Desenvolvimento de um sistema autónomo de produção contínua de filamento para prototipagem rápida

Abstract

A presente dissertação visa expor e solucionar as lacunas existentes na área de Prototipagem Rápida de uso pessoal/doméstico e em particular na técnica FDM (Fused Deposition Modelling) aplicada em equipamentos de FDM low cost, atualmente impostas pelo uso de materiais plásticos específicos nesta tecnologia por parte dos fabricantes e o preço final praticado. O objetivo desta dissertação inclui o projeto, o acompanhamento do fabrico e o arranque, de um equipamento, caraterizado por uma mini-extrusora de duplo-fuso contra rotativa que permita ultrapassar as fragilidades de uma FDM, através de um simples processo convencional de extrusão possibilitando o uso de um leque mais alargado de materiais poliméricos e reduzindo substancialmente os custos implícitos na obtenção de modelos físicos tridimensionais. De forma a concretizar o objetivo proposto, o desenvolvimento da extrusora foi idealizado tendo em conta a metodologia definida, a identificação dos requisitos necessários para a sua elaboração, e ainda a definição de algumas variáveis necessárias para efetuar o seu dimensionamento. Durante a fase experimental foram identificadas algumas falhas, nomeadamente o amolecimento do material polimérico, devido à elevada temperatura registada na zona da tremonha, e ainda, a quebra do componente que promove o acoplamento do veio do motor à extrusora, devido à diferença de temperaturas verificada entre a cabeça de extrusão e a fieira do equipamento, causada pela colocação da posição dos cartuchos de aquecimento. Termina-se esta dissertação com algumas sugestões, no sentido de minimizar os problemas encontrados e identificados no parágrafo anterior e determinar as potencialidades na utilização deste tipo de equipamento, de modo a torná-lo mais eficaz e ainda, para desenvolvimentos futuros possíveis.

This thesis aims to expose and address inadequacies in the area of personal/home Rapid Prototyping use and in particular the FDM technique (Fused Deposition Modeling) applied in low cost FDM machines currently imposed by the use of specific plastic materials for this technology manufacturers and the final price charged. The aim of this work includes the design, manufacture and monitoring the startup of a device, characterized by a counter rotating twin screw mini-extruder that allows to overcome the weaknesses of the FDM, using a simple conventional extrusion process, enabling the use of a wider range of polymeric materials and substantially reducing the implicit costs of obtaining three-dimensional physical models. In order to achieve the proposed objective, the development of the extruder was designed taking into account the defined methodology, the identification of the requirements for its development, and even the definition of some variables needed to make its design. During the experimental period, some deffects have been identified, like softening of the polymeric material due to high temperature occurring at the hopper zone, including even breakage of the component that promotes the coupling of the motor shaft to the extruder, due to the difference of temperatures observed between the extrusion head and the die equipment, caused by the placement of the cartridge heaters. This thesis ends up with some suggestions to minimize the problems found and identified in the preceding paragraph and determine the potential of using this type of equipment in order to make it more effective and future developments.