UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE (UNIPLAC) NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
EDUARDO BRESSAN RECH
MÉTODO FDM (Fused Deposition Modeling) COMO FERRAMENTA AUXILIAR NO DESENVOLVIMENTO DE PRÓTIPOS DE PEÇAS PLÁSTICAS PARA
CLIMATIZADORES
LAGES (SC) 2016
EDUARDO BRESSAN RECH
MÉTODO FDM (Fused Deposition Modeling) COMO FERRAMENTA AUXILIAR NO DESENVOLVIMENTO DE PRÓTIPOS DE PEÇAS PLÁSTICAS PARA
CLIMATIZADORES
Relatório de Estágio apresentado a Coordenação do Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC – como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Produção
Orientador: Prof. Reginaldo Brutti, Esp
LAGES (SC) 2016
EDUARDO BRESSAN RECH
MÉTODO FDM (Fused Deposition Modeling) COMO FERRAMENTA
AUXILIAR NO DESENVOLVIMENTO DE PRÓTIPOS DE PEÇAS
PLÁSTICAS PARA CLIMATIZADORES
Relatório de Estágio apresentado a Coordenação do Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Planalto Catarinense – UNIPLAC – como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Produção.
Banca Examinadora
Orientador
... Prof. Reginaldo Brutti, Esp.
Orientador Pedagógico
Supervisor
... Prof. Carlos Eduardo de Liz
Professor da disciplina de Estágio
Dedico este trabalho a todos que me apoiaram e acreditaram em mim durante o decorrer de minha vida, em especial a minha família, minha esposa, os grandes amigos que possuo e os professores que me orientaram e me transmitiram conhecimentos até o presente momento.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha família, aos grandes amigos que formei ao longo destes anos na faculdade, aos professores que acreditaram e acreditam em minhas capacidades, em especial ao meu orientador Professor Reginaldo Brutti, Esp que sempre me desafiou a fazer o melhor durante a minha graduação.
"Quando você crescer, vão te dizer que você deve viver a vida tradicional, ter uma família legal, se divertir e guardar dinheiro. Esta é uma vida muito limitada. A vida pode ser mais abrangente. Você pode mudá-la, influenciá-la, construir suas próprias coisas para que outras pessoas usem. Assim que você aprender isso, nunca mais será o mesmo."
RESUMO
Este relatório apresenta os resultados do período de estágio curricular obrigatório de 180 horas, onde foi desenvolvido um projeto que utiliza a prototipagem rápida pelo processo FDM (Modelagem por deposição de material fundido) como auxílio ao PDP (Processo e desenvolvimento de produto). O estudo busca orientar a importância da prototipagem rápida pelo processo FDM para verificação e validação de desenvolvimento de peças injetadas reduzindo os custos com alteração de ferramental definitivo. Entender o processo citado e suas características materiais, seus custos, velocidade e a precisão de prototipagem são o início da utilização deste processo. Analisar como é possível, utilizando a prototipagem rápida, a redução do tempo do ciclo de desenvolvimento o aumento da qualidade do produto e melhoria no design e sua previsão de manufatura, o resultado deste relatório mostrou que, com base nos requisitos avaliados, a tecnologia FDM é a que apresenta o melhor custo benefício, apresentando ainda a vantagem de poder ser instalada em ambientes não industriais, tais como laboratórios de desenvolvimento de produtos e universidades.
ABSTRACT
This report presents the results of the compulsory curricular internship period of 180 hours, where it was developed a project that uses rapid prototyping through the FDM (Fused Deposition Modeling) process as an aid to the PDP (Process and Product Development). The study seeks to guide the importance of rapid prototyping by the FDM process to verify and validate the development of injected parts, reducing costs with change of definitive tool. Understanding the mentioned process and its material characteristics, its costs, speed and the precision of prototyping it is the beginning of the use of this process. To analyze how it is possible by using rapid prototyping, the reduce of development cycle time, the increase of product quality and design improvement and manufacture forecast, the result of this report showed that, based on the requirements assessed, FDM is the one that presents the best cost benefit, with the advantage of being able to be installed in non-industrial environments, such as product development laboratories and universities.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Conceito de manufatura por camada ... 13
Figura 2: Princípio do processo FDM ... 20
Figura 3: Representação esquemática de uma camada de material sendo depositado no processo FDM com alguns dos parâmetros de controle ... 22
Figura 4: Difusor de ar obtido pelo processo FDM ... 23
Figura 5: Matemática utilizada para realização do protótipo em FDM ... 24
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Características do processo FDM ... 23 Tabela 2: Check-List definição do método de RP ... 25 Tabela 3: Controle de investimento de ferramental entre 2012-2016 na Resfri Ar ... 27
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
RP - Rapid Prototyping
SRP - Subtractive Rapid Prototyping CAD - Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
FDM - Modelagem por deposição de material fundido PLA - Polylactic Acid
ABS - Acrinolitrila Butadieno Estiteno
PDP - Processo e desenvolvimento de produtos 2D - Duas Dimensões
3D - Três Dimensões PC - Policarbonato
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 12
1.1 PROTOTIPAGEM RÁPIDA COMO PROCESSO DE FABRICAÇÃO ... 12
1.2 PRINCÍPIO DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA ... 12
1.3 PROCESSO E DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO ... 13
2 HISTÓRICO DA ORGANIZAÇÃO ... 15
2.1 SITUAÇÃO PROBLEMÁTICA ... 16
2.2 LIMITANTES PARA O DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ... 16
2.3 OBJETIVOS ... 16 2.3.1 Objetivo Geral ... 17 2.3.2 Objetivos Específicos... 17 2.4 JUSTIFICATIVAS ... 17 2.4.1 Oportunidade do Projeto ... 17 2.4.2 Importância do Projeto ... 18 3 PESQUISA BIBLIOGRÁFICA ... 19 3.1 PROTÓTIPO ... 19
3.2 MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO (FDM) ... 20
4 METODOLOGIA PROPOSTA ... 24 4.1 SELEÇÃO DA TECNOLOGIA FDM ... 25 4.2 PROTÓTIPO DIFUSOR DE AR ... 26 4.3 ANÁLISE E RESULTADOS ... 27 5 CONCLUSÕES... 28 BIBLIOGRAFIA ... 29
1 INTRODUÇÃO
1.1 PROTOTIPAGEM RÁPIDA COMO PROCESSO DE FABRICAÇÃO
Nos últimos anos, a intensificação da concorrência, aliada à crescente complexidade dos produtos fabricados, tem sido exigidos das empresas alterações substanciais no PDP, visando reduzir o tempo total de desenvolvimento, juntamente com o aumento de qualidade e competitividade. Estas alterações envolvem tanto aspectos de gestão do processo de desenvolvimento, como também o emprego de novas técnicas e ferramentas computacionais para projeto, análise, simulação e otimização dos componentes fabricados. Muitas vezes, a garantia de sucesso comercial de um produto está associada à habilidade da empresa em identificar a necessidades dos clientes e imediatamente desenvolver produtos que atendam satisfatoriamente a essas necessidades. Dentre todas as atividades envolvidas no PDP, a utilização de protótipo físico é essencial para melhorar a comunicação entre os envolvidos no processo, bem como reduzir a possibilidade de falhas e melhorar a qualidade do produto.
1.2 PRINCÍPIO DA PROTOTIPAGEM RÁPIDA
O protótipo de um produto ou componente é parte essencial no seu processo de desenvolvimento, pois possibilita que a análise de sua forma e funcionalidade seja feita numa fase anterior à produção de ferramental definitivo.
A RP pode ser definida como um processo de fabricação através da adição de material em forma de camadas planas sucessivas, isto é, baseado no princípio da manufatura por camada, conforme ilustrado na figura 1. Esta tecnologia permite fabricar componentes (protótipos, modelos, etc.) físicos em 3D, com informações obtidas diretamente do modelo geométrico gerado no sistema CAD, de forma rápida, automatizada e totalmente flexível.
O processo inicia com modelo 3D da peça no CAD sendo “fatiado” eletronicamente, obtendo-se curvas de níveis 2D que definirão, em cada camada, onde existe ou não material a
13 ser adicionado. Estas camadas serão então processadas sequencialmente, gerando-se a peça física através do empilhamento e aderência das mesmas, iniciando na base e indo até o topo da mesma.
Figura 1: Conceito de manufatura por camada
Fonte: (ALMEIDA, 2007)
1.3 PROCESSO E DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO
Falhas em projetos de protótipos de montagens são comuns em muitas áreas, não é diferente no setor Metalúrgico.
A média de itens por projetos, considerando que este seja de um climatizador, é de aproximadamente 50 itens (fonte: Empresa do segmento Metalúrgico). A probabilidade de ocorrer erros em um projeto deste porte é alta, pois projetos são feitos por pessoas, que estão a todos os momentos sujeitos a erros.
A fase de protótipo é justamente feita, para evitar erros na eventual liberação do determinado produto para a produção. Porém, erros constantes e repetitivos, ainda que na fase de protótipo, atrasam os prazos dos projetos e ultrapassam os custos planejados para o projeto. Conhecimento e a capacidade de resposta às necessidades do mercado, são ativos valiosos que as empresas utilizam para estarem competitivas em um mercado que exige uma grande variedade de produtos de qualidade, com tempo e custo reduzidos, para isso as empresas estão utilizando as novas tecnologias de informação para integrar vários setores das organizações por meio do conhecimento dos indivíduos e de tecnologias e equipamentos, capazes de promover e interpretar os resultados desta integração.
A integração e a rapidez entre as várias fases do desenvolvimento de produtos são sem dúvida elementos chaves na competitividade entre as empresas. Assim, a passagem rápida do conceito do produto à produção é sem dúvida uma ferramenta de competitividade, que a prototipagem por meio de sistema FDM, oferece as empresas como meio determinante para o sucesso do desenvolvimento de novos produtos.
Durante o trabalho foram realizados estudos e aplicação do processo FDM no PDP, esta ferramenta racionalizará o alto investimento de projeto de um difusor de ar para o climatizador, simulando montagem, interferências de componentes e validando o teste de desempenho de vazão de ar do climatizador, situação que antes só era evidenciada após a execução do ferramental em definitivo.
Com a oportunidade de prevenir possíveis erros, há uma grande chance de o produto ser executado certo da primeira vez. Se ganha em tempo e economia no custo do projeto, um projeto bem executado poderá ter uma redução tão significativa que há possibilidade de o custo projeto ficar abaixo da metade do planejamento. Assim é possível investir em tecnologias mais avançadas para obter um produto com um bom potencial e um ótimo diferencial em comparação aos projetos executados sem o auxílio do FDM.
15 2 HISTÓRICO DA ORGANIZAÇÃO
Fundada em Agosto de 1998 na cidade de Vacaria - RS, a Resfri Ar iniciou suas atividades fabricando climatizadores de ar para caminhões. Posteriormente, ampliou sua produção para a linha agrícola e também para veículos especiais. Além disso, a empresa atua no segmento de geladeiras para caminhões, calibradores de pneus e outros acessórios automotivos como, itinerários, reservatórios d’agua e escadas, atendendo por meio de sua diversificada linha de produtos, a alta demanda nacional e internacional. A Resfri Ar destaca-se pelo compromisso em oferecer destaca-sempre produtos de qualidade superior.
A qualidade Resfri Ar é consequência do investimento constante em novos produtos, na melhoria de processos e na aquisição de máquinas e tecnologias de ponta. O investimento em novas fábricas e na atração e retenção de recursos humanos possibilita que a empresa atenda a evolução do setor automobilístico. A qualidade tem sido fundamental para o crescimento da empresa, que desde seu início conquistou novos mercados e a confiança dos seus clientes, por meio do alto nível de serviço: resposta ágil, eficiência e respeito em suas relações de negócios.
O crescimento da Resfri Ar requereu também o crescimento de sua rede de distribuição. Hoje existe mais de 1.200 pontos de venda e assistência técnica em todo o Brasil, além e contar com representações em países da América Latina, Europa e Ásia. Toda a rede conta com profissionais tecnicamente capacitados para oferecer o melhor ao cliente.
Por meio do seu sistema de Gestão Integrada de Normas, a Resfri Ar tem como princípio a produção com qualidade, o cuidado com o meio ambiente e o zelo pela saúde e segurança dos seus colaboradores. Por esses motivos em 2002, a Resfri Ar conquistou a certificação ISO 9001, em 2009 conquistou a ISO TS 16949 e, em 2012, a ISO 14001. Todas essas conquistas, além de buscar a continuidade do desempenho da empresa e da satisfação do atendimento ao cliente, também reforça nosso padrão de qualidade reconhecido mundialmente, fortalecendo e estimulando importantes parcerias em novos mercados, inclusive com as maiores montadoras mundiais de veículos.
2.1 SITUAÇÃO PROBLEMÁTICA
Nos últimos projetos realizados pela empresa Resfri Ar Climatizadores, houve um custo significativo com relação à revisão e ou alteração de produto por questões funcionais ou aparência, onde o projeto era desenvolvido e análises eram realizadas somente por software CAD/CAM sem o investimento da tecnologia de prototipagem rápida.
2.2 LIMITANTES PARA O DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Os principais limitantes impactam em investimento para confecção do protótipo, onde será necessário o desenvolvimento do protótipo virtual utilizando o software CAD/CAM onde este é realizado pelos projetistas da Resfri Ar e posteriormente ocorre o envio para empresas que utilizam o método de FDM para orçar o desenvolvimento de protótipos físicos, ou investimento em uma impressora 3D para análise dos componentes onde a empresa tem o valor de investimento, porém o custo do protótipo por peça reduz significativamente e a confidencialidade do projeto é mantida até o lançamento do produto no mercado.
2.3 OBJETIVOS
17 2.3.1 Objetivo Geral
O Objetivo geral do relatório é desenvolver um projeto de prototipagem rápida para PDP, otimizando o produto antes da liberação da confecção da matriz definitiva.
2.3.2 Objetivos Específicos
a) Medir as principais variáveis do PDP;
b) Medir os custos com alteração de ferramental definitivo; c) Desenvolver o protótipo;
d) Analisar causas relacionadas às alterações de produto (visual ou funcional); e) Tempo de fabricação;
2.4 JUSTIFICATIVAS
2.4.1 Oportunidade do Projeto
O Projeto de implementação do processo de FDM para PDP, racionaliza e reduz o tempo do lançamento do produto final, onde etapas de validação do projeto, como montagens, ensaios de performance, interferências com outros itens são realizadas antes de se ter a peça definitiva, não comprometendo os prazos de lançamento do produto e reduzindo ou até mesmo eliminando os custos de alteração de ferramental.
2.4.2 Importância do Projeto
Na confecção do modelo, primamos pela precisão geométrica e acabamento visual. Depois de confeccionado o modelo, é feita uma revisão que resulta na melhoria de algumas características de design e na correção de alguns erros que otimizam o produto e processo. Todo esse procedimento garante que não ocorra a necessidade de retrabalho do molde definitivo, pois moldes de injeção tem seu custo elevado e alteração depois de finalizado torna-se critica pela concepção que o mesmo foi desenvolvido e dependendo do nível de alteração a matriz se torna obsoleta pois não é viável alterar devido ao alto custo e sim desenvolver uma nova.
19 3 PESQUISA BIBLIOGRÁFICA
3.1 PROTÓTIPO
Para auxiliar a criação de novos produtos é comum utilizar modelos tridimensionais (3D), servindo como forma de avaliar algumas características do projeto em desenvolvimento. Basicamente, existem dois tipos de modelos 3D: não funcionais e funcionais. O não funcional geralmente recebe o nome de maquete, mock-up ou simplesmente modelo. Enquanto o funcional é chamado de protótipo.
O protótipo é um modelo funcional – físico ou virtual - do produto usado para testes práticos, que devem ser feitos antes da produção industrial. Seu objetivo é permitir que se encontre possíveis erros não previstos no projeto. Caso seja encontrado algum problema, modificações são feitas e é construído um novo protótipo, que deverá ser testado novamente. Esse processo se repete sucessivamente até ele funcionar de acordo com suas especificações. Uma vez que isso acontece, o produto está pronto para ser produzido em larga escala (BARACAT, 2009).
Com a utilização do protótipo é possível verificar as falhas de projeto antes que o produto seja comercializado, ou antes, que o processo seja instalado definitivamente. Pois é muito mais caro corrigir vários lotes de produtos já comercializados, á corrigir um lote protótipo do mesmo produto em questão. Por este motivo que o protótipo é uma ferramenta indispensável no PDP.
Protótipo é uma forma inteligente de verificar o produto ou seus processos de fabricação. A utilização do protótipo reduz custos de manutenção do produto final, o chamado
3.2 MODELAGEM POR FUSÃO E DEPOSIÇÃO (FDM)
Para este processo, o material utilizado para fabricação do produto se encontra no estado sólido, podendo ainda estar sob a forma de filamento, lâmina ou fundido para ser depositado. A diferença destes processos com relação aos processos baseados em líquido é pequena (VOLPATO, 2007).
O processo de FDM constrói o protótipo por deposição de um material extrudado. A cabeça de extrusão com movimentos nos eixos X-Y, posicionada sobre a mesa com movimento no eixo Z, recebe continuamente o material na forma de fio, aquecendo-o até o ponto semilíquido ou pastoso. O próprio filamento de material sendo tracionado funciona como êmbolo no início do sistema de extrusão para expulsar o material por um bico calibrado. Quando o filamento fino de material extrudado entra em contato com o material da superfície da peça, ele se solidifica e adere à camada anterior. A mesa, que é constituída de um mecanismo elevador, desloca no eixo Z o valor referente à espessura de uma camada a ser depositada e o processo é repetido até que a peça seja construída. A figura 2 apresenta o esquema de funcionamento desta tecnologia (VOLPATO, 2007).
Figura 2: Princípio do processo FDM
21 A tecnologia FDM necessita da criação de estrutura de suporte, possibilitando a construção de partes que não estejam conectadas às primeiras camadas. Caso não houvesse o suporte estas partes não teriam apoio e não seria possível sua construção, uma vez que o bico depositaria material em um espaço vazio. Sendo assim, a máquina FDM possui um bico extrusor adicional exclusivo para a adição dos suportes. Existem ataualmente dois tipos de materiais de suporte, com sistemas de remoção diferentes após processo. Em um sistema, o material do suporte é mais frágil do que o da peça , sendo facil retirada após a finalização do processo por uma operação manual. Num sistema mais recente, o material de suporte permite a sua remoção por imersão em solução líquida aquecida (VOLPATO, 2007).
Para a fixaçao da peça na base ou substrato e visando também garantir uma superficie plana para iniciar a desposição da peça, é necessário depositar algumas camadas de material de suporte sobre a superficie da base (poliuretano poroso, rígido ou placa de policarbonato) (VOLPATO, 2007).
Os seguintes materiais estão atualmente disponíveis para a construção de protótipo neste processo: Cera, poliéster, ABS, policarbonato (PC) (VOLPATO, 2007). Pode-se destacar o polímero PLA biodegradável.
Alguns dos principais parâmetros possíveis de serem controlados no processo são: a espessura de camada, espessura do filamento no preenchimento e contorno os espaços (gaps) entre filamentos depositados, ângulo de inclinação das linhas de raster (para o caso desta estratégia) e alternância deste ângulo entre camadas sucessivas. A Figura 3 apresenta uma representação esquemática destes parâmetros. Também são importantes as temperaturas de extrusão (temperatura ajustada no bico de extrusão da máquina) e temperatura de envelope (temperatura ajustada no interior da câmara de construção da máquina) (VOLPATO, 2007). A figura 4 apresenta o protótipo obtido desta tecnologia.
Figura 3: Representação esquemática de uma camada de material sendo depositado no processo FDM com alguns dos parâmetros de controle
Fonte: adaptado de (VOLPATO, 2007) Algumas vantagens segundo Volpato (2007)
Permite a fabricação de peças que podem, em alguns casos, ser utilizadas em testes funcionais. Segundo Kai et al (2003), as peças produzidas pelo processo FDM possuem até 85% da resistência das peças obtidas pelo processo de injeção com o mesmo material.
Não requer pós-cura dos materiais.
Não utiliza laser.
Pode ser utilizado em ambiente de escritório. Algumas deficiências segundo Volpato (2007)
A precisão do processo não é muito alta.
Necessita de suporte em regiões não conectadas.
Necessita pós-processamento para remoção dos suportes. Para o caso de suporte removível manualmente, algumas regiões pequenas e de difícil acesso podem dificultar bastante ou até impedir a remoção completa. Para o suporte solúvel, esse tipo de problema não mais existe.
23
A velocidade do processo é lenta e limitada pela taxa de fluxo do material na cabeça de extrusão por um único bico para preencher toda a área de cada camada da peça.
Figura 4: Difusor de ar obtido pelo processo FDM
Fonte: O autor
Tabela 1: Características do processo FDM
Processos Baseados em Sólido
Características FDM
Empresa Stratasys
Custo inicial de aquisição Médio
Custo do material Alto
Custo do protótipo Médio
Precisão Média
Variedade de materiais Média Velocidade de construção Baixa Resistência mecânica Média
Cuidados especiais com ambiente de instalação Gera um pouco de calor; Equipamentos maiores necessitam de mais espaço Necessidade de suporte Sim
Acabamento superficial Regular Protótipos em cores Sim. Monocromáticos Perda de material (reutilização do material não
processado) Somente há perda do material do suporte Necessidade de pós-processamento Sim. Retirada de suportes Tamanho máximo de peças (mm) 600 x 500 x 600
4 METODOLOGIA PROPOSTA
A principal etapa de elaboração de um trabalho é a determinação das ferramentas de pesquisa a serem utilizadas. Sendo assim, foi necessário o estabelecimento das técnicas mais adequadas ao tipo de investigação empregado. Partindo dessa definição, este trabalho foi utilizado um método comparativo e um método de pesquisa bibliográfica para revisão de literatura em diversos suportes, como livros, artigos científicos, sítio da internet, entre outros.
Neste trabalho, foi comprado o PDP utilizando o método de prototipagem FDM e sem a utilização do mesmo. A metodologia utilizada pode ser descrita em três fases. Na primeira fase foram selecionados os critérios para comparação dos dois métodos o com RP e o sem RP: custo, tempo, qualidade e flexibilidade. O modelo foi gerado com o software CAD/CAM e representa um difusor de ar do climatizador com design diferenciado, conforme figura 5. Foi construído um Protótipo Rápido com tecnologia FDM, através da empresa Prototec. Optou-se por essa forma geométrica a fim de possibilitar a averiguação das dificuldades para a construção da peça.
Como critério para avaliação da aparência final do protótipo, não foi estabelecido nenhum teste específico. Este quesito foi avaliado somente pela observação crítica de cada um dos protótipos. Na observação dos protótipos, pudemos verificar que os construídos com tecnologia FDM, possuem uma aparência final muito satisfatória, pelo fato de terem sido construídos em bloco único e por tanto não existirem emendas de peças.
Figura 5: Matemática utilizada para realização do protótipo em FDM
25 4.1 SELEÇÃO DA TECNOLOGIA FDM
A seleção da melhor tecnologia de prototipagem rápida, geralmente vem do tempo disponível para a execução do protótipo e o custo que esse processo irá significar dentro da execução do projeto, mas principalmente deve-se levar em consideração a utilidade desse protótipo dentro do desenvolvimento do produto. Conhecendo-se os fatores relacionados no item anterior e as questões de utilização é possível definir qual tecnologia de prototipagem rápida foi mais útil na execução do projeto em questão.
Para definição foi necessário responder aos seguintes questionamentos (tabela 2): a) Para que o protótipo foi construído;
b) Tamanho da peça a ser prototipada;
c) Recursos disponíveis para a fabricação do protótipo; d) Tempo disponível para a fabricação do protótipo; e) Precisão desejada;
f) Acabamento superficial.
Tabela 2: Check-List definição do método de RP
Fonte: Adaptado de (JUNIOR, 2008)
Requisitos / Relevância Muito Relevante Relevante Pouco Relevante Observações Para que o protótipo será
construído?
Material a ser simulado Tamanho da peça protótipo Verba disponível para o protótipo Tempo disponível para o protótipo
Precisão desejada no protótipo Detalhes complexos a serem detalhados no protótipo Acabamento superficial
4.2 PROTÓTIPO DIFUSOR DE AR
No ano de 2016 a empresa percebeu a necessidade de fazer melhorias no seu produto, os pré-requisitos eram, otimização do fluxo de ar na saída do equipamento e melhorias estéticas, para isso, iniciou-se o desenvolvimento de um novo modelo de difusor de ar, conforme apresentado na figura 29.
O processo de desenvolvimento atual é baseado no modelamento 3D, fabricação de protótipo, testes das peças prototipadas, etapa de ajustes e fabricação do ferramental de injeção, testes das peças injetadas e etapa de ajustes do ferramental. A fabricação do protótipo passou a ser executada pelo conceito de prototipagem rápida partindo-se diretamente do modelamento 3D.
Este estudo visa analisar os custos e o tempo despendidos para o desenvolvimento: a) tempo para fabricação do protótipo: 10 horas
b) custos para fabricação do protótipo: R$650,00
c) tempo para testes e possíveis alterações no protótipo: 12 horas d) tempo para fabricação do ferramental: 120 dias
e) custos para fabricação do ferramental: R$180.000,00 f) tempo para testes e possíveis alterações: 30 dias
g) custos para testes e possíveis alterações do ferramental: R$1.200,00 Figura 6: Matemática base utilizada para confecção do protótipo difusor S7
27
4.3 ANÁLISE E RESULTADOS
Analisando os dados expostos a cima, cheguei as seguintes conclusões, que o uso da tecnologia de RP no processo de desenvolvimento de produto auxilia na resolução de possíveis problemas da modelagem 3D, onde estes problemas só seriam evidenciados após a fabricação do ferramental caso o protótipo fosse confeccionado de forma manual. Com isso acaba-se minimizando a geração de retrabalhos, que possuem custos elevados, podendo chegar acima de 50% do valor total do ferramental, em outros casos necessita-se refazer por completo o molde (tabela 3).
Tabela 3: Controle de investimento de ferramental entre 2012-2016 na Resfri Ar
NOME DO MOLDE ANO DE
FABRICAÇÃO VALOR DO FERRAMENTAL VALOR COM ALTERAÇÕES MI DIFUSOR DE AR S6** 2012 R$ 200.000,00 R$ 20.000,00 MS RESERVATÓRIO P2566 VOLVO 2014 R$ 150.000,00 R$ 80.000,00 MI MOLDURA MB ACTROS LTA 2015 R$ 194.000,00 R$ 20.000,00 MI SUPORTE FIAÇÃO 2015 R$ 59.000,00 R$ 3.000,00 MI SUPORTE CONECTOR 2015 R$ 73.500,00 R$ 2.500,00 BANDEJA ARMAZENAMENTO 2015 R$ 67.000,00 R$ 5.450,00 MI PAINEL P2566 VM* 2015 R$ 110.000,00 R$ 0,00 MI CHASSI P2566 VM 2015 R$ 100.600,00 R$ 11.200,00
MI CUSHION UPPER VOLVO* 2016 R$ 32.000,00 R$ 0,00
MI ABRAÇADEIRA MOTOR 2016 R$ 25.000,00 R$ 5.200,00
Fonte: O autor
* Ambos os projetos foram realizados prototipagem rápida e não tiveram custos com alterações na matriz definitiva, o que destaca a importância desta tecnologia.
5 CONCLUSÕES
O estudo destacou como a tecnologia de prototipagem rápida pode contribuir para os processos e desenvolvimentos de produtos. Além disso, por meio deste estudo realizado procurou-se estabelecer a importância da RP na concepção de novos produtos, reduzindo com esta definição o tempo de ciclo de desenvolvimento e aumentando a qualidade de pré-produção de um produto.
Foi analisada a tecnologia de Prototipagem Rápida FDM e foram estabelecidas as diretrizes para a tomada de decisão desta tecnologia utilizada no projeto. Entretanto, nesta busca o que ficou evidente é que é necessário levantar informações e definir os objetivos da construção do protótipo para que seja estabelecido o processo a ser utilizado. Cada produto passa pelo processo de desenvolvimento necessitando de protótipos ao longo deste ciclo, portanto, para cada fase há uma tecnologia que melhor se adéqua as necessidades. Deve-se avaliar o quanto se pretende gastar, o tempo disponível, a qualidade superficial exigida, a resistência mecânica e a precisão dimensional, em fim é a aplicação do protótipo que definirá qual a tecnologia a ser utilizada.
Observando os resultados dos testes realizados com os protótipos construídos a partir da tecnologia de FDM, foi possível identificar diferenças que determinam a importância desta tecnologia na fase do projeto.
Levando em consideração o fator estratégico de custo, qualidade e flexibilidade podemos adotar a tecnologia FDM. Portanto, o essencial é determinar previamente que características são consideradas estratégicas para o projeto específico e então, fazer a escolha criteriosa da tecnologia empregada. Com o surgimento de tecnologias de RP cada vez mais baratas torna-se viável para algumas empresas internalizar este processo, reduzindo ainda mais o fator custo de protótipo e garantindo uma confidencialidade de projeto.
29 BIBLIOGRAFIA
ALMEIDA, W. D. OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE PROTÓTIPOS FABRICADOS PELA TECNOLOGIA FDM UTILIZANDO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS. Universidade de São Paulo. São Carlos, p. 110. 2007.
BARACAT, L. R. A UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE PRO/ENGINEER WF COMO FERRAMENTA PARA AUXÍLIO NA CONFECÇÃO DE PROTÓTIPOS. Faculdade Tecnológica da Zona Leste. São Paulo, p. 49. 2009.
MACEDO, G. M. A. COMPARAÇÃO DE DUAS DIFERENTES TECNOLOGIAS DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA NA CONCEPÇÃO DE NOVOS PRODUTOS: ESTEREOLITOGRAFIA E MODELAGEM POR DEPOSIÇÃO DE MATERIAL FUNDIDO (FDM) - UM ESTUDO DE CASO. Juiz de Fora-MG. 2016.
STRATASYS. www.stratasys.com.br. Stratasys. Disponivel em: <http://www.stratasys.com/br/impressoras-3d/technologies/fdm-technology>. Acesso em: 09 setembro 2016.
VOLPATO, N. Prototipagem rápida: Tecnologias e aplicações. 1ª edição. ed. São Paulo: Blucher, 2007.
WWW.PROTOFAST.COM.BR. Protofast. Disponivel em:
<http://protofast.com.br/blog/2014/11/03/extrusao-de-material-material-extrusion/>. Acesso em: 10 setembro 2016.
WWW.STRATASYS.COM.BR. Stratasys. Disponivel em:
<http://www.stratasys.com/br/impressoras-3d/technologies/fdm-technology>. Acesso em: 09 setembro 2016.
