[pt] O presente trabalho propõe um novo tipo de ligação entre perfis pultrudados que não exija furação do material, seja leve e fabricado por manufatura aditiva. Para isso, fez-se uma revisão do estado da arte no âmbito das ligações entre perfis de compósitos, abordando ligações parafusadas simples, cujos parafusos estão sujeitos apenas ao corte, bem como as ligações semirrígidas, que são menos contempladas pela literatura atual. Além disso, tratou-se do uso de otimização topológica em componentes mecânicos voltados à impressão 3D. Posteriormente, define-se a geometria básica do componente proposto e o respectivo modelo numérico adotado no processo de otimização topológica, expondo todas as condições de contorno, carregamento e otimização. A fim de verificar experimentalmente o comportamento do componente apresentado, ensaios momento-rotação foram realizados em três grupos, sendo um composto por exemplares com a geometria original básica e os demais por componentes otimizados (com e sem reforço). Por fim, foi observado que o caminho de fibras estabelecido foi coerente com as solicitações às quais o componente está submetido, haja vista a maior eficiência manifestada pelo aumento de resistência e rigidez por unidade de massa. A mesma constatação se aplica ao processo de otimização e ajuste. No mais, a utilização do reforço com fibras implicou numa maior repetibilidade na resposta mecânica da ligação. / [en] The current work proposes a new type of joint between pultruded profiles that does not require drilling, is lightweight and build by additive manufacturing. To accomplish that, a state of art review on pultruded profiles joints was carried, addressing simple bolted joints which have their bolts only subjected to shear, as well as semi-rigid joints. Besides, the use of topology optimization on 3D-printed mechanical components is also addressed. Posteriorly, the basic geometry of the proposed component is defined and its respective numeric model used within the topology optimization, presenting their boundary, load and optimization conditions. In order to experimentally verify the behaviour of the component, moment-rotation tests were carried in three groups, namely, the original geometry group, the simple optimized group and the reinforced optimized group. In the end, it was observed that the defined fibre path is consistent with the stresses acting within the component, regarding the greatest efficiency shown in terms of strength and stiffness per unit mass for the reinforced specimens. The same applies to the optimization and adjusting processes. Furthermore, the use of fibre reinforcement led to a greater repeatability of mechanical response.

[pt] O objetivo deste trabalho foi estudar a influencia das condições da impressão 3D nas propriedades finais do polietileno de alta densidade usando a modelagem por fusão e deposição, FDM. Foram impressos protótipos com formato de corpos de prova para teste de tração tipo V segundo norma ASTM D638, a três temperaturas de processamento: 220, 240 e 260 Graus Celsius. Para a impressão das amostras foram mantidos constantes os parâmetros de controle, entre eles a espessura da camada de impressão. As amostras impressas foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia infravermelha, calorimetria diferencial de varredura, análise termogravimétrica, ensaio de tração, índice de fluidez e teste de contração. Os resultados das caracterizações das amostras impressas foram comparados com os resultados do material sem processar, cujas propriedades foram obtidas usando os mesmo métodos de caracterização. Estes resultados demostraram que as condições de impressão por FDM empregadas neste trabalho causaram apenas uma leve mudança nas características estruturais das amostras processadas do PEAD em relação ao material original sem processamento. Houve um leve aumento da cristalinidade no PEAD impresso (em torno de 1,3 a 3 porcento). Além disso, foi comprovado que por causa do resfriamento desigual na superfície e no interior da amostra impressa, o grau de cristalinidade foi levemente maior no interior que na superfície do corpo de prova impresso. A leve mudança no grau de cristalinidade não foi suficiente para causar mudança no módulo de elasticidade e no limite de escoamento em relação ao PEAD original. Outros resultados demostraram que não houve mudança significativa envolvendo formação de ligações duplas, quebra de cadeias e degradação térmica por efeito da condição do processamento utilizada durante a impressão. / [en] The aim of this work was to study the influence of process conditions for 3D printing on the final properties of prototypes of high density polyethylene (HDPE) using the method of the fused deposition modeling. Prototypes for type-V tensile testing according to ASTM D 638 were printed; They were made to three processing temperatures: 220, 240 and 260 Celsius degree. Control parameters for printing were kept constant in all the samples. The printed samples were characterized by X – ray diffraction, infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, tensile test, melt flow index test, and, shrinkage test. The results of the characterization of the printed samples and of the original material were compared. These results demonstrated that the printing conditions employed in this study caused a slight change in the structural characteristics of the printed samples compared to the unprocessed original material, there being a slight increase in crystallinity (about 1,3 to 3 percent) for HDPE which was printed. In addition, it has been proven that the degree of crystallinity was slightly greater on the inside that on the surface of the printed samples, because of uneven cooling on the surface and inside of these samples. The slight change in the degree of crystallinity was not enough to cause change in the elastic modulus and yield strength compared to the original HDPE. Other results showed that there was not significant change involving bond formation, break chains, and, thermal degradation by the effect of the processing conditions used during printing.

[pt] As tecnologias digitais de fabricação por adição ou subtração têm em si um potencial ainda inexplorado pela indústria joalheira. Por isso, essa dissertação tem como objetivo avaliar as vantagens técnicas e comerciais que podem incentivar a transformação no seu uso pela indústria de joias, inclusive apontando exemplos de iniciativas internacionais e nacionais, estas últimas centradas no Estado do Rio de Janeiro, assinalando assim as razões de seus sucessos e falhas. Através de uma pesquisa bibliográfica se busca determinar as bases históricas e especificações técnicas dos principais processos de produção tradicionais (técnicas manuais tais como o repuxo, a cinzelagem, a modelagem e fundição por cera perdida, entre outras) e digitais (impressão 3D, escaneamento 3D e modelagem digital), para, nesse contexto, seguir-se à experimentação com as tecnologias mais novas, como forma de se buscar a comprovação da existência do potencial técnico e comercial destas tecnologias para o setor joalheiro fluminense que justifiquem essa inovação. / [en] The digital manufacturing technologies by addition or subtraction of material holds an unexplored potential for the jewellery industry. Therefore, this dissertation aims to assess the technical and commercial advantages that can encourage the transformation of its use by the jewellery industry, pointing out examples of international and national enterprises, the latest centered in the Brazilian State of Rio de Janeiro, thus signalizing the reasons of their successes and failures. Through a literature research this work pursuits the historical foundations and the technical specifications of the traditional manual techniques (such as repoussé, chasing, lost wax casting, among others) and digital manufacturing processes (3D printing, 3D scanning and 3D modelling), for, in this context, experimenting with the newest technologies, as a way to seek evidence of its technical and commercial potential for the jewellery industry in Rio de Janeiro that justifies the innovation.

[pt] A embalagem está no centro de questões de sobrevivência alimentar para mais de sete bilhões de pessoas no mundo. A presente pesquisa tem uma característica exploratória, voltada a investigar se as novas tecnologias digitais (especialmente microtomografia e impressão 3D) potencializam as abordagens de pensar e projetar embalagem por meio de analogias entre biologia e design (Biomimética). Tem também, uma característica experimental, objetivando estimular a criação e prototipação de conceitos inovadores biomiméticos para embalagem de alimentos. Os métodos utilizados foram: pesquisa bibliográfica, documental e de campo; entrevistas com especialistas (biólogos); coleta de materiais biológicos (especialmente frutos) e experimentação - que foi realizada em dois momentos: Experimento A, onde aplicou-se o pensamento biomimético baseado na abordagem Biologia para Projetar (Biomimicry 3.8, 2007), sem uso de novas tecnologias e Experimento B, onde aplicou-se o mesmo pensamento, porém com uso de novas tecnologias (microtomografia e impressão 3D). Graças ao processo de design exploratório e experimental, chegou-se a um conceito de design, que foi resultado de um desdobramento das analogias geradas entre biologia (vagem do amendoim) e design (embalagem). Ele propõe um sistema biomimético inovador para embalagem de alimentos que: aumenta a proteção e conservação, reduzindo o desperdício, permite adaptação a diferentes formatos e dimensões do conteúdo a ser embalado e otimiza o uso de materiais e processos. O resultado final alcançado faz-nos vislumbrar uma série de desdobramentos dessa pesquisa, principalmente ao que se refere à viabilidade técnica e implementação industrial do sistema criado, a fim de que seu uso possa ser generalizado em larga escala e, desta forma, contribuir para gerar impacto positivo nas questões contemporâneas de acesso e preservação de alimentos. / [en] The packaging is at the heart of food survival issues for more than seven billion people in the world. This research has an exploratory characteristic, aimed to investigate whether the new digital technologies (specially microtomography and 3D printing) potentializes the approaches of thinking and designing packaging through analogies between biology and design (Biomimicry). It also has an experimental feature, aiming to stimulate the creation and prototyping of biomimetic concepts for innovative food packaging. The methods used were: bibliographical research, documentary and field; interviews with experts (biologists); collection of biological materials (especially fruit) and trial - which was held in two stages: Experiment A, which applied the biomimetic based thinking approach Biology to Design (Biomimicry 3.8, 2007), without the use of new technologies and Experiment B, where we applied the same thought, but with the use of new technologies (microtomography and 3D printing). Thanks to the exploratory process of and experimental feature, this research came to a design concept, which was the result of a breakdown of analogies generated between biology (pod peanuts) and design (packaging). He proposes an innovative system for Biomimetic package for foods which: increase the protection and conservation, reducing waste, allows adaptation to different shapes and dimensions of the content and optimizes the use of materials and processes. The end result achieved makes us glimpse a number of developments of this research, especially when it comes to the technical feasibility and industrial implementation of the system introduced in order to allow its use to be widespread on a large scale and thus help to generate positive impact on contemporary issues of access and preservation of food.

[pt] Esta pesquisa se propõe a uma investigação exploratória na utilização de resíduos carbonizados, como matéria prima para reconstrução de peças perdidas no incêndio que, em setembro de 2018, destruiu parte do acervo do Museu Nacional (MN) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), através de tecnologias de Manufatura Aditiva. O que tornou este trabalho possível foi a existência de arquivos digitais obtidos em pesquisas anteriores através de processos não invasivos e não destrutivos de obtenção de superfícies tridimensionais de diversas peças do acervo do museu. A principal contribuição se caracteriza pela possibilidade de recriar peças do acervo do museu, bem como agregar diferentes valores simbólicos aos objetos reproduzidos com resíduos provenientes do próprio MN, através de experimentos realizados com pesquisadores do Laboratório de Processamento de Imagem Digital do Museu Nacional, do Núcleo de Experimentação Tridimensional – NEXT da PUC Rio e do Instituto Nacional de Tecnologia. A pesquisa apresenta uma análise por Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS) de amostras desse material, com a identificação de sua composição, e segue três linhas de trabalho focadas em processos diferentes de Manufatura Aditiva, o que resultou no desenvolvimento de um filamento termoplástico extrudado, uma massa argilosa em pó e uma linha que combina processos de fabricação digitais e analógicos. As peças produzidas foram exibidas em exposições relacionadas ao Museu Nacional. / [en] This research proposes an exploratory investigation on the use of carbonized residues, as feedstock in Additive Manufacture technologies, for the reconstruction of pieces lost in the fire that destroyed part of Federal University of Rio de Janeiro National Museum(MN) s collection, in September 2018. This work was possible due to the existence of digital files, from previous researches, which were generated through non-invasive and non-destructive processes for obtaining threedimensional surfaces of several pieces from the museum s collection. The main contribution of this work is characterized by the possibility of recreating pieces which incorporate symbolic and imagetic affective aspects to objects reproduced with MN s fire accident residues, through experiments carried out by researchers both from Digital Image Processing Laboratory, of the National Museum, and the National Institute of Technology. This research presents an analysis by scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy spectroscopy (EDS) of samples of this material, identifying its composition, and it follows three guidelines focused on different Additive Manufacturing processes, which resulted in the development of an extruded thermoplastic filament, a clay powder and a line that combines digital and analog manufacturing processes. All used in the recreation of pieces shown in exhibitions related to the National Museum.

[pt] Os profissionais da construção civil vêm se tornando mais conscientes sobre seu papel no agravamento dos problemas ambientais, levando estes à procura de métodos e materiais que apresentem menos impacto ambiental. O uso de fibras vegetais como reforço vem sendo feito ao longo dos anos de forma a melhorar as propriedades mecânicas de compósitos, sendo estas de caráter renovável e biodegradáveis. A presente pesquisa visa a caracterização de biocompósitos para fabricação de habitações sociais de baixo impacto ambiental através do processo de moldagem por compressão das placas de vedação de tecido de fibra de juta e matriz de poliuretano vegetal e de impressão 3D de perfis e ligações de PLA e fibra vegetal de juta, sisal e rami. Para as placas moldadas por compressão foi feito um estudo da influência da direção da fibra nas propriedades mecânicas, constatando, através de ensaio de flexão monotônica, que a direção principal da fibra (urdume do tecido) apresenta a melhor resistência e maior rigidez, alcançando 37,2 mais ou menos 0,9MPa e 10,4 mais ou menos 1,1GPa, respectivamente. Analisando os efeitos à longo prazo, foi estudado o efeito da radiação ultravioleta nas placas, onde foram feitos ensaios em corpos de prova nas direções 0 graus e 90 graus expostos a uma lâmpada ultravioleta de 365nm por 3 (três) meses. Além disso, com os resultados dos ensaios foi possível aplicar a regra das misturas de forma inversa na determinação das propriedades da fibra e da matriz. Para os compósitos impressos 3D foi analisada a influência do tipo de fibra na resistência à tração e rigidez do material. Pelo ensaio à tração foram constatados aumentos significativos na resistência com o uso de fibras de rami (61,8 por cento) e sisal (110,8 por cento), chegando à resistência de 45,5 mais ou menos 6,1MPa e 59,3 mais ou menos 4,1MPa, respectivamente. / [en] Civil construction professionals have become more aware of their role in aggravating environmental problems, leading them to search for methods and materials that have less environmental impact. Vegetable fibers have been used as reinforcement over the years to improve the mechanical properties of composites, which are renewable and biodegradable. This research aims at the characterization of biocomposites for social housing manufacture with low environmental impact through the sealing plates compression molded process of jute fiber fabric and vegetable polyurethane matrix and 3D printing of PLA profiles and connections of jute, sisal, and ramie vegetable fiber. For the compression molded plates, a study was made to determine the influence of fiber direction on mechanical properties, noting, through a monotonic bending test, that the main fiber direction (warp of the fabric) has the highest resistance and stiffness, with 37.2 plus or minus 0.9MPa and 10.4 plus or minus 1.1GPa, respectively. Analyzing long term effects, the plates were exposed to ultraviolet radiation. In these tests, the specimens were exposed to a 365nm ultraviolet lamp during three months before being submitted to directional resistance trials in 0 degrees and 90 degrees. Furthermore, with the test results, it was possible to apply the mixing rule inversely to determine the fiber and matrix properties. For 3D printed composites, the influence of fiber type on the material s tensile strength and stiffness was analyzed. The tensile test found significant increases in strength with the use of ramie (61.83 percent) and sisal (110.80 percent) fibers, reaching a strength of 45.5 plus or minus 6.1MPa and 59.3 plus or minus 4.1MPa, respectively.

[pt] A manufatura avançada, mais especificamente a manufatura aditiva, tem sido explorada cada vez mais, desde o surgimento da chamada Indústria 4.0. As técnicas de impressão 3D, incluindo a grande diversidade de tecnologias e de materiais que podem ser utilizados, permitem uma grande gama de aplicações. Com o intuito de explorar mais e aprofundar os estudos ligados a este tema, esta pesquisa investigou as propriedades mecânicas do aço inoxidável PH1, fabricado numa impressora EOS M280 através do processo de sinterização de camadas por laser. Buscou-se explorar as características do material, identificando influências da forma de fabricação e comparando as suas propriedades medidas, com as que são informadas pelo fabricante da impressora e com materiais laminados similares encontrados no mercado. Os ensaios de tração, rugosidade, dureza, impacto, M.E.V. e fadiga foram selecionados considerando a obtenção das propriedades mais relevantes do material para a indústria das peças produzidas pela tecnologia. Os resultados medidos foram comparados com os obtidos pela manufatura tradicional, para que fosse possível analisar a viabilidade e confiabilidade de substituição do método de fabricação. Estes indicam que o material impresso é resistente e pode substituir peças obtidas pela manufatura tradicional, mas deve ser utilizado com algumas considerações pois este sofre grande influência da orientação de impressão. Adicionalmente, foi desenvolvido um roteiro de fabricação digital de peças de reposição, para permitir a fabricação de peças que, juntamente com os ensaios mecânicos realizados, permite a avaliação do caminho a ser seguido dentro da manufatura aditiva para cada peça. / [en] Advanced manufacturing, more specifically additive manufacturing, has been increasingly explored since the emergence of the so-called Industry 4.0. 3D printing techniques, including the great diversity of technologies and materials that can be used, allow a wide range of applications. In order to further explore and deepen the studies related to this topic, this research investigated the mechanical properties of PH1 stainless steel, manufactured in an EOS M280 printer through the laser layer sintering process. The characteristics of the material were explored, identifying influences of the form of manufacture and comparing its measured properties with those reported by the printer manufacturer and with similar laminated materials found on the market. The tensile, roughness, hardness, impact, M.E.V. and fatigue tests were selected considering obtaining the most relevant properties of the material for the industry of the parts produced by the technology. The measured results were compared with those obtained by traditional manufacturing, so that it was possible to analyze the feasibility and reliability of replacing the manufacturing method. These indicate that the printed material is resistant and can replace parts obtained by traditional manufacturing, but it must be used with some considerations as it is greatly influenced by the printing orientation. Additionally, a script for the digital manufacturing of spare parts was developed, to allow the manufacture of parts that, together with the mechanical tests performed, allows the evaluation of the path to be followed within the additive manufacturing for each part.

[pt] As tecnologias de manufatura para desenvolvimento de produtos evoluíram exponencialmente com o contínuo avanço dos algoritmos matemáticos e das interfaces de softwares cada vez mais intuitivos. Esse binômio potencializou a atual revolução digital, na qual se destaca a tecnologia de impressão 3D. Essa tecnologia cada vez mais acessível possibilita que usuários possam desenvolver protótipos físicos e até mesmo produzir por conta própria produtos para o mercado consumidor, atividade até então exclusiva das indústrias de manufatura. Uma das principais barreiras do processo ainda é o desenvolvimento de arquivos tridimensionais digitais, tornando-se necessário um entendimento específico na combinação do meio virtual com o meio físico. A compreensão do processo fomenta as diversas possibilidades que a impressão 3D pode oferecer no desenvolvimento de produtos inovadores. Essa tecnologia revoluciona a forma como projetamos, produzimos e consumimos. Para essa dissertação, estudos de casos focados em combate de robôs, uma área específica da robótica, foram desenvolvidos de forma inovadora, com comprovada eficácia em atuação. / [en] Manufacturing technologies for product development have evolved exponentially with the continued advancement of mathematical algorithms and increasingly intuitive software interfaces. This binomial has potentiated the current digital revolution, in which 3D printing technology stands out. This increasingly accessible technology enables users to develop physical prototypes and even produce products for the consumer market, a previously unique activity in the manufacturing industries. One of the main barriers of the process is still the development of three-dimensional digital files, making it necessary a specific understanding in the combination of the virtual environment with the physical environment. Understanding the process fosters the many possibilities that 3D printing can offer in the development of innovative products. This technology revolutionizes the way we design, produce and consume. In this dissertation, case studies focused on robot combat, a specific area of robotics, were developed in an innovative way, with proven effectiveness in action.