Le "Spark Plasma Sintering" est un procédé innovant qui permet de densifier, assembler, forger... tous types de matériaux avec des cinétiques très rapides. Cependant, il nécessite des améliorations pour le contrôle des températures, l'homogénéité microstructurale pour des pièces de formes complexes... et de productivité industrielle. Pour résoudre ces problèmes, un modèle électro-thermo-mécanique-microstructural est identifié : i) pour la partie Thermo-Electrique une instrumentation fine a permis par une approche inverse d'évaluer les résistances de contacts, ii) par essais in-situ de fluage et de compression pour la partie mécanique-microstructurale. Il a permis de trouver des solutions pertinentes pour élaborer des pièces - de microstructure homogène - simultanément en grand nombre (modification du passage du courant électrique) - de formes complexes (intervention de pièces sacrificielles). / The "Spark Plasma Sintering" process allows very high consolidation kinetics (densification, assembly, forging) of materials (powder, porous, nanostructured). However, some difficulties remains on this innovative process, particularly in terms of temperature control, microstructural homogeneity especially for complex shapes ... and industrial productivity. To solve these problems, an electro-thermo-mechanical-microstructural model is identified: i) using a thin instrumentation of the machine for the Thermo-Electric part including a reverse approach to evaluate the contact resistances, ii) by in situ creep and compression tests for mechanical microstructural-part. The resulting model has helped to find solutions for microstructural homogenization of the parts, for simultaneously densify of large numbers of parts (modifying the flow of electric current) and/or complex shapes (intervention sacrificial parts).

Spark plasma sintering (SPS) is a powder consolidation technique used to rapidly densify a variety of material systems. SPS is capable of precisely controlling material microstructures and achieving non-equilibrium phases due to rapid heating and cooling rates through the simultaneous application of pressure and direct current. Due to these characteristics, SPS is an ideal processing technique for high temperature ceramics which require processing at temperatures greater than 1500°C. Due to the desirable properties obtained on small diameter materials processed by SPS, larger and more complex geometries are desired while maintaining sample microstructures. In order to accurately scale ceramics produced by SPS, a finite element model must be developed that can be used as a predictive tool. My research focuses on developing a finite element model for the spark plasma sintering furnace at the University of Arizona and validating modeled results using experimentally obtained data. Electrical and thermal conductivity as functions of temperature vary widely among different grades of commercially available electrode grade graphite at constant density. Modeled material properties are optimized in order to calibrate modeled results to experimentally obtained data (i.e. measured current, voltage, and temperature distributions). Sensitivity analysis is performed on the model to better understand model physics and predictions. A calibrated model is presented for 20mm ZrB2 and Si3N4 discs. Sample temperature gradients are experimentally confirmed using grain size and β-Si3N4 phase composition. The model is used to investigate scale up from 20mm to 30mm discs and 30mm rings as well as effects of processing conditions on β-Si3N4 content.

No estado do Rio Grande do Sul, estão localizadas importantes regiões de extração e processamento do material gemológico ágata. No Distrito Mineiro do Salto do Jacuí encontram-se as maiores jazidas de ágata do Brasil e do Mundo. No município de Soledade se concentram as principais empresas de beneficiamento e comércio de materiais gemológicos. Apesar da abundância de material, a maioria dos objetos produzidos apresenta baixo grau de inovação, os produtos oferecidos no mercado são muito semelhantes entre si e tem, em comum, a falta de diferencial e de utilização de processos que envolvam tecnologia. A ágata é geralmente exportada em estado bruto ou apresentando baixo grau de aproveitamento. O processamento mais comum, utilizado na maior parte das empresas, é o corte em chapas que posteriormente são lixadas, polidas e tingidas em diversas cores. Entre as empresas pesquisadas no presente estudo apenas uma já utiliza processos envolvendo novas tecnologias. Pode-se afirmar que a pesquisa e estudos que auxiliem em um melhor aproveitamento do material ágata possam representar novas oportunidades de produção de objetos e adornos pessoais (jóias) modificando um cenário onde o design inovador é pouco explorado e apresentado. A metodologia empregada para a realização deste estudo contemplou etapas de conhecimento da realidade dos locais de extração, beneficiamento e comercialização de ágata, avaliação dos processos, ensaio de usinagem convencional CNC, ensaios de usinagem não convencional por jato d’água CNC e desenvolvimento de produtos em formas complexas. Foram realizados vinte e quatro ensaios de usinagem, a análise posterior identifica larguras e espessuras ideais buscando a otimização da matéria-prima. Desta forma foi possível alcançar o objetivo principal nesta pesquisa de realizar o corte de ágata com utilização de tecnologia CNC em peças com formas complexas. / Rio Grande do Sul State, Brazil, has important regions of extraction and processing of agate. Salto Jacuí Mining District, in the central region of this State, is one of the largest and more importante agate’s mines region of Brazil and even of the World. In Soledade town, there are the most important gemstone processing and trade companies of this State. Despite the abundance of gem materials, most of the objects produced in the different companies are very similar and have in common that they seldom are manufactured using new technological processes. Agate is usually exported as raw material or as cut polished slabs which can be dyed in various colors. Among several companies studied in this research, only one uses industrial processes involving new technologies. So, scientifical studies to indicate a better use of agate produced in Rio Grande do Sul, can provide new opportunities for the production of objects and personal ornaments (jewelry), modifying the trade where innovative designs are little explored. The methodology used in this study had several steps: identification of the extraction, processing and trade places of agate; evaluation of the industrial benefit processes used in agate; testing of conventional CNC machining on agate slabs; and testing on agate slabs of non-conventional computer controled machining by water jet cutting (WJC), with development of complex forms agate products. Twenty-four machining tests were carried out, with further analysis identifying ideal widths and thicknesses to optimize the use of agate raw material. With these tests, it was possible to achieve the goal of this study, which is to cut agate using water jet technology, in order to produce agate objects with complex forms.

No estado do Rio Grande do Sul, estão localizadas importantes regiões de extração e processamento do material gemológico ágata. No Distrito Mineiro do Salto do Jacuí encontram-se as maiores jazidas de ágata do Brasil e do Mundo. No município de Soledade se concentram as principais empresas de beneficiamento e comércio de materiais gemológicos. Apesar da abundância de material, a maioria dos objetos produzidos apresenta baixo grau de inovação, os produtos oferecidos no mercado são muito semelhantes entre si e tem, em comum, a falta de diferencial e de utilização de processos que envolvam tecnologia. A ágata é geralmente exportada em estado bruto ou apresentando baixo grau de aproveitamento. O processamento mais comum, utilizado na maior parte das empresas, é o corte em chapas que posteriormente são lixadas, polidas e tingidas em diversas cores. Entre as empresas pesquisadas no presente estudo apenas uma já utiliza processos envolvendo novas tecnologias. Pode-se afirmar que a pesquisa e estudos que auxiliem em um melhor aproveitamento do material ágata possam representar novas oportunidades de produção de objetos e adornos pessoais (jóias) modificando um cenário onde o design inovador é pouco explorado e apresentado. A metodologia empregada para a realização deste estudo contemplou etapas de conhecimento da realidade dos locais de extração, beneficiamento e comercialização de ágata, avaliação dos processos, ensaio de usinagem convencional CNC, ensaios de usinagem não convencional por jato d’água CNC e desenvolvimento de produtos em formas complexas. Foram realizados vinte e quatro ensaios de usinagem, a análise posterior identifica larguras e espessuras ideais buscando a otimização da matéria-prima. Desta forma foi possível alcançar o objetivo principal nesta pesquisa de realizar o corte de ágata com utilização de tecnologia CNC em peças com formas complexas. / Rio Grande do Sul State, Brazil, has important regions of extraction and processing of agate. Salto Jacuí Mining District, in the central region of this State, is one of the largest and more importante agate’s mines region of Brazil and even of the World. In Soledade town, there are the most important gemstone processing and trade companies of this State. Despite the abundance of gem materials, most of the objects produced in the different companies are very similar and have in common that they seldom are manufactured using new technological processes. Agate is usually exported as raw material or as cut polished slabs which can be dyed in various colors. Among several companies studied in this research, only one uses industrial processes involving new technologies. So, scientifical studies to indicate a better use of agate produced in Rio Grande do Sul, can provide new opportunities for the production of objects and personal ornaments (jewelry), modifying the trade where innovative designs are little explored. The methodology used in this study had several steps: identification of the extraction, processing and trade places of agate; evaluation of the industrial benefit processes used in agate; testing of conventional CNC machining on agate slabs; and testing on agate slabs of non-conventional computer controled machining by water jet cutting (WJC), with development of complex forms agate products. Twenty-four machining tests were carried out, with further analysis identifying ideal widths and thicknesses to optimize the use of agate raw material. With these tests, it was possible to achieve the goal of this study, which is to cut agate using water jet technology, in order to produce agate objects with complex forms.

No estado do Rio Grande do Sul, estão localizadas importantes regiões de extração e processamento do material gemológico ágata. No Distrito Mineiro do Salto do Jacuí encontram-se as maiores jazidas de ágata do Brasil e do Mundo. No município de Soledade se concentram as principais empresas de beneficiamento e comércio de materiais gemológicos. Apesar da abundância de material, a maioria dos objetos produzidos apresenta baixo grau de inovação, os produtos oferecidos no mercado são muito semelhantes entre si e tem, em comum, a falta de diferencial e de utilização de processos que envolvam tecnologia. A ágata é geralmente exportada em estado bruto ou apresentando baixo grau de aproveitamento. O processamento mais comum, utilizado na maior parte das empresas, é o corte em chapas que posteriormente são lixadas, polidas e tingidas em diversas cores. Entre as empresas pesquisadas no presente estudo apenas uma já utiliza processos envolvendo novas tecnologias. Pode-se afirmar que a pesquisa e estudos que auxiliem em um melhor aproveitamento do material ágata possam representar novas oportunidades de produção de objetos e adornos pessoais (jóias) modificando um cenário onde o design inovador é pouco explorado e apresentado. A metodologia empregada para a realização deste estudo contemplou etapas de conhecimento da realidade dos locais de extração, beneficiamento e comercialização de ágata, avaliação dos processos, ensaio de usinagem convencional CNC, ensaios de usinagem não convencional por jato d’água CNC e desenvolvimento de produtos em formas complexas. Foram realizados vinte e quatro ensaios de usinagem, a análise posterior identifica larguras e espessuras ideais buscando a otimização da matéria-prima. Desta forma foi possível alcançar o objetivo principal nesta pesquisa de realizar o corte de ágata com utilização de tecnologia CNC em peças com formas complexas. / Rio Grande do Sul State, Brazil, has important regions of extraction and processing of agate. Salto Jacuí Mining District, in the central region of this State, is one of the largest and more importante agate’s mines region of Brazil and even of the World. In Soledade town, there are the most important gemstone processing and trade companies of this State. Despite the abundance of gem materials, most of the objects produced in the different companies are very similar and have in common that they seldom are manufactured using new technological processes. Agate is usually exported as raw material or as cut polished slabs which can be dyed in various colors. Among several companies studied in this research, only one uses industrial processes involving new technologies. So, scientifical studies to indicate a better use of agate produced in Rio Grande do Sul, can provide new opportunities for the production of objects and personal ornaments (jewelry), modifying the trade where innovative designs are little explored. The methodology used in this study had several steps: identification of the extraction, processing and trade places of agate; evaluation of the industrial benefit processes used in agate; testing of conventional CNC machining on agate slabs; and testing on agate slabs of non-conventional computer controled machining by water jet cutting (WJC), with development of complex forms agate products. Twenty-four machining tests were carried out, with further analysis identifying ideal widths and thicknesses to optimize the use of agate raw material. With these tests, it was possible to achieve the goal of this study, which is to cut agate using water jet technology, in order to produce agate objects with complex forms.

O cenário de metrópoles como Londres, Nova Iorque, Dubai, Shangai, Seul e outras exibe alguns tipos de edifícios com formas orgânicas e fluidas, que fazem parte de uma proposta que utiliza ferramentas informacionais e programação para a sua criação e materialização. Este trabalho investiga como viabilizar as superfícies consideradas complexas, desses edifícios, através do tema Projeto para a Produção, etapa que aprofunda o processo do fazer, posterior à criação. A complexidade é caracterizada pela utilização de um alto nível tecnológico para a elaboração dos sistemas, do componente em sua morfologia e, em relação ao módulo, material e geometria (PAOLETTI, 2006). Para o entendimento do problema, o texto contextualiza o momento contemporâneo e a participação dos instrumentos digitais no cotidiano, fazendo uma retrospectiva dos modos de produção e da automação da indústria, e faz um paralelo com a construção civil. Trata desde a 1a. Revolução Industrial até a 4a. Revolução Industrial, de acordo com Schwab (2016).Para discutir o Projeto para a Produção, verifica-se o estado da arte, posteriormente confrontando duas vertentes conceituais da atuação do papel do arquiteto no processo: uma que defende que os profissionais têm atuado mais próximos à fabricação digital, com arquivos enviados diretamente para a fábrica File to Factory (Arquivo-Fábrica) , e outra que entende que o processo é distribuído em etapas e equipes específicas e depende de habilidades e conhecimentos particulares para a produção do objeto. Este trabalho apresenta dois casos desenvolvidos na Itália: o primeiro projetado pelos arquitetos do escritório Norman Foster & Associates, o Pavilhão da União dos Emirados Árabes para a exposição internacional de Milão, que foi confeccionado com painéis de argamassa armada estampados com a textura das dunas do deserto, e o segundo, a torre corporativa do escritório Zaha Hadid Architects, do complexo CityLife Milano, que possui a superfície de vedação com painéis de vidro em formato de paralelogramas, que evidenciam a torção da torre em seu eixo vertical. Finalmente, o trabalho propõe um modelo de Projeto para a Produção de superfícies complexas a partir do aprofundamento dos estudos de caso, considerando que a proposta faz parte de uma etapa do projeto que é efetuada por equipes de profissionais habilitados para a elaboração dos detalhamentos, busca de soluções, pesquisa aprofundada a respeito dos materiais a serem utilizados e dos requisitos necessários para a realização dos trabalhos no local de implantação. / The scenery of big cities such as London, New York, Dubai, Shanghai and Seoul exhibits some types of buildings with organic and fluid shapes that are part of a proposal that uses information tools and programming for their creation and feasibility. This work in¬vestigates how feasible surfaces considered complex through the theme Design for Pro¬duction, a stage that deepens the process of making, after creation. The complexity is characterized as the use of a high technological level for the elaboration of the systems, of the component in its morphology and, in relation to the module, material and geom¬etry (PAOLETTI, 2006). For the understanding of the problem, the text contextualizes the contemporary moment and the participation of the digital instruments in the daily life, making a retrospective of the ways of production and the automation of the industry and parallels with the civil con¬struction. It deals from the 1st. Industrial Revolution until the 4th. Industrial Revolution, according to Schwab (2016). In order to discuss the Design for Production, the state of the art is verified, later confront¬ing two conceptual aspects of the role of the architect in the process, one that argues that the professionals have directly acted in the digital manufacture with files sent directly to the factory File to Factory and another that understands that the process is distribut¬ed in stages and specific teams and depends on particular skills and knowledge to the production of the object. It presents two cases developed in Italy: the first one designed by Norman Foster & As-sociates, the United Arab Emirates Pavilion for the Milan International Exbition, which was made with panels of Glass Fiber Reinforced Concret stamped with the texture of the desert dunes and the second one a corporate tower designed by Zaha Hadid Architects office for the CityLife Milano, which has a trapezoidal glass panel sealing surface that demonstrates the twisting of the tower on its vertical axis. Finally, the work proposes a model of a Design for Production of complex surfaces from the deepening of the case studies, considering that the proposal is part of a project stage carried out by teams of professionals qualified to perform the details, search for solutions, in-depth research regarding the materials to be used and the requirements necessary to carry out the works at the place of implantation.

O cenário de metrópoles como Londres, Nova Iorque, Dubai, Shangai, Seul e outras exibe alguns tipos de edifícios com formas orgânicas e fluidas, que fazem parte de uma proposta que utiliza ferramentas informacionais e programação para a sua criação e materialização. Este trabalho investiga como viabilizar as superfícies consideradas complexas, desses edifícios, através do tema Projeto para a Produção, etapa que aprofunda o processo do fazer, posterior à criação. A complexidade é caracterizada pela utilização de um alto nível tecnológico para a elaboração dos sistemas, do componente em sua morfologia e, em relação ao módulo, material e geometria (PAOLETTI, 2006). Para o entendimento do problema, o texto contextualiza o momento contemporâneo e a participação dos instrumentos digitais no cotidiano, fazendo uma retrospectiva dos modos de produção e da automação da indústria, e faz um paralelo com a construção civil. Trata desde a 1a. Revolução Industrial até a 4a. Revolução Industrial, de acordo com Schwab (2016).Para discutir o Projeto para a Produção, verifica-se o estado da arte, posteriormente confrontando duas vertentes conceituais da atuação do papel do arquiteto no processo: uma que defende que os profissionais têm atuado mais próximos à fabricação digital, com arquivos enviados diretamente para a fábrica File to Factory (Arquivo-Fábrica) , e outra que entende que o processo é distribuído em etapas e equipes específicas e depende de habilidades e conhecimentos particulares para a produção do objeto. Este trabalho apresenta dois casos desenvolvidos na Itália: o primeiro projetado pelos arquitetos do escritório Norman Foster & Associates, o Pavilhão da União dos Emirados Árabes para a exposição internacional de Milão, que foi confeccionado com painéis de argamassa armada estampados com a textura das dunas do deserto, e o segundo, a torre corporativa do escritório Zaha Hadid Architects, do complexo CityLife Milano, que possui a superfície de vedação com painéis de vidro em formato de paralelogramas, que evidenciam a torção da torre em seu eixo vertical. Finalmente, o trabalho propõe um modelo de Projeto para a Produção de superfícies complexas a partir do aprofundamento dos estudos de caso, considerando que a proposta faz parte de uma etapa do projeto que é efetuada por equipes de profissionais habilitados para a elaboração dos detalhamentos, busca de soluções, pesquisa aprofundada a respeito dos materiais a serem utilizados e dos requisitos necessários para a realização dos trabalhos no local de implantação. / The scenery of big cities such as London, New York, Dubai, Shanghai and Seoul exhibits some types of buildings with organic and fluid shapes that are part of a proposal that uses information tools and programming for their creation and feasibility. This work in¬vestigates how feasible surfaces considered complex through the theme Design for Pro¬duction, a stage that deepens the process of making, after creation. The complexity is characterized as the use of a high technological level for the elaboration of the systems, of the component in its morphology and, in relation to the module, material and geom¬etry (PAOLETTI, 2006). For the understanding of the problem, the text contextualizes the contemporary moment and the participation of the digital instruments in the daily life, making a retrospective of the ways of production and the automation of the industry and parallels with the civil con¬struction. It deals from the 1st. Industrial Revolution until the 4th. Industrial Revolution, according to Schwab (2016). In order to discuss the Design for Production, the state of the art is verified, later confront¬ing two conceptual aspects of the role of the architect in the process, one that argues that the professionals have directly acted in the digital manufacture with files sent directly to the factory File to Factory and another that understands that the process is distribut¬ed in stages and specific teams and depends on particular skills and knowledge to the production of the object. It presents two cases developed in Italy: the first one designed by Norman Foster & As-sociates, the United Arab Emirates Pavilion for the Milan International Exbition, which was made with panels of Glass Fiber Reinforced Concret stamped with the texture of the desert dunes and the second one a corporate tower designed by Zaha Hadid Architects office for the CityLife Milano, which has a trapezoidal glass panel sealing surface that demonstrates the twisting of the tower on its vertical axis. Finally, the work proposes a model of a Design for Production of complex surfaces from the deepening of the case studies, considering that the proposal is part of a project stage carried out by teams of professionals qualified to perform the details, search for solutions, in-depth research regarding the materials to be used and the requirements necessary to carry out the works at the place of implantation.

Advanced composites are extremely strong, rigid, and light, even when compared with advanced metals. Advanced composites are replacing high-tech metals as the material of choice for aerospace engineering. However, the processes used to manufacture advanced composites generally lose some of the properties of the materials by their process limitations. One process that keeps the theoretically awesome qualities of the composite materials in tact is filament winding. Filament wound parts are used as rocket shells, bicycle frame tubes, drive shafts, pressure vessels, etc. Filament winding is an automated process and makes reliable parts to close tolerances. If a straight tube were to be made by all the existing composites manufacturing processes, filament wound tubes would be significantly better than any other. However, filament winding is generally limited to making straight tubes. A new process based on filament winding is proposed; one that can wind complex shapes of the same high quality as conventional filament winding. This process has achieved this by winding continuous, uncut, and aligned fibers. This process is called Lotus Filament Winding.