aula prototipagem rápida
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Universidade Federal de Itajub
PROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDAPROTOTIPAGEM RPIDA
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
EPR-707 ENGENHARIA DO PRODUTO
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
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PROTOTIPAGEM NO PDP
Necessidade clienteNecessidade clienteNecessidade clienteNecessidade cliente
TecnologiaTecnologia
PRODUTOPRODUTOPRODUTOPRODUTO
MercadoMercado
TTTTPlanejamento do
Produto Requisitos Gerais Especificaes Tcnicas Requisitos Gerais Especificaes Tcnicas
Viabilidade
Concepes
Projeto Bsico Modelagem Anlise de Sensibilidade Anlise de Estabilidade Otimizao
Modelagem Anlise de Sensibilidade Anlise de Estabilidade Otimizao
Criatividade
Tcnica Econmica Financeira
TTCCNNIICCAASS
DDEE
TTCCNNIICCAASS
DDEE
PROTOTIPAGEM RPIDA 2
Otimizao Ensaios Consolidao
Otimizao Ensaios Consolidao
Projeto Executivo
Programao Projeto dos Conjuntos Projeto Componentes e Peas Prottipos Certificao do Projeto Certificao da Fabricao
Programao Projeto dos Conjuntos Projeto Componentes e Peas Prottipos Certificao do Projeto Certificao da Fabricao
EE
AAPPOOIIOO
EE
AAPPOOIIOO
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CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS H ALGUNS ANOS
Teste fsicoe ReprojetoNecessidade de vrios
prottipos e Baseado
em Hardware
prottipos e atualizaes
Ciclo demorado
PROTOTIPAGEM RPIDA 3
RevisoManual
ProttipoFsico
Desenvolvimento de Produtos
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CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS ATUAL
Prototipagem Funcional
Virtual
DesenvolvimentoVirtual de Produtos
PROTOTIPAGEM RPIDA 4
3DCAD
Mock-up Digital
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EVOLUO DA APLICAO DOS SISTEMAS CAE
Mainframes
Custo dasCusto dasSimulaes CAESimulaes CAE
Nmero de Nmero de Simulaes CAESimulaes CAE
Custo do ProttipoFsico
Mainframes
PROTOTIPAGEM RPIDA 51960 2000Anos
Workstationse Servidores
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O QUE PROTOTIPAGEM RPIDA
uma tecnologia inovadora desenvolvida nas ltimas duas dcadas.
Refere-se a uma classe de tecnologias que pode automaticamente construir modelos fsicos a partir de dados de um projeto auxiliado por computador (CAD).
PROTOTIPAGEM RPIDA 6
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O QUE PROTOTIPAGEM RPIDA
O prottipo de um produto ou componente parte essencial no seu processo de desenvolvimento, pois possibilita que a anlise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anlise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anterior produo de ferramental definitivo.
PROTOTIPAGEM RPIDA 7
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O QUE PROTOTIPAGEM RPIDA
A prototipagem pode ser definida como um processo de fabricao atravs da adio de material em forma de camadas planas sucessivas, isto , baseado no princpio da camadas planas sucessivas, isto , baseado no princpio da manufatura por camada.
PROTOTIPAGEM RPIDA 8
Fonte: Volpato (2007)
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FINALIDADES DE USO DA PROTOTIPAGEM RPIDA
Ela visa produzir prottipos de forma relativamente rpida para:
inspeo visual; avaliao ergonmica; anlise de forma e dimensional; padro mestre para a produo de ferramentas.
PROTOTIPAGEM RPIDA 9
Fonte: CHOI e CHAN (2004)
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PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RPIDA
Capacidade de produzir formas tridimensionais complexas e detalhadas;
Reduo de lead times para peas nicas;
Os processos ocorrem em um compartimento fechado, com baixa gerao de rudos ou desperdcios;
Reduo substancial do tempo de lanamento do novo produto no mercado;
PROTOTIPAGEM RPIDA 10
produto no mercado;
Melhoria na manufaturabilidade e reduo de custos no projeto de produtos.
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PONTOS FORTES DA PROTOTIPAGEM RPIDA
No requer dispositivos ou ferramental especial para a fixao. Quando houver a necessidade de suportes, esses so criados pela prpria tecnologia da mquina;criados pela prpria tecnologia da mquina;
Geralmente, no necessria troca de ferramenta de trabalho;
O componente fabricado em uma nica etapa de processo;
PROTOTIPAGEM RPIDA 11
No so necessrios clculos complexos de trajetrias de ferramentas.
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PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA
A velocidade de produo do prottipo muito lenta. Dependendo do nvel de preciso requerido e do tamanho do objeto, o processo pode levar algumas horas ou alguns dias.
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PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA
A maioria dos equipamentos somente pode fabricar itens de at 500 mm3 de volume;
A qualidade final da superfcie do prottipo rpido gerado normalmente necessita de um acabamento secundrio.normalmente necessita de um acabamento secundrio.
PROTOTIPAGEM RPIDA 13
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PONTOS FRACOS DA PROTOTIPAGEM RPIDA Os materiais e suas propriedades mecnicas no so as mesmas
dos metais e plsticos geralmente usados no produto final;
A preciso e o acabamento superficial so inferiores aos das peas obtidas por usinagem.obtidas por usinagem.
PROTOTIPAGEM RPIDA 14
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CRIAO DO PROTTIPO
PROTOTIPAGEM RPIDA 15
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CRIAO DO PROTTIPO PR-PROCESSAMENTO:
Em um software de desenho 3D, tal como o SolidWorks, cria-se um modelo da pea;
Exporta-se o modelo como um arquivo com extenso STL; Exporta-se o modelo como um arquivo com extenso STL; O arquivo processado e o slido desenhado em 3D fatiado
em diversas camadas.
STL
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CRIAO DO PROTTIPO PR-PROCESSAMENTO:
PROTOTIPAGEM RPIDA 17
Efeito escada
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CRIAO DO PROTTIPO PROCESSAMENTO:
O equipamento cria a primeira camada a primeira camada (ou fatia) do modelo fsico;
O modelo abaixado at a altura da espessura da prxima camada;
O processo se repete
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O processo se repete at a completa construo do modelo slido.
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CRIAO DO PROTTIPO PS-PROCESSAMENTO:
O modelo e seus suportes so removidos;suportes so removidos;
dado o acabamento final (processo final de cura ou um tratamento da superfcie) da pea fsica.
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CATEGORIAS DE TECNOLOGIAS
ADIO DE MATERIAL O modelo fsico construdo sequencialmente, uma camada
sobre a outra, at formar uma cpia analgica de seu original sobre a outra, at formar uma cpia analgica de seu original digital em CAD;
REMOO DE MATERIAL Uma ferramenta subtrai material, atravs da utilizao de uma
variedade de diferentes tipos de fresas, geralmente de um bloco de madeira ou espuma, que gradualmente reduzido para a rplica fsica do modelo original desenhado em CAD.
PROTOTIPAGEM RPIDA 20
rplica fsica do modelo original desenhado em CAD.
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PROTOTIPAGEM RPIDA POR ADIO DE MATERIALPrototipagem
Rpida
Adio deMaterial
Remoo deMaterial
Lquido PartculasDiscretasCamadasSlidas
Solidificao deum polmero
lquido
Solidificao deum fludo
eletrofixante
Solidificao deum material
fundido
Ponto a ponto Camada acamada
Superfciehologrfica
Juno departculas com
aglutinante
Fuso departculas por
laser
Unio decamadas com
adesivo
Unio decamadas com
luz
Electrosetting (ES) Selective LaserSintering (SLS)Gas Phase
Deposition (GPD)
Three DimensionalPrinting (3DP)
Spatial Forming (SF)
Laminated ObjectManufacture (LOM)
Solid FoilPolimerization (SFP)
Laser Engineered NetShaping (LENS)
PROTOTIPAGEM RPIDA 21
Camada acamadaPonto a ponto
Stereolitografia(SL)
Lquid ThermalPolimerization (LTP)
Beam InterferenceSolidif ication (BIS)
Solid GroundCuring (SGC)
HolographicInterference
Solidif ication (HIS)
Three DimensionalWelding (3DW)
Fused DepositionModelling (FDM)
Ballistic ParticleManufacture (BPM)
Shape DepositionManufacturing
(SDM)
Multi-Jet Modeling(MJM)
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Modelagem por Deposio de Material Fundido (FDM)
A FDM se baseia na deposio, sobre uma plataforma, de camadas resultantes do aquecimento e amolecimento de filamentos (arames) do material plstico destinado confeco filamentos (arames) do material plstico destinado confeco do modelo.
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FDM = Fused Deposition Modeling
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Modelagem por Deposio de Material Fundido A mquina para a FDM possui uma
plataforma, revestida de uma bandeja flexvel, que se movimenta no sentido vertical (eixo Z) e um cabeote provido vertical (eixo Z) e um cabeote provido de dois bicos extrusores de arames aquecidos: um para alimentar as camadas do modelo e outro para a construo automtica dos suportes.
Esses arames ficam estocados dentro da mquina, em ambiente a vcuo
PROTOTIPAGEM RPIDA 23
mquina, em ambiente a vcuo aquecido, pois a umidade do material dentro do bico extrusor poderia causar formao de bolhas, que impediria a continuidade de sua deposio pelo bico.
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Modelagem por Deposio de Material Fundido Os bicos extrusores, que na verdade,
funcionam como uma resistncia, so alimentados por esses filamentos atravs de duas guias giratrias ligadas a um de duas guias giratrias ligadas a um motor, as quais vo transferindo para eles os arames estocados no rolo;
O software da FDM um misto CAD/CAM e no integrado mquina;
Para cada camada geram-se coordenadas ou caminhos pelos quais o bico extrusor vai depositando os fios
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bico extrusor vai depositando os fios fundidos. Ao final de cada camada a plataforma desce e o cabeote inicia a deposio de mais material para a outra camada, repetindo a operao at a concluso do modelo
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Modelagem por Deposio de Material Fundido Mquina de prototipagem adquirida
pela UNIFEI. Fabricante: Stratasys
Modelo: Dimension SST 768 Modelo: Dimension SST 768
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Modelagem por Deposio de Material Fundido Os arames destinados ao modelo so de
ABS, elastmeros ou cera, enquanto os destinados aos suportes so uma mistura de ABS e cal;mistura de ABS e cal;
O processo no desperdia material durante ou aps a produo do prottipo, exigindo pouca necessidade de limpeza e permitindo sua instalao em ambientes no industriais;
O acabamento final da superfcie da pea inferior aquele obtido atravs da
Arame de suporte
PROTOTIPAGEM RPIDA 26
pea inferior aquele obtido atravs da estereolitografia;
Uma mquina, com cmara de 203 x 203 x 305 mm, pode custar aproximadamente US$ 20.000,00.
O principal fabricante a Stratasys.Arame de modelo
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Modelagem por Deposio de Material FundidoInstalao decartucho commaterial de suporte emodelomodelo
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Modelagem por Deposio de Material Fundido
Viso geral do envelope e da plataforma de construo de peas do eixo Z.do eixo Z.
Z
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Modelagem por Deposio de Material FundidoViso geral do envelope e da cabea de extruso (movimento em X e Y).
X
Y
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Modelagem por Deposio de Material Fundido(1) (2) (5)
(3)(5)
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Acessrios: (1) Computador; (2) ar condicionado; (3) desumidificador; (4) no-break; (5) cuba de ultra-som.(4)
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Como fazer um prottipo rpido1) Escolha da pea: ex. flange da roda do Mini-baja.
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Como fazer um prottipo rpido1) Modelar o produto a ser prototipado em um software paramtrico 3D, porexemplo, o SolidWorks ou o Pr-Engineer.
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Como fazer um prottipo rpido3) Gravar o modelo em um arquivo com extenso STL.
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Como fazer um prottipo rpido4) Ligar a mquina de prototipagem e abrir o software Catalyst EX.
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Como fazer um prottipo rpido5) Abrir o arquivo STL da figura no Catalyst.
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Como fazer um prottipo rpido6) Definir orientao para construo da pea.
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Como fazer um prottipo rpido7) Mandar processar o arquivo STL e adicionar ao pacote.
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Como fazer um prottipo rpido8) Verificar posio de construo da pea na plataforma e conferir dados paraConstruo (tempo e quantidade de material suporte e modelo).9) Mandar imprimir.
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Saindo do forno... (quer dizer, da mquina)
Flange da roda doMini-Baja ao final
(1) (2)
do processo de prototipagem (1 e 2) e a retirada do material de suporte (3 e 4).(3) (4)
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Outras geraes da flange do Mini-Baja
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Alguns prottipos produzidos
Flange da roda doMini-Baja (30% do tamanhooriginal)
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original)
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Alguns prottipos produzidos
Flange da roda doMini-Baja (tamanho
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Mini-Baja (tamanhooriginal)
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Alguns prottipos produzidos
Proposta de trinco para fornode panificao
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de panificao
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Alguns prottipos produzidos
Uma miniatura de um paliteiro.
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Alguns prottipos produzidos
Uma pequena mansozinha...
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Estereolitografia (SLA)
Trata-se do primeiro processo de prototipagem rpida, sendo desenvolvido em 1986 pela 3D Systems.
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SLA = Stereolithography
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Estereolitografia (SLA) O processo baseia-se na
polimerizao de uma resina foto-sensvel (acrlica, epxi ou vinil) composta de monmeros, composta de monmeros, fotoiniciadores e aditivos, atravs de um feixe de laser UV (ultra-violeta).
Uma vez pronto, o modelo slido removido do banho de polmero lquido e lavado.
Os suportes so retirados e o modelo introduzido num forno de radiao
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introduzido num forno de radiao ultravioleta para ser submetido a uma cura completa.
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Estereolitografia (SLA) A estereolitografia utiliza uma resina
foto-curvel (fotopolmero) que pode ser classificada como um epxi ou acrlico;acrlico;
Em geral, esse material tem um preo elevado, alm de possuir um odor desagradvel e ser txico;
Uma mquina, com cmara de 250 x 250 x 250 mm (o tamanho mais comum), pode custar aproximadamente US$ 200.000,00.
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aproximadamente US$ 200.000,00. Principal fabricante: 3D Systems.
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Manufatura de Objetos em Lminas (LOM)
Nesta tcnica camadas de material, na forma de tiras revestidas de adesivo, so grudadas umas nas outras formando-se o prottipo.
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LOM = Laminated Object Manufacturing
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Manufatura de Objetos em Lminas (LOM) O material original consiste de
bobinas de papel laminado com cola ativada pelo calor;
Um rolo coletor avana a tira de Um rolo coletor avana a tira de papel sobre a plataforma de construo, onde h uma base feita de papel e fita com espuma nas duas faces;
A seguir, um rolo aquecido aplica presso para fixar o papel base;
Uma fonte de raio laser com alta
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Uma fonte de raio laser com alta preciso de foco corta o contorno da primeira camada sobre o papel e ento quadricula a rea em excesso.
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Manufatura de Objetos em Lminas (LOM) O material original consiste de bobinas
de papel laminado com cola ativada pelo calor;
Esse quadriculado rompe o material Esse quadriculado rompe o material extra, tornando fcil sua remoo durante o processamento posterior;
Aps o corte da primeira camada a plataforma abaixada, liberando o caminho para que o rolo coletor avance a tira de papel e exponha material novo;
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novo; Ento, a plataforma se eleva at um
ponto ligeiramente inferior altura original, o rolo aquecido liga a segunda camada primeira e a fonte de raio laser corta a segunda camada.
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Manufatura de Objetos em Lminas (LOM)
uma tecnologia muito boa para produzir prottipos de grande porte;
O principal material o papel;
Os equipamentos eram fabricados pela Helisys e agora so de propriedade da Cubic Technologies.
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Sinterizao Seletiva a Laser (SLS)
Esta tcnica, patenteada em 1989, usa um raio de laser para fundir, de forma seletiva, materiais pulverulentos, tais como nilon, elastmeros e metais, num objeto slido.
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SLS = Selective Laser Sintering
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Sinterizao Seletiva a Laser (SLS)
As peas so construdas sobre uma plataforma a qual est imediatamente abaixo da superfcie de um recipiente preenchido com o de um recipiente preenchido com o p fusvel por calor;
O raio laser traa a primeira camada, sinterizando o material;
A plataforma ligeiramente abaixada, reaplica-se o p e o raio laser traa a segunda camada;
PROTOTIPAGEM RPIDA 54
laser traa a segunda camada; O processo continua at que a pea
esteja terminada. O p em excesso ajuda a dar suporte ao componente durante sua construo.
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Sinterizao Seletiva a Laser (SLS)
O acabamento final da pea tem um aspecto poroso;
O material empregado do tipo termoplstico;
Os principais fabricantes so a EOS e a 3D Systems.
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Impresso por Jato de Tinta (MJT)
Essa tecnologia, tambm conhecida como Thermojet, ao contrrio das tcnicas expostas anteriormente, se refere a uma classe inteira de equipamentos que usam a tecnologia de jato de tinta.tinta.
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MJT = Multi Jet Modeling
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Impresso por Jato de Tinta (MJT) Os prottipos so construdos
sobre uma plataforma situada num recipiente preenchido com material pulverulento.material pulverulento.
Um cabeote de impresso por jato de tinta "imprime" seletivamente um agente ligante que funde e aglomera o p nas reas desejadas.
O p que continua solto permanece na plataforma para dar suporte ao prottipo que vai sendo formado.
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prottipo que vai sendo formado. A plataforma ligeiramente abaixada, adiciona-se mais material
pulverulento e o processo repetido. Ao se terminar o processo a pea sinterizada, removendo-se o p que
ficou solto.
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Impresso por Jato de Tinta (MJT) Podem ser usados ps de
materiais polimricos, cermicos e metlicos.
Uma mquina, com cmara de Uma mquina, com cmara de 203 x 203 x 305 mm, pode custar aproximadamente US$ 20.000,00.
Os principais fabricantes so a 3D Dimension e a Z Corporation.
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Comparao das tecnologias
Processo Caracterstica SLA SLS FDM LOM SGC
Preciso Excelente Boa Regular Baixa Excelente Preciso Excelente Boa Regular Baixa Excelente Contrao Boa Excelente Boa Excelente Boa Resistncia Boa Excelente Boa Boa Boa Variedade de materiais Pequena Grande Pequena Pequena Pequena Custo prottipo Alto Alto Mdio Baixo Alto Necessidade de suporte Sim No Sim No No Qualidade da superfcie (acabamento) Boa Excelente Regular Baixa Boa
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(acabamento) Boa Excelente Regular Baixa Boa Necessidade de ps-processamento Sim Sim Sim Sim Sim
Necessidade de ps-cura Sim No No No No
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Como escolher o sistema mais apropriado?
A escolha da tecnologia de prototipagem rpida mais adequada est ligada com o tipo de produto, envolvendo fatores como:
Qualidade de prottipos necessrios; Dimenses do componente; Finalidade do prottipo; Qualidade de acabamento necessria do prottipo.
No existe processo de prototipagem rpida melhor que outro. Todos apresentam vantagens e desvantagens, sendo estas dependentes da
PROTOTIPAGEM RPIDA 60
apresentam vantagens e desvantagens, sendo estas dependentes da geometria e, sobretudo, do tipo da aplicao do prottipo (NETO et al., 2003).
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PROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIAL
PROTOTIPAGEM RPIDA 61
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PROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIALPROTOTIPAGEM RPIDA POR REMOO DE MATERIAL
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NOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com geloNOVAS TECNOLOGIAS: Prototipagem rpida com gelo Um pesquisador da Universidade de
Missouri est trabalhando para ver se sua idia para prototipagem rpida pode ser comprovada.
O mtodo pretende utilizar gua em um O mtodo pretende utilizar gua em um ambiente congelante, fazendo com que gotculas transformem-se instantaneamente em gelo.
O sistema experimental faz com que gotas d'gua sejam depositadas por um finssimo esguicho sobre uma superfcie, da mesma forma que o plstico em outros sistemas.
Rapid Freeze Prototyping" - RFP, ou prototipagem por congelamento rpido
PROTOTIPAGEM RPIDA 63
forma que o plstico em outros sistemas. Mas, ao contrrio das atuais tcnicas, o RFP ocorre em uma cmara fria, congelando imediatamente as gotculas e mantendo perfeita a pea construda.
Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010170021212
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