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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2018.tde-16022018-105703
Documento
Autor
Nome completo
Paulo Inforçatti Neto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2013
Orientador
Banca examinadora
Silveira, Zilda de Castro (Presidente)
Carvalho, Jonas de
D'Ávila, Marcos Akira
Título em português
Estudo da viabilidade técnica e projeto de um mini-cabeçote de extrusão com rosca para impressoras tridimensionais portáteis
Palavras-chave em português
Extrusão por rosca
Impressoras tridimensionais
Manufatura aditiva
Polímeros
Prototipagem rápida
QFD
Resumo em português
Este trabalho tem o objetivo de apresentar o desenvolvimento do projeto informacional e do projeto conceitual de um mini-cabeçote vertical de extrusão com rosca de seção variável intercambiável. A montagem e a validação funcional deste cabeçote é feita na impressora 3-D Fab@CTI de forma intercambiável, na qual o projeto da estrutura foi baseada no projeto Fab@home. O projeto envolve o estudo sistemático utilizando o QFD para identificação dos requisitos do usuário e a escolha do "cabeçote de deposição", como característica técnica mais importante conduz o desenvolvimento do projeto conceitual e parte do projeto preliminar do mini-cabeçote vertical de extrusão. Utilizando análise morfológica no projeto conceitual se obteve a configuração do projeto, no qual foi possível dimensionar os principais componentes do sistema proposto: rosca/cilindro e sistema de acionamento. Os materiais considerados para o dimensionamento mecânico, bem como das estimativas das geometrias das seções da rosca foram poliamida e PCL, este último material foi escolhido por ser um biomaterial e por apresentar características físico-químicas mais criticas para o dimensionamento do dispositivo. O projeto conceitual foi fabricado e montado para demonstrar sua funcionalidade de extrusão utilizando um material pastoso e pó sem processo de aquecimento. Este trabalho apresenta o projeto e a validação técnica de um mini-cabeçote intercambiável de extrusão por rosca para utilização em impressoras 3-D utilizadas em manufatura aditiva. A abordagem sistemática de projeto demonstra a importância de técnicas de metodologia de projeto durante o desenvolvimento de um produto, a fim de se obter qualidade no projeto de engenharia.
Título em inglês
Study of technical feasibility and design of a mini-screw extrusion head applied to three-dimensional desktop printers
Palavras-chave em inglês
Additive manufacturing
Polymer
QFD
Rapid prototyping
Screw extrusion
Three-dimensional printer
Resumo em inglês
The purpose of this work is to present the study of the informational and conceptual design of the vertical mini-screw extrusion head applied to portable and open source additive manufacturing machine. The design was validated considering the proposal of interchangeable heads applied to Brazilian 3-D printer based on Fab@home mechanical design. It was developed a systematic study using QFD to identify user's requirements, supporting the choice of a "deposition head" as the most important technical characteristic, leading the design development of a mini vertical system based on a extrusion screw with variable section. The conceptual design using the morphological analysis defined the design configuration, allowing to make a pre-calculation of the main components of the proposed head: screw, barrel and actuation system. The deposition materials, considered for the theoretical calculations, were polyamide and PCL, being the last a biocompatible polymer. This choice lead to critical physicochemical properties related to system design. The conceptual design was manufactured and assembled, demonstrating its functionality to extrude a paste like and powder materials without heating. This work presented the design and the validation of an interchangeable mini-extruder screw head developed to a portable 3-D printer used in additive manufacturing process. The systematic approach demonstrated the importance of the design methodology tools during the product development to obtain quality in the design engineering.
 
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Data de Publicação
2018-02-19
 
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