Estudo e desenvolvimento do comando e controlo para um equipamento industrial automatizado de enrolamento filamentar

Abstract

Fruto da evolução da tecnologia, inúmeras pesquisas são desenvolvidas com o objetivo de se obter a melhor otimização dos processos de manufatura. Essa otimização passa por uma rentabilização de recursos, por aumentar a qualidade e também tornar o produto com um custo efetivo inferior. Devido à sua alta relação resistência/peso e rigidez/peso, compósitos de fibras contínuas reforçadas com material polimérico são cada vez mais usadas em aplicações onde é fundamental a redução de peso. Uma dessas aplicações são os reservatórios de pressão, usados para armazenamento de líquidos ou gases submetidos a baixa e alta pressão, onde a fita de fibra contínua reforçada com material de matriz polimérica é enrolada em torno de um mandril definindo a geometria final, o processo é designado por enrolamento filamentar. Para um melhor desempenho estrutural, e maior poupança de peso, é fundamental enrolar de acordo com um caminho ótimo, que se designa enrolamento geodésico, resultando apenas na tensão axial na direção longitudinal (antiderrapante). Neste contexto o processo de enrolamento filamentar é um processo bastante atrativo para a produção de componentes em materiais compósitos. Contudo a sua automatização aumenta exponencialmente as suas capacidades, quer a nível de flexibilidade de processo quer a nível de maior e melhor repetibilidade do mesmo. Este trabalho foi elaborado segundo um estágio profissional realizado na instituição PIEP, polo de inovação em Engenharia de Polímeros. Este documento pretende descrever o trabalho desenvolvido no estudo e desenvolvimento do comando de um equipamento de enrolamento filamentar robotizado. Por outro lado pretendeu-se desenvolver conhecimento no sentido de dominar todo o processo de projeto e manufatura relativamente aos materiais compósitos obtidos por enrolamento filamentar.

Result of evolution of technology, many researches is conducted with the aim of obtaining a better optimization of manufacturing processes. This optimization is a profitable resource by increasing the quality and also makes the product with a lower actual cost. Due to their high ratio of strength / weight and rigidity / weight composites reinforced with continuous fibers of polymeric material are increasingly used in applications where it is essential to reduce weight. One such application is the pressure vessel, used for storing liquids or gases subjected to low and high pressure, where the tape continuous fiber-reinforced polymeric matrix material is wound around a mandrel defining the geometry final process is called filament winding. For optimal structural performance, and greater weight saving is essential roll in accordance with one optimal path which is called geodesic winding, resulting only in axial tension in the longitudinal direction (slip). In this context the filament winding process is a very attractive process for the production of composite components. However its automation increases exponentially its capabilities, both in terms of process flexibility both in terms of bigger and better repeatability of the same. This work was done under a traineeship made in establishing PIEP, innovation pole in polymers engineering.. The work focused on the study and development of command of robotized filament winding equipment. Moreover, it was intended to develop expertise in order to master the whole process with regard to design and manufacture composite materials obtained by filament winding.