Desenvolvimento de produtos para espaços urbanos com recurso a extrusão robótica

Abstract

O aumento constante das áreas urbanas tem vindo a distanciar as populações da natureza e isto traz grandes implicações para a saúde. As áreas verdes dentro dos espaços urbanos proporcionam espaços de lazer e recriação o que leva a melhorarias sociais. Esta dissertação procura criar um produto que melhore a interação social dentro dos espaços verdes urbanos de lazer. Para a produção de um produto a ser instalado recorre-se ao fabrico aditivo de grande dimensão através de um braço robótico. Este processo, para além de mais sustentável do que os métodos convencionais de produção, é um método inovador, pois permite a criação de peças únicas num tempo mais reduzido. A investigação apresentada visa entender o funcionamento e programação de um braço robótico KUKA. Para a programação, são criados modelos paramétricos com recurso ao Grasshopper e ao add on KUKA|prc, que permitem a transformação de uma peça 3D num conjunto de comado de movimento do braço robótico. Esta dissertação apresenta uma proposta de metodologia de validação de diferentes materiais. O material utilizado no decorrer dos testes é o polipropileno (PP). De forma a entender as limitações que o material traz para as geometrias a produzir, são desenvolvidas duas peças. Uma peça permite entender o ângulo máximo de impressão. Outra permite entender o comportamento do material quando a peça apresenta cantos com diferentes curvaturas. Na mesma peça são tiradas conclusões relativas á realização de pontes. Por último são produzidas peças com diferentes perímetros por camada, com o objetivo de entender os parâmetros ideais de produção para diferentes perímetros. Os parâmetros em análise são a velocidade de deslocamento do braço robótico (mm/s) e a velocidade de rotação do parafuso da extrusora (RPM). Por fim, foi desenvolvido um produto para ser aplicado em contexto urbano tendo em conta os parâmetros de produção estudados.

The constant increase in urban areas has distanced people from nature and this shows major implications for health. Green areas within urban spaces provide spaces for leisure and recreation, which leads to social improvements. This dissertation seeks to create a product that improves social interaction within urban green spaces focusing on leisure. To produce a product to be installed in an urban space, Big Area Additive Manufacturing using a robotic arm is used. As well as being more sustainable than conventional production methods, this process is an innovative form of production. This process allows the creation of unique parts in a shorter time. The research presented here aims to understand the operation and programming of a KUKA robot. Parametric models are created for programming, using Grasshopper and the KUKA|prc add-on, which allow a 3D part to be transformed into a set of motion commands for the robotic arm. This dissertation presents a proposed methodology for validating different materials. The material used in the tests is polypropylene. In order to understand the limitations that the material brings to the geometries to be produced, two parts are developed. One part allows us to understand the maximum printing angle. Another provides understanding to the behavior of the material when the part has corners with different curvatures. In the same piece, conclusions are drawn regarding the realization of bridging. Finally, parts with different perimeters per layer are produced, with the aim of understanding the ideal production parameters for different perimeters. The parameters under analysis are the robotic arm travel speed (mm/s) and the extruder screw rotation speed (RPM). Finally, an outdoor product to be placed in the urban space was developed and produced with the production parameters studied.