Este trabalho tem por objetivo principal a caracterização do processo de gravação a laser na ágata, padronizando a utilização do equipamento para auxiliar no desenvolvimento de produtos na área da joalheria, adornos e ornamentos. A ágata, uma variedade da calcedônia, é muito valorizada pelos mercados externos. A carência de beneficiamento e inovação tecnológica geralmente dada a este material na atualidade é um dos pontos fortes deste estudo. Nas últimas décadas, a procura por inovações tecnológicas que possam auxiliar o processo produtivo industrial se tornou importante ferramenta para manter empresas competitivas e atuantes frente a seus mercados. A padronização da técnica de gravação a laser pode agregar valor à criação de novos produtos em ágata, criando um diferencial para as peças de joalheria, sendo facilmente aplicada em escala industrial. As análises dos melhores parâmetros de gravação foram feitas com o auxílio de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), pois a grande magnificação das imagens obtidas por esta técnica auxilia em uma precisão micrométrica da extensão e da área de interação entre o material e o laser; microscópio estereoscópico; e de percepção visual e tátil. Os resultados obtidos com a utilização dos equipamentos localizados no LdSM / UFRGS e CTPedras / Soledade com suas respectivas lentes, potências e velocidades foram de grande valia para o desenvolvimento de análises quantitativas e qualitativas da interação do feixe laser com a ágata. O estudo da interação entre laser e materiais é ainda um vasto campo a ser explorado. Esta dissertação de mestrado disponibiliza resultados inovadores em relação à gravação por laser do tipo CO2 em materiais gemológicos, disponibilizando a padronização dos parâmetros ideais para o equipamento e para o desenvolvimento de criações joalheiras. / The main goal of this study was to characterize laser engraving process in agate, standardizing the use of equipment in order to assist product development in the field of jewelry, ornaments and artifacts. Agate, a variety of chalcedony, is highly valued by foreign markets. One of the focuses of this study is the lack of improvement and innovation given to this material nowadays. In recent decades, the search for technological innovations that can help the process of industrial production has become an important tool to keep companies competitive and active front of their markets. The standardization of laser engraving technique can add value to the creation of new products in agate, creating a differential for the jewelry pieces and being easily applied on an industrial scale. The analysis of these highly qualified engraving parameters was aided by scanning electron microscopy images, once high magnification of images presents a better definition of the interaction zone between the material and the laser bean in a micrometer precision; stereoscopic microscope; and visual and tactile perception. The results obtained from the use of equipment located in LdSM / UFRGS and CTPedras / Soledade with their respective lenses, power and speed are of great value for the development of quantitative and qualitative analysis of the interaction of the laser beam with agate. The study of the interaction between laser and materials is still a vast field to be explored. This masters dissertation provides innovative results compared to laser engraving type CO2 in gemological materials, providing standardization of the ideal parameters for the equipment and for developing jewelry creations.

Aliando design e tecnologia à técnica da marchetaria, esta pesquisa intenta a valorização dos resíduos madeireiros provenientes de indústrias de esquadrias. O trabalho teve como objetivo a caracterização e a determinação dos parâmetros do processo de corte a laser para diferentes espécies de madeira visando possibilitar a reutilização de resíduos de esquadrias em marchetaria. O estudo de viabilidade desta tecnologia de alta precisão de corte para a marchetaria está pautado na busca pela redução do tempo de execução e pelo aumento na taxa de produção das peças, considerando a qualidade dos desenhos e o padrão de acabamento da técnica. Por meio de um levantamento de campo em algumas indústrias de esquadrias localizadas na cidade de Porto Alegre-RS, foram selecionadas sete espécies de madeira para o estudo: angelim da mata (Hymenolobium excelsum); angelim pedra (Hymenolobium petraeum); cedro mara (Cedrelinga catenaeformis); garapeira (Apuleia molaris); itaúba (Mezilaurus itauba); louro amazonense (Thyrsodium schomburkianum); e tauari (Couratari oblongifolia). Estas espécies foram caracterizadas no que tange às suas propriedades físicas de teor de umidade, densidades aparente e básica, e estabilidade dimensional. Foram também realizadas análises de espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (EDS) para a determinação da composição química qualitativa e semiquantitativa das espécies. Os ensaios de aplicação da tecnologia de corte a laser nas espécies de madeira foram realizados em amostras de espessuras variadas: lâminas de 1 a 5 mm. As análises dos parâmetros do processo de corte a laser mais adequados para cada espécie de madeira e espessura de lâmina foram feitas com o auxílio de imagens de micro-estereoscopia. Dentre os parâmetros definidos estão a potência do feixe de laser, a aceleração e as velocidades de movimentação dos bocais de corte, o fluxo de saída do jato de ar, e a distância focal. Para a verificação da aplicabilidade destes parâmetros em marchetaria foram executados cinco painéis, variando a espessura das lâminas e a complexidade dos desenhos reproduzidos. As composições dos painéis foram baseadas no trabalho do artista gráfico M. C. Escher. Os ensaios práticos e analíticos foram realizados com a utilização dos equipamentos localizados no Laboratório de Design e Seleção de Materiais, na Maquetaria e Oficina de Modelos e Protótipos, ambos da UFRGS, e no Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, mantido pela UPF, Prefeitura Municipal de Soledade, Sindipedras, e vinculado a UFRGS. / Combining design and technology to the technique of marquetry, this research attempts to valorize the wood waste from the doors and windows industry. The investigation aims to characterize and determine parameters of laser cutting technology for different wood species in order to enable the reuse of the timber waste in marquetry. The feasibility study of this high precision cutting technology for marquetry is based in the quest for reducing the execution time and increasing the production rate of the pieces, considering the designs quality and the finishing technique standard. Through a field survey in some of the doors and windows industry located in the city of Porto Alegre-RS, seven wood species were selected for the study: angelim da mata (Hymenolobium excelsum); angelim pedra (Hymenolobium petraeum); cedro mara (Cedrelinga catenaeformis); garapeira (Apuleia molaris); itaúba (Mezilaurus itauba); louro amazonense (Thyrsodium schomburkianum); e tauari (Couratari oblongifolia).These species were characterized regarding their physical properties of moisture content, apparent and basic densities, and dimensional stability. Analyses of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were also made for determining the qualitative and semi quantitative chemical composition of the species. The tests on the application of laser cutting technology in wood species were performed on samples of various thicknesses: sheets of 1 to 5 mm. The analyses of the laser cutting process best parameters suited for each wood species and sheet thickness were made with the aid of micro-stereoscopic images. Among the defined parameters are the power output of the laser beam, the acceleration and speeds of the nozzles cutting movement, the air jet outflow, and the focal length. In order to verify the applicability of these parameters in marquetry, five panels were made, varying the sheets thickness and the designs complexity. The panels compositions were based on the work of the graphic artist M. C. Escher. The analytical and practical tests were performed using the equipments located at the Laboratory of Design and Materials Selection, the Workshop of Models and Prototypes, both from UFRGS, and the Technological Center of Stones, Gems and Jewels of Rio Grande do Sul, maintained by UPF, City Hall of Soledade, Sindipedras, and attached to UFRGS.

A joalheria tem se desenvolvido juntamente com novas tecnologias e aprimoramentos em processos de fabricação, sendo um reflexo de mudanças na sociedade e na indústria. Determinadas gemas, como a ágata, têm sido beneficiadas para a fabricação de adornos e ornamentos, contudo algumas características do material permanecem pouco estudadas, como modificações em sua microestrutura durante o processamento. Dentre as novas tecnologias de processamento para a ágata, encontra-se a gravação a laser CO2. A tecnologia está associada a determinadas modificações superficiais na gema através da geração de uma porosidade secundária, dado ao fato que o material possui uma porosidade natural em escala micrométrica. Durante a gravação, diversos parâmetros podem ser definidos para aperfeiçoar o resultado do processo. Assim, a padronização universal de desenhos vetoriais pode facilitar a execução da gravação, principalmente com a utilização de formas preenchidas, normalmente realizada com imagens do tipo bitmaps JPEG. Visando estudar os efeitos do laser no material, esta pesquisa apresenta uma análise tridimensional, não-invasiva e de alta-resolução de uma amostra de ágata gravada, por meio de análises qualitativas e quantitativas, baseadas em microtomografia computadorizada de raios X. Os resultados mostraram que os efeitos de porosidade secundária, trincas e fraturas de expansão térmica ocorrem principalmente devido à presença de água no interior da amostra, tanto natural quanto proveniente de reações químicas perante o aquecimento do laser. Os volumes de material removido por expulsão e vaporização foram quantificados e ponderados com relação à distância percorrida pelo feixe. Após a compreensão dos efeitos, foram realizadas análises de padronização de diferentes espaçamentos para gravação de formas simples e/ou complexas, abertas e/ou fechadas, e preenchidas, com perfilometria de contato e microscopias. A padronização foi utilizada como base para o depósito de uma patente de invenção. / Jewelry has been developed along with new technologies and improvements in manufacturing processes, thus reflecting changes in society and industry. Certain gemstones, such as agate, have been processed for the manufacture of ornaments and adornments, however, some characteristics of the material remain little studied, such as modifications on its microstructure during processing. Among the new processing technologies for agate is CO2 laser engraving. The technology is associated with certain superficial modifications in the gemstone through the generation of a secondary porosity, due to the material having a natural porosity in a micron scale. During engraving, several parameters can be set to improve the processing result. Thus, a universal standardization of vector drawings can facilitate the execution of the engraving, mainly with the use of filled forms, usually performed with JPEG bitmaps type images. Aiming to study the effects of laser on the material, this research presents a threedimensional, non-invasive, and high-resolution analysis of an engraved agate sample through qualitative and quantitative studies based on X-ray computerized microtomography. Results showed that the effects of secondary porosity, thermal expansion cracks, and fractures occur mainly due to the presence of water within the sample, both natural and derived from chemical reactions due to the laser heating. Removed material volumes by expulsion and vaporization were quantified and weighted with respect to the distance moved by the beam. After the understanding of the effects, standardization analyzes of different spacings were made for the engraving of simple and/or complex, open and/or closed, and filled forms, with contact profilometry and microscopies. Standardization was used as the basis for a patent deposit.

Este trabalho tem por objetivo principal a caracterização do processo de gravação a laser na ágata, padronizando a utilização do equipamento para auxiliar no desenvolvimento de produtos na área da joalheria, adornos e ornamentos. A ágata, uma variedade da calcedônia, é muito valorizada pelos mercados externos. A carência de beneficiamento e inovação tecnológica geralmente dada a este material na atualidade é um dos pontos fortes deste estudo. Nas últimas décadas, a procura por inovações tecnológicas que possam auxiliar o processo produtivo industrial se tornou importante ferramenta para manter empresas competitivas e atuantes frente a seus mercados. A padronização da técnica de gravação a laser pode agregar valor à criação de novos produtos em ágata, criando um diferencial para as peças de joalheria, sendo facilmente aplicada em escala industrial. As análises dos melhores parâmetros de gravação foram feitas com o auxílio de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), pois a grande magnificação das imagens obtidas por esta técnica auxilia em uma precisão micrométrica da extensão e da área de interação entre o material e o laser; microscópio estereoscópico; e de percepção visual e tátil. Os resultados obtidos com a utilização dos equipamentos localizados no LdSM / UFRGS e CTPedras / Soledade com suas respectivas lentes, potências e velocidades foram de grande valia para o desenvolvimento de análises quantitativas e qualitativas da interação do feixe laser com a ágata. O estudo da interação entre laser e materiais é ainda um vasto campo a ser explorado. Esta dissertação de mestrado disponibiliza resultados inovadores em relação à gravação por laser do tipo CO2 em materiais gemológicos, disponibilizando a padronização dos parâmetros ideais para o equipamento e para o desenvolvimento de criações joalheiras. / The main goal of this study was to characterize laser engraving process in agate, standardizing the use of equipment in order to assist product development in the field of jewelry, ornaments and artifacts. Agate, a variety of chalcedony, is highly valued by foreign markets. One of the focuses of this study is the lack of improvement and innovation given to this material nowadays. In recent decades, the search for technological innovations that can help the process of industrial production has become an important tool to keep companies competitive and active front of their markets. The standardization of laser engraving technique can add value to the creation of new products in agate, creating a differential for the jewelry pieces and being easily applied on an industrial scale. The analysis of these highly qualified engraving parameters was aided by scanning electron microscopy images, once high magnification of images presents a better definition of the interaction zone between the material and the laser bean in a micrometer precision; stereoscopic microscope; and visual and tactile perception. The results obtained from the use of equipment located in LdSM / UFRGS and CTPedras / Soledade with their respective lenses, power and speed are of great value for the development of quantitative and qualitative analysis of the interaction of the laser beam with agate. The study of the interaction between laser and materials is still a vast field to be explored. This masters dissertation provides innovative results compared to laser engraving type CO2 in gemological materials, providing standardization of the ideal parameters for the equipment and for developing jewelry creations.

Aliando design e tecnologia à técnica da marchetaria, esta pesquisa intenta a valorização dos resíduos madeireiros provenientes de indústrias de esquadrias. O trabalho teve como objetivo a caracterização e a determinação dos parâmetros do processo de corte a laser para diferentes espécies de madeira visando possibilitar a reutilização de resíduos de esquadrias em marchetaria. O estudo de viabilidade desta tecnologia de alta precisão de corte para a marchetaria está pautado na busca pela redução do tempo de execução e pelo aumento na taxa de produção das peças, considerando a qualidade dos desenhos e o padrão de acabamento da técnica. Por meio de um levantamento de campo em algumas indústrias de esquadrias localizadas na cidade de Porto Alegre-RS, foram selecionadas sete espécies de madeira para o estudo: angelim da mata (Hymenolobium excelsum); angelim pedra (Hymenolobium petraeum); cedro mara (Cedrelinga catenaeformis); garapeira (Apuleia molaris); itaúba (Mezilaurus itauba); louro amazonense (Thyrsodium schomburkianum); e tauari (Couratari oblongifolia). Estas espécies foram caracterizadas no que tange às suas propriedades físicas de teor de umidade, densidades aparente e básica, e estabilidade dimensional. Foram também realizadas análises de espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (EDS) para a determinação da composição química qualitativa e semiquantitativa das espécies. Os ensaios de aplicação da tecnologia de corte a laser nas espécies de madeira foram realizados em amostras de espessuras variadas: lâminas de 1 a 5 mm. As análises dos parâmetros do processo de corte a laser mais adequados para cada espécie de madeira e espessura de lâmina foram feitas com o auxílio de imagens de micro-estereoscopia. Dentre os parâmetros definidos estão a potência do feixe de laser, a aceleração e as velocidades de movimentação dos bocais de corte, o fluxo de saída do jato de ar, e a distância focal. Para a verificação da aplicabilidade destes parâmetros em marchetaria foram executados cinco painéis, variando a espessura das lâminas e a complexidade dos desenhos reproduzidos. As composições dos painéis foram baseadas no trabalho do artista gráfico M. C. Escher. Os ensaios práticos e analíticos foram realizados com a utilização dos equipamentos localizados no Laboratório de Design e Seleção de Materiais, na Maquetaria e Oficina de Modelos e Protótipos, ambos da UFRGS, e no Centro Tecnológico de Pedras, Gemas e Joias do Rio Grande do Sul, mantido pela UPF, Prefeitura Municipal de Soledade, Sindipedras, e vinculado a UFRGS. / Combining design and technology to the technique of marquetry, this research attempts to valorize the wood waste from the doors and windows industry. The investigation aims to characterize and determine parameters of laser cutting technology for different wood species in order to enable the reuse of the timber waste in marquetry. The feasibility study of this high precision cutting technology for marquetry is based in the quest for reducing the execution time and increasing the production rate of the pieces, considering the designs quality and the finishing technique standard. Through a field survey in some of the doors and windows industry located in the city of Porto Alegre-RS, seven wood species were selected for the study: angelim da mata (Hymenolobium excelsum); angelim pedra (Hymenolobium petraeum); cedro mara (Cedrelinga catenaeformis); garapeira (Apuleia molaris); itaúba (Mezilaurus itauba); louro amazonense (Thyrsodium schomburkianum); e tauari (Couratari oblongifolia).These species were characterized regarding their physical properties of moisture content, apparent and basic densities, and dimensional stability. Analyses of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were also made for determining the qualitative and semi quantitative chemical composition of the species. The tests on the application of laser cutting technology in wood species were performed on samples of various thicknesses: sheets of 1 to 5 mm. The analyses of the laser cutting process best parameters suited for each wood species and sheet thickness were made with the aid of micro-stereoscopic images. Among the defined parameters are the power output of the laser beam, the acceleration and speeds of the nozzles cutting movement, the air jet outflow, and the focal length. In order to verify the applicability of these parameters in marquetry, five panels were made, varying the sheets thickness and the designs complexity. The panels compositions were based on the work of the graphic artist M. C. Escher. The analytical and practical tests were performed using the equipments located at the Laboratory of Design and Materials Selection, the Workshop of Models and Prototypes, both from UFRGS, and the Technological Center of Stones, Gems and Jewels of Rio Grande do Sul, maintained by UPF, City Hall of Soledade, Sindipedras, and attached to UFRGS.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

Este trabalho tem por objetivo o design e a fabricação de superfícies tácteis a partir de padrões modulares encaixáveis. Estas superfícies foram construídas em diferentes materiais naturais (minerais e madeiras) e em distintos processos de fabricação inovadores (usinagem por jato de água, usinagem por controle numérico computadorizado ou CNC e corte a laser). A intenção foi desenvolver uma metodologia de design & tecnologia para aplicá-la em painéis de revestimento que possam ser produzidos em baixa escala de forma semi-industrial. A grande variedade de materiais naturais encontrados no estado do Rio Grande do Sul; a carência de design associado a estes materiais quando do produto final e o volume de rejeitos oriundos deste beneficiamento, foram os principais motivadores para a utilização destas matérias primas. O estudo de diferentes técnicas de design de superfície auxilia na transformação destes materiais, para que os mesmos passem a ter o formato de módulo. Dentro deste contexto, foram estudadas as técnicas desenvolvidas pelo artista Maurits Cornelis Escher. Ele dedicou boa parte de sua vida profissional à composição de desenhos que, justamente, partem da utilização da simetria, modularidade, continuidade e encaixe. Neste sentido, após a compreensão das técnicas utilizadas por Escher, alguns de seus desenhos foram aplicados nos materiais selecionados através dos processos de fabricação adequados, possibilitando a construção das diferentes superfícies tácteis. Os resultados obtidos identificam que a utilização de processos de fabricação inovadores para interferência nos materiais naturais são ferramentas importantes para a promoção de uma nova geração de produtos locais. Conclui-se que estas interferências viabilizam a fabricação de produtos com maior valor estético, social e econômico. / This work aims at the design and the manufacturing of tactile surfaces from modular plug patterns. These surfaces were built in different natural materials (mineral and wood) and in distinct innovative manufacturing processes (waterjet machining, computerized numerical control machining or CNC and laser cutting). The objective was to develop a design & technology methodology for applying it in coating panels that can be produced on a semiindustrial small scale. The huge variety of natural materials found in Rio Grande do Sul State, the lack of design associated to these materials as to the final product and the volume of waste from this processing were the main motivators for the use of these raw materials. The study of these different techniques of surface design helps the transformation of these materials in order that they start to have the modular format. Within this context, the techniques developed by the artist Maurits Cornelis Escher were studied. He devoted much of his professional life to the composition of drawings beginning exactly with the use of symmetry, modularity continuity and joint. In this sense, after understanding the techniques used by Escher, some of his drawings were applied in the materials selected through suitable manufacturing processes, enabling the construction of different tactile surfaces. The results obtained identify that the utilization of innovative manufacturing processes to interfere in the natural materials are important tools for the promotion of a new generation of local products. It is conclude that these interferences enable the manufacture of products with greater aesthetic, social and economic value.

Este trabalho tem por objetivo o design e a fabricação de superfícies tácteis a partir de padrões modulares encaixáveis. Estas superfícies foram construídas em diferentes materiais naturais (minerais e madeiras) e em distintos processos de fabricação inovadores (usinagem por jato de água, usinagem por controle numérico computadorizado ou CNC e corte a laser). A intenção foi desenvolver uma metodologia de design & tecnologia para aplicá-la em painéis de revestimento que possam ser produzidos em baixa escala de forma semi-industrial. A grande variedade de materiais naturais encontrados no estado do Rio Grande do Sul; a carência de design associado a estes materiais quando do produto final e o volume de rejeitos oriundos deste beneficiamento, foram os principais motivadores para a utilização destas matérias primas. O estudo de diferentes técnicas de design de superfície auxilia na transformação destes materiais, para que os mesmos passem a ter o formato de módulo. Dentro deste contexto, foram estudadas as técnicas desenvolvidas pelo artista Maurits Cornelis Escher. Ele dedicou boa parte de sua vida profissional à composição de desenhos que, justamente, partem da utilização da simetria, modularidade, continuidade e encaixe. Neste sentido, após a compreensão das técnicas utilizadas por Escher, alguns de seus desenhos foram aplicados nos materiais selecionados através dos processos de fabricação adequados, possibilitando a construção das diferentes superfícies tácteis. Os resultados obtidos identificam que a utilização de processos de fabricação inovadores para interferência nos materiais naturais são ferramentas importantes para a promoção de uma nova geração de produtos locais. Conclui-se que estas interferências viabilizam a fabricação de produtos com maior valor estético, social e econômico. / This work aims at the design and the manufacturing of tactile surfaces from modular plug patterns. These surfaces were built in different natural materials (mineral and wood) and in distinct innovative manufacturing processes (waterjet machining, computerized numerical control machining or CNC and laser cutting). The objective was to develop a design & technology methodology for applying it in coating panels that can be produced on a semiindustrial small scale. The huge variety of natural materials found in Rio Grande do Sul State, the lack of design associated to these materials as to the final product and the volume of waste from this processing were the main motivators for the use of these raw materials. The study of these different techniques of surface design helps the transformation of these materials in order that they start to have the modular format. Within this context, the techniques developed by the artist Maurits Cornelis Escher were studied. He devoted much of his professional life to the composition of drawings beginning exactly with the use of symmetry, modularity continuity and joint. In this sense, after understanding the techniques used by Escher, some of his drawings were applied in the materials selected through suitable manufacturing processes, enabling the construction of different tactile surfaces. The results obtained identify that the utilization of innovative manufacturing processes to interfere in the natural materials are important tools for the promotion of a new generation of local products. It is conclude that these interferences enable the manufacture of products with greater aesthetic, social and economic value.