[pt] Ao contrário dos mecanismos tradicionais, um mecanismo flexível conta com a deflexão de seus membros flexíveis para gerar movimento, ao mesmo tempo que apresenta vantagens como a desnecessidade de lubrificação e uma montagem mais fácil. Um mecanismo flexível de mola orto-planar foi analisado neste trabalho e seu desempenho mecânico após testes de envelhecimentos higrotérmicos e com radiação ultravioleta foram estudados. A análise do envelhecimento aqui realizada aborda o desempenho de mecanismos flexíveis após processos de envelhecimentos que pdoe ajudar no desenvolvimento de futuros mecanismos flexíveis. Amostras de tração ASTM D638 tipo I também foram submetidas aos envelhecimentos para servir de comparação para as amostras de mola orto-planar. As amostras foram submetidas a três tipos diferentes de envelhecimento, a saber: imersão em água, imersão em óleo e radiação ultravioleta. Os testes de envelhecimento por imersão em líquido foram realizados em três níveis de temperaturas: temperatura ambiente, 50 graus C e 70 graus C. Em geral, as amostras de tração mostraram mudanças estatísticas significativas no módulo de Young e no deformação na ruptura, enquanto as amostras de mola orto-planar não apresentaram alterações estatísticas importantes em nenhuma condição de envelhecimento, o que indica que as propriedades mecânicas e capacidades elásticas dos mecanismos não foram afetadas pelos processos de envelhecimento. Embora mais testes com os materiais específicos, ambiente e tempo de exposição sejam necessários para verificar o uso em uma aplicação específica, os resultados deste estudo sugerem que os mecanismos flexíveis mostram a promessa de uso em aplicações onde o envelhecimento é uma preocupação e sua vida é esperada estar dentro dos limites deste estudo de envelhecimento. / [en] In contrast to traditional mechanisms, a compliant mechanism relies on the deflection of its flexible members to generate motion, while presenting advantages such as no need for lubrication and easier assembly. An ortho-planar spring (OPS) compliant mechanism was analyzed in this work and its mechanical performance after hygrothermal and ultraviolet radiation aging tests was studied. The aging analysis performed here addresses the performance of compliant mechanisms after aging processes that can help in the design of future compliant mechanisms. ASTM D638 tensile test type I samples were also subjected to aging to serve as a comparison for OPS samples. The samples were subjected to three different types of aging conditions, namely water immersion, oil immersion and ultraviolet radiation. The liquid immersion aging tests were performed in three temperature levels: room temperature, 50 C degrees and 70 C degrees. In general, tensile samples showed significant statistical changes in Young s modulus and elongation at break, while OPS samples did not present considerable statistical change in any aging condition, which indicate that the mechanical properties and elastic capabilities of OPS samples were not affected by aging processes. Although more testing with the specific materials, environment, and exposure time would be required to verify its use in a specific application, the findings of this study suggest that compliant mechanisms show promise for use in applications where aging is a concern, and their life is expected to be within the limits of this aging study.

[pt] Esta pesquisa interdisciplinar aborda os avanços tecnológicos obtidos no desenvolvimento da técnica de conversão de exames de imagens médicas em modelos virtuais e físicos, na área de medicina fetal. A técnica tem por objetivo melhorar a visualização e contribuir com as tomadas de decisão clínica através do desenvolvimento de modelos tridimensionais que simulam com acurácia as formas anatômicas do paciente. Ao longo de dez anos, diversos avanços foram criados e incorporados, ampliando significativamente as formas de visualização e interatividade. A relação interdisciplinar entre o design e a medicina, possibilitou a constante atualização da técnica, atestado pela vasta produção cientifica nacional e internacional produzida. Um procedimento complexo na área de neurologia foi escolhido como estudo de caso de forma a exemplificar a gama de modelos e simulações que permitiram observar como o design contribui em todo o processo. / [en] This interdisciplinary research approaches the technological advances obtained in the development of the technique of converting medical image images into virtual and physical models, in the area of fetal medicine. The technique aims to improve visuality and contribute to clinical decision making through the development of threedimensional models that accurately simulate the patient s anatomical shapes. Over ten years, several advances were created and incorporated, significantly expanding the ways of visualization and interactivity. The interdisciplinary relationship between design and medicine enabled the constant updating of the technique, attested by the vast national and international scientific production. A complex procedure in the field of neurology was chosen as a case study in order to exemplify the range of models and simulations that allowed us to observe how design contributes to the entire process.

[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] Esta pesquisa apresenta novas perspectivas para o desenvolvimento de objetos de vestuário a partir da aplicação de tecnologias digitais de produção. Aborda-se a transição do processo de fabricação sob medida para a produção em massa, e as etapas de produção industrial de um objeto de vestir. Explora-se o processo de digitalização corporal 3D, ferramenta que integra um novo modelo de manufatura com base na individualização; a modelagem paramétrica, baseada em algoritmos; e o potencial da manufatura aditiva. Para isso, foram realizadas atividades experimentais, que incluíram o estudo de uma palmilha anatômica, a parametrização de moldes base de saia e de blusa, e ainda a criação de um têxtil impresso a partir do processo FDM, com filamento flexível. / [en] This research presents new perspectives for clothing pieces development by the application of digital production technologies. It addresses the transition from custom-made to mass-production manufacturing, bringing into viewchanges in industrial production line. It explores 3D body scanning, a tool that assists a new manufacturing model based on individualization; parametric modeling, based on algorithms; and the potential of additive manufacturing. Experimental designs were carried out, including the study of an anatomical insole, the parametrization of skirt and blouse pattern, and a textile printed in flexible filament with FDM technology.

[pt] O Brasil é um dos líderes mundiais na produção de moda praia e o estado do Rio de Janeiro é o maior produtor deste segmento no país, representado pelo Arranjo Produtivo Local Polo Moda Praia de Cabo Frio. No processo de corte destes modelos há um desperdício médio de 30 por cento de matéria-prima, predominantemente de origem sintética, e grande parte desse montante acaba descartado em aterros sanitários onde pode levar séculos para se decompor. Com o objetivo de sistematizar um conjunto de ações em busca de soluções, investiga-se nesta pesquisa como criar um processo de gestão de resíduos para o arranjo através do uso da tecnologia de manufatura aditiva, considerando as dimensões ambiental, social e econômica. A pesquisa, exploratória e aplicada, analisou a dinâmica dos resíduos têxteis do arranjo para considerar a formulação de estratégias de recuperação de valor desse material. Para tanto, a base teórica apoiou-se nos conceitos de economia circular, para entender as diferentes perspectivas e abordagens de modelos operacionais circulares; de arranjos produtivos locais, tendo em vista o incremento da cooperação entre as empesas que fazem parte do arranjo; de simbiose industrial, como ferramenta inspirada nos ecossistemas naturais para o intercâmbio de materiais; e de manufatura aditiva, tecnologia capacitadora que impulsiona os modelos de economia circular e fortalece sistemas democráticos de fabricação local e distribuída. A pesquisa apresenta como resultados um modelo de fluxo circular aberto para gestão de resíduos têxteis do Arranjo Produtivo Local Polo Moda Praia de Cabo Frio, com base em uma integração intersetorial com empresas de reciclagem têxtil; e, um protótipo de filamento para impressoras 3D, desenvolvido a partir dos resíduos de malha poliamida para ser usado na produção de aviamentos e acessórios. Destaca-se que o sistema de gestão de resíduos PUC-Rio - Certificação Digital Número 1812471/CA proposto é dinâmico, permitindo que os vínculos estabelecidos entre os interlocutores locais propiciem novas articulações, dentro e fora do arranjo. / [en] Brazil is a world leader in beachwear production, and the state of Rio de Janeiro is the largest producer of this segment in the country, represented by the Local Productive Arrangement of Beachwear Apparel in the city of Cabo Frio, at the State of Rio de Janeiro, Brazil. In the cutting process of these models, approximately 30 percent of raw material is wasted, mainly of synthetic origin, and is mostly discarded in sanitary landfills, where it can take centuries to decompose. In order to systematize a set of actions to pursue solutions, this research investigates, how to create a waste management process for the arrangement through the use of additive manufacturing technology, considering the environmental, social and economic dimensions. This exploratory and applied research, analyses the dynamics of textile waste from the arrangement to consider the formulation of strategies to recover value from this material. As a theoretical foundation were used the concepts of: (i) circular economy, to understand different perspectives and approaches of circular operational models; (ii) local productive arrangements, to recognize the current scenario and increase cooperation among companies that are part of the arrangement; (iii) of industrial symbiosis, as a tool inspired by natural ecosystems aimed at the exchange of materials; and (iv) additive manufacturing, as an enabling technology that drives circular economy models and strengthens democratic systems of local and distributed manufacturing. The thesis outcomes were an open flow model for textile waste management in a local production arrangement of beachwear apparel, through the intersectoral integration between textile recycling companies and the apparel manufacturers belonging to arrangement; and a prototype of a 3D printer filament using polyamide mesh for printing trims and accessories used in the manufacture of beachwear. It should be PUC-Rio - Certificação Digital número 1812471/CA noted that the proposed system is dynamic, allowing the links established between the local interlocutors to provide new articulations, within and outside the arrangement.

[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.

Orientador: Cesar Renato Foschini / Resumo: Desenvolvimento de uma ortese personalizada para subluxação de ombro por manufatura aditiva a partir de escaneamento corporal. A órtese é um dispositivo aplicado à superfície externa do corpo para: controlar o alinhamento biomecânico, corrigir ou acomodar a deformidade, proteger e suportar uma lesão, auxiliar na reabilitação, reduzir a dor, aumentar a mobilidade e a independência. Nos últimos anos, o desenvolvimento de órteses usando manufatura aditiva tem se incrementado tanto para membros superiores como inferiores devido a sua capacidade de reposicionar o membro de maneira mais precisa e personalizada. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia para projetar e fabricar uma órtese de subluxação de ombro utilizando escaneamento corporal e manufatura aditiva. O usuário foi submetido ao escaneamento 3D para obtenção do modelo digital sólido em formato 3D, operações elementares espaciais foram aplicadas ao modelo escaneado do usuário para a obtenção da órtese a fim de gerar uma silhueta tridimensional adequada ao ombro/tórax do paciente. Finalmente, a silhueta foi evoluída a órtese pela agregação de espessura, furos e contornos. Uma vez obtida a órtese, foi impressa, ajustada e testada no paciente. Uma primeira versão foi proposta em função do relato do paciente quanto à adaptação do ombro e conforto, e outras duas versões evolutivas foram desenvolvidas e avançaram para outros aspectos importantes como a redução de peso, graus de liberdade nos ombros saudávei... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Development of a custom shoulder orthosis by additive manufacturing from body from body scan. Orthotics is a device applied to the external surface of the body to control biomechanical alignment, correct or accommodate the deformity, protect and support an injury, assist in rehabilitation, reduce pain, increase mobility and independence. In recent years, the development of orthosis using additive manufacturing has been increasing for both upper and lower limbs because of their ability to more accurately and custom reposition the limb. This work aimed to develop a methodology to design and manufacture a shoulder subluxation orthosis using body scanning and additive manufacturing. The user underwent 3D scanning to obtain the solid digital model in 3D format, spatial elemental operations were applied to the user's scanned model to obtain the orthosis to generate a three-dimensional silhouette suitable for the patient's shoulder / chest. Finally, the silhouette was evolved into orthosis by aggregating thickness, holes, and contours. Once the orthosis was obtained, it was printed, adjusted and tested on the patient. A first version was proposed based on the patient's report on shoulder adaptation and comfort, and two other evolutionary versions were developed and advanced to other important aspects such as weight reduction, degrees of freedom in healthy shoulders and comfort gain. In each of the three prototypes, an evaluation questionnaire was applied to the user to improve diffe... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] Esta pesquisa examina as potencialidades e limitações da manufatura aditiva na produção de dispositivos médicos em resposta à crescente demanda global durante a pandemia da COVID-19. A pesquisa busca entender as implicações da adaptação de projetos, da conformidade com regulamentações e da criação de uma cadeia de produção resiliente e sustentável, utilizando impressoras 3D de baixo custo. Além disso, a pesquisa incita reflexões sobre a intersecção entre medicina e design, instigando novas pesquisas neste campo interdisciplinar. O estudo se aprofunda na análise de adaptações de design e na exploração de uma cadeia produtiva alternativa mais resiliente e com menor impacto ambiental. A pesquisa considera a possibilidade de utilizar resíduos hospitalares como matériaprima para a produção de componentes médicos, uma prática que pode reduzir custos de descarte e a pegada de carbono. Além disso, discute a implementação do DRAM (Design, Reciclagem e Manufatura Aditiva Distribuídos) em ambientes hospitalares para responder às demandas de saúde em cenários de interrupção da cadeia de suprimentos. A pesquisa levanta questões importantes sobre a fronteira entre medicina e tecnologia, destacando a importância da responsabilidade ética e social na evolução científica e tecnológica. Argumenta a importância da manutenção adequada dos equipamentos médicos e o papel vital que a manufatura aditiva pode desempenhar na produção rápida de peças de reposição, especialmente em situações de emergência, como a pandemia da COVID-19. Com uma análise detalhada do joelho, um projeto prático desenvolvido durante o mestrado, a pesquisa identifica a necessidade de reestruturação dos processos de fabricação, considerando fatores econômicos e geográficos. A experiência do projeto instigou discussões enriquecedoras sobre o papel do designer, a potência da tecnologia de fabricação digital e a relevância dessa atividade em situações de emergência. Finalmente, a pesquisa conclui que a Reciclagem Distribuída e a Manufatura Aditiva (DRAM) podem se apresentar como uma solução sustentável e descentralizada para a produção de itens críticos em hospitais. Sugere a possibilidade de implementação de um ciclo fechado de produção e consumo de materiais através da fabricação de filamentos a partir de resíduos no próprio local de cuidados de saúde. Isso não só reduziria a dependência de fornecedores externos e a pegada ambiental da produção, mas também poderia melhorar a eficiência e agilidade dos sistemas de saúde em situações de emergência. / [en] This Master s dissertation examines the potentialities and limitations of additive manufacturing in the production of medical devices in response to the growing global demand during the COVID-19 pandemic. The research seeks to understand the implications of project adaptations, compliance with regulations, and the creation of a resilient and sustainable production chain, using low-cost 3D printers. Furthermore, the research instigates reflections on the intersection between medicine and design, stimulating new research in this interdisciplinary field. The study delves into the analysis of design adaptations and explores an alternative production chain that is more resilient and has less environmental impact. The research considers the possibility of using hospital waste as raw material for the production of medical components, a practice that can reduce disposal costs and the carbon footprint. In addition, it discusses the implementation of DRAM (Distributed Recycling and Additive Manufacturing) in hospital environments to respond to health demands in scenarios of supply chain disruption. The research raises important questions about the frontier between medicine and technology, highlighting the importance of ethical and social responsibility in scientific and technological evolution. It argues the importance of proper maintenance of medical equipment and the vital role that additive manufacturing can play in the quick production of replacement parts, especially in emergency situations, such as the COVID-19 pandemic. With a detailed analysis of the elbow, a practical project developed during the master s program, the research identifies the need for restructuring manufacturing processes, taking into account economic and geographic factors. The project s experience instigated enriching discussions about the role of the designer, the power of digital manufacturing technology, and the relevance of this activity in emergency situations.

[pt] Materiais feitos com microestruturas arquitetadas possuem propriedades mecânicas ajustáveis e podem ser usados na obtenção de estruturas leves e, ao mesmo tempo, com máxima rigidez. Em estruturas celulares formadas por rede de treliças, por exemplo, pode-se variar o tipo de topologia e porosidade de modo que o material seja eficientemente distribuído no domínio de projeto. Devido às geometrias complexas destas estruturas, projetá-las usando ferramentas de desenho assistido por computador é uma tarefa desafiadora. Neste trabalho, foi desenvolvida uma modelagem paramétrica no programa Rhinoceros usando a extensão Grasshopper para auxiliar na construção de modelos de sólidos celulares com estrutura interna treliçada de densidade variável. A modelagem paramétrica desenvolvida permite definir a topologia e o diâmetro das barras das treliças que simplificam em muito a geração de modelos de sólidos porosos. Modelos de microestrutura foram gerados e fabricados em poliamida 12 por meio de sinterização seletiva a laser para avaliar se é viável imprimir as treliças a partir dos parâmetros estabelecidos. O problema de uma viga biapoiada com carga concentrada no centro foi resolvido utilizando-se o método de otimização topológica e o campo de densidades foi usado para geração do modelo de densidade variável. Considerando a mesma massa final dos modelos otimizados, modelos com densidade constante foram gerados e fabricados juntamente com os modelos de densidade variável. Foram realizadas análises experimentais por meio de ensaios de flexão em três pontos e os resultados mostram que a solução usando densidade variável tem um grande aumento da rigidez quando comparadas com as soluções com densidade uniforme. / [en] Materials made with architected microstructures present tunable mechanical properties and can be used to obtain light structures and, at the same time, with maximum stiffness. In lattice structures, for example, the type of topology and porosity can be varied so that the material is efficiently distributed in the design domain. Due to the complex geometries of these structures, designing them using computer-aided design tools is a challenging task. In this work, a parametric modeling was developed in the Rhinoceros program using the Grasshopper extension to assist in the construction of models of lattice structures with varying truss diameters. The developed parametric modeling allows defining the topology and the diameter of the truss bars, which greatly simplifies the generation of models of porous solids. Microstructure models were generated and manufactured in polyamide 12 through selective laser sintering to assess whether it is feasible to print the trusses from the established parameters. The problem of a simply supported beam with a concentrated load at the center was solved using the topology optimization method and the density field was used to generate the variable density model. Considering the same final mass of the optimized models, models with constant density were generated and manufactured together with the models with variable density. Experimental analyzes were carried out using three-point bending tests and the results show that the solution using variable density has a large increase in stiffness when compared to solutions with uniform density.