMA is a tool capable of being modified and suitable for different uses in a research environment. To validate the proposed solutions to the positioner was decided to process the application called Modeling Fused Deposition (FDM), commonly associated with the term 3D printing. In this process a heated thermoplastic material is extruded through a nozzle and deposited layer by layer, allowing the construction of complex geometric models. Also presented are automation solutions for the 3D printing process, aimed at low cost and easy availability as well as the possibility of integration with existing software and hardware. The results show that the programming oriented to the use of DMA makes it an essential tool for CNC machine's flexibility. Through it is possible to implement functions such as reading sensors, information processing and control actions on process variables. Tests conducted with the equipment show that the solutions are able to run the 3D printing process. Within the inherent limitations of the process it is possible to manufacture parts with different geometries and with different materials. It is concluded that the proposed system enables automation of a production process as 3D printing and that the final characteristics obtained are favorable for use in other processes