Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-08T18:42:16Z No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-05T20:47:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T20:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) Previous issue date: 2018-06-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Esta dissertação trata do desenvolvimento de um robô com cinemática paralela Delta Linear para Manufatura Aditiva (AM-Additive Manufacturing) e a proposição de um modelo de informação para AM baseado no padrão STEP-NC. AM é considerada como uma tendência da Indústria 4.0, aportando grandes benefícios para o desenvolvimento de novos produtos, incluindo redução do tempo de lançamento ao mercado, liberdade de projeto para manufatura e reduções na cadeia de suprimentos. No entanto, ainda persistem sérios problemas sobre a cadeia digital da AM com o uso de antigos formatos para troca de dados. O formato STL (1987) tem sido usado como padrão “de fato" para troca de dados entre softwares de projeto 3D e sistemas de AM e da mesma forma, os controladores numéricos dos sistemas de AM ainda utilizam o padrão de código G (ISO 6983/1980). Porém esses formatos possuem inconvenientes que os tornam incompatíveis com a ideia de uma cadeia digital de alto nível para AM. O ISO 14649, conhecido como STEP-NC, é agora categorizado como a solução aos problemas de troca de dados em AM. Este trabalho explora o padrão STEP-NC para suportar uma cadeia digital de alto nível para AM. Um modelo de atividade de aplicação usando a nomenclatura IDEF0 e um modelo de referência de aplicação na linguagem EXPRESS são apresentados e o conceito de AM-layer-feature é introduzido para referenciar features de AM dentro do modelo EXPRESS. A arquitetura de uma plataforma de AM com controle STEP-NC indireto para implementação do novo modelo também é apresentada. Em paralelo a dissertação apresenta o projeto, análise cinemática e síntese dimensional de uma nova estrutura de robô paralelo Delta Linear com pares cinemáticos constituídos por 12 elos (3 hastes paralelas simples), 11 juntas rotacionais e 3 juntas prismáticas, diferindo da solução clássica constituída por 9 elos (3 hastes paralelas compostas), 12 juntas esféricas e 3 juntas prismáticas. A cinemática direta e inversa é apresentada, bem como um método de otimização baseada em algoritmos genéticos para determinar os valores mínimos para os parâmetros cinemáticos do robô em função de uma espaço de trabalho cilíndrico prescrito com 250 mm de diâmetro e uma altura de 300 mm. O robô Delta Linear baseado na nova estrutura foi construído e testado. Uma análise de capacidade e desvios geométricos foi realizada para três peças de teste com um resultado de desvio/erro de 0,208 mm dentro de um intervalo de confiança de 99,7 %. / This dissertation aims at the development of a delta robot with a new kinematic chain for application in Additive Manufacturing (AM) and the proposition of an information model for additive manufacturing STEP-NC. Additive Manufacturing is upheld as one mega-trend from new industrial landscape - Industry 4.0. Massive benefits are promised by AM for development of the new products including reduced time-to-launch, manufacturing design freedom and supply chain improvements. Nevertheless, serious problems persist on AM digital chain with the use of format old styles for data exchange. The STL (1987) format has been used as the “de facto”standard for data exchange between 3D-design softwares and AM systems. Similarly, numerical controllers of AM systems still use the G-code (ISO 6983/1980) standard. But they have drawbacks that make them incompatible with the idea of a high-level digital chain for AM. ISO 14649, known as STEP-NC, is now trusted as a solution for AM data exchange. This work explores the STEPNC standard to support the AM high-level digital chain and highlights the advantages of such a digital chain. An application activity model using the nomenclature IDEF0 and an application reference model in EXPRESS are presented. The concept of AM-layer-feature is introduced for referencing AM features within of the EXPRESS model. The architecture of a indirect STEP-NC AM platform for implementation of the new model also is presented. After this work presents the design, synthesis, and kinematic analysis of a new structure of the Linear Delta parallel robot with kinematic pairs consisting of 12 links (3 single parallel legs), 3 prismatic joints and 11 revolute joints, differing from the classical solution constituted by 9 links (3 pairs of parallel legs), 12 ball joints and 3 prismatic joints. Direct and inverse kinematics are presented, as well as a genetic algorithm-based optimization method to determine the kinematic pairs and the workspace pairs that the mechanism will have for its application in additive manufacturing using the Fused Deposition Modeling process. After the validation of the design of the new Linear Delta robot topology, which presents a cylindrical workspace with a 250 mm diameter and a 300 mm height, the Linear Delta robot was manufactured and tested. Capability and geometric deviations analysis of the machine were carried out for three test parts resulting in a 0.3 mm deviation/error within a confidence interval of 99.7%.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-30T17:01:43Z No. of bitstreams: 1 2015_FelipeBorgesFelicianodeLima.pdf: 2458276 bytes, checksum: d3a4a708471dbade64f90e9c13b281bc (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2016-10-06T21:22:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_FelipeBorgesFelicianodeLima.pdf: 2458276 bytes, checksum: d3a4a708471dbade64f90e9c13b281bc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T21:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_FelipeBorgesFelicianodeLima.pdf: 2458276 bytes, checksum: d3a4a708471dbade64f90e9c13b281bc (MD5) / Apesar de agora serem populares e acessíveis para pequenos laboratórios, empresas e hobbystas, a qualidade superficial das peças fabricadas através de FDM – Fused Deposition Modelling ainda não é satisfatória para grande parte dos propósitos de utilização da tecnologia. Ainda que novas abordagens nas técnicas de slicing e processamento das peças estejam sendo empregadas, o acabamento manual das mesmas ainda é necessário. Outros métodos de pósprocessamento das peças ainda são caros e pouco práticos. Este trabalho propõe e compara métodos de pós-processamento de peças impressas em ABS – Acrilonitrila Butadieno Estireno com o uso de Dimetilcetona (Acetona). A rugosidade superficial foi previamente medida em diversos corpos de prova que foram submetidas a quatro técnicas diferentes de tratamento, por diferentes períodos de tempo. As técnicas utilizadas foram: imersão em uma solução aquosa de acetona, exposição ao vapor de acetona em um recipiente hermético à 21°C, a 50°C e após o ponto de ebulição da acetona. Os resultados do trabalho são curvas de evolução da rugosidade superficial da peça com respeito ao tempo de aplicação do pós-tratamento. Os principais achados do trabalho são que estes tratamento são processos controláveis e com resultados previsíveis e que podem produzir reduções de rugosidade na ordem de 1000% ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Despite now being popular and affordable to small laboratories, companies and hobbyists, the surface quality of the parts produced through FDM - Fused Deposition Modeling are not yet satisfactory for a wide range of purposes. Even tough new approaches on model slicing and processing are being employed, hand finishing of the parts is still necessary. Other post-processing methods are not practical and expensive. This work proposes and compare methods of chemical post processing of Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS printed parts with the use of dimethyl-ketone (acetone). Surface roughness was previously measured for several test artifacts that were then submitted to four different techniques of treatment for different periods. The techniques used were immersion in a acetone water solution; exposure to acetone vapor in a closed vessel, at 21°C, 50 °C and after the boiling point. The results are curves with the reduction of surface roughness with respect to post treatment duration for the different methods. The main finding is that this is a somewhat controllable process with predictable results and that produces reductions in surface roughness in the order of the 1000%.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T18:35:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Branilson Meca-UFBA - final assinada.pdf: 8467328 bytes, checksum: 65e6b739768a49cd5dae0302fc0fc553 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T11:14:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Branilson Meca-UFBA - final assinada.pdf: 8467328 bytes, checksum: 65e6b739768a49cd5dae0302fc0fc553 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T11:14:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Branilson Meca-UFBA - final assinada.pdf: 8467328 bytes, checksum: 65e6b739768a49cd5dae0302fc0fc553 (MD5) / Sistema de Manufatura Aditiva é a nomenclatura dada a sistemas mecatrônicos destinados a produzir sólidos por adição gradual de material orientados por um modelo virtual no computador, também conhecidos como Impressoras 3D ou Prototipadoras Rápidas. Estes sistemas são capazes de realizar, com o mínimo de intervenção humana, a construção de componentes mecânicos usando apenas os insumos presentes em seu compartimento de material. A despeito de existirem no mercado desde o início da década de 1990, estes produtos até hoje ainda são praticamente desconhecidos pelo grande público e, os disponíveis no mercado, têm como regra elevados custos de aquisição e operação. Este trabalho trata do desenvolvimento do sistema Popfab 3D, um equipamento de Manufatura Aditiva flexível que objetiva democratizar o acesso à tecnologia de Manufatura Aditiva. O texto aborda todas as etapas de projeto, desde o levantamento informacional até os testes de protótipo funcional. O sistema desenvolvido processa materiais termoplásticos tal como saem da indústria, na forma de grãos ou pó, eliminando assim a necessidade de préprocessamento dos insumos como transformação em filamentos ou resinas líquidas, como ocorre com os sistemas disponíveis no mercado. Esta abordagem tem a vantagem de simplificar a experiência com materiais diversificados, materiais reciclados, além de misturas entre termoplásticos e plásticos com cargas de outros tipos de material, como metais, cerâmicas, etc.. Flexibiliza-se, deste modo, drasticamente as possibilidades de escolha dos insumos processados e reduzem-se os custos de produção, além de permitir fabricar componentes com características mecânicas variadas. O sistema foi desenvolvido baseado em componentes disponíveis no mercado brasileiro que, além de tornar a estrutura mais barata, permitiu simplificar sua construção.

Manufatura aditiva é um processo de fabricação de objetos que tem chamado a atenção de acadêmicos, empresas e órgãos de governo. Alguns setores específicos possuem demandas que podem ser mais bem atendidas com a utilização da manufatura aditiva na produção de peças de alto valor agregado. O problema prático que motiva a realização deste trabalho é a dificuldade enfrentada pelas empresas em avaliar as tecnologias de manufatura aditiva existentes para decisão de adoção ou não adoção delas em seus fluxos produtivos. A análise da situação atual na literatura indica que falta um modelo de processo específico de avaliação para adoção da manufatura aditiva na indústria de alto valor agregado. Visando preencher essa lacuna e propor uma solução para o problema identificado, este trabalho tem como objetivo a definição de um modelo de processo específico de avaliação para adoção de manufatura aditiva na indústria de alto valor agregado. Tal modelo é desenvolvido a partir de modelos de processo existentes para avaliar a adoção de outras tecnologias de manufatura avançada (Advanced Manufaturing Technologies - AMTs) e do levantamento das características específicas da manufatura aditiva. O modelo de processo de avaliação para adoção da manufatura aditiva na indústria de alto valor agregado proposto contempla nove passos para decidir sobre a adoção ou a não adoção da manufatura aditiva. A aplicabilidade do modelo proposto foi avaliada por meio de entrevistas com especialistas. A avaliação dos resultados indica que os passos e as atividades propostos no modelo contribuem para auxiliar na avaliação para adoção da manufatura aditiva na indústria de alto valor agregado. / Additive manufacturing is a manufacturing process that has gained attention of scholars, companies and government bodies. Some specific sectors have demands that can be better met with the use of additive manufacturing to produce high added value parts. The practical problem that motivates this work is the difficulty met by companies in assessing additive manufacturing technologies for decision to adopt or not adopt them in their production flows. The analysis of the current situation in the literature indicates a gap of a specific process model to evaluate the adoption of additive manufacturing in the high added value industry. To fill this gap and to propose a solution for the identified problem, this work has the goal to define a specific process model to evaluate the adoption of additive manufacturing in the high added value industry. This model is developed based on existing process models to evaluate the adoption of other Advanced Manufacturing Technologies and the study of specific characteristics of additive manufacturing. The model proposed contemplates nine steps to decide on the adoption or not adoption of additive manufacturing. The applicability of the proposed model was evaluated through interviews with experts. The evaluation of the results indicates that the steps and the activities proposed in the model contribute to assist in the evaluation of the adoption of additive manufacturing in high added value industry.

A deformidade em pescoço de cisne é uma postura anormal do dedo caracterizada por hiperextensão da articulação interfalangeana proximal juntamente com a flexão da interfalangeana distal, que pode causar dor e incapacidade funcional. Na prática clínica, as órteses são amplamente aplicadas no tratamento conservador da deformidade, sendo indicados modelos adquiridos comercialmente ou confeccionados sob medida pelos terapeutas. Trabalhos anteriores do grupo de pesquisa propuseram um modelo de órtese articulada para correção da deformidade pescoço de cisne denominada AOA (Anel em Oito Articulado) que teve sua funcionalidade aprovada pelos voluntários da pesquisa. O presente trabalho objetiva a evolução deste projeto na busca de um modelo mais anatômico (maior conforto), mais funcional e melhorar a compreensão acerca da relação entre materiais, manufatura e custo da órtese. Para isto, foram utilizados os processos de Manufatura Aditiva (MA) ou impressão 3D e parametrização, que permite o redezenhar automaticamente a órtese. A metodologia aplicada foi baseada no desenvolvimento de produtos e otimização integrada entre a técnica e a participação de adultos, atendidos nos ambulatórios do HCFMRP-USP, que apresentam a deformidade a fim de identificar sua percepção acerca da experimentação. A metodologia foi dividida didaticamente em duas etapas. Na primeira, foram realizadas as medidas antropométricas de dedos com a deformidade, além da definição das medidas de referência para parametrização através de medidas das mãos dos pesquisadores e de clientes; na segunda etapa, foi realizada a otimização e a parametrização do desenho, foi testada a manufatura da órtese com diferentes materiais, teste de usabilidade, por teste de bancada com os pesquisadores e após aprovação foram experimentadas por dois clientes para avaliar a opinião e na sequencia, foi feita análise descritiva dos dados. As principais alterações do projeto atual sobre o original foram a substituição dos diâmetros das seções dos dedos pela altura e largura que as aproximou de formatos elípticos; aumentos e reposicionamentos dos apoios ao dedo; reposicionamento do eixo de rotação da articulação; alteração do ângulo de bloqueio segundo recomendação do terapeuta pela avaliação da deformidade; modelagem paramétrica e manufatura aditiva em resina de alta resistência. Foram realizados também ensaios mecânicos para avaliação das propriedades das resinas curadas e teste com sensor de força, para conhecimento da distribuição de pressão da órtese no dedo. O presente modelo possibilitou aos usuários um ganho em funcionalidade e conforto e através do desenho paramétrico e manufatura aditiva direta possibilitou a dispensação da órtese personalizada com maior agilidade, em poucas horas. A evolução da AOA foi considerada promissora pois apresenta uma ferramenta inovadora muito próxima da aplicação comercial para a resolução de um problema de saúde crônico. / The swan neck deformity is an abnormal posture of the finger characterized by the hyperextension of the proximal interphalangeal joint with distal interphalangeal flexion, which can cause pain and lead to functional disability. In clinical practice, the orthosis is widely recommended in the conservative treatment of the deformity, and both commercially-acquirable models and on demand models made by therapists can be indicated. The previous work of the research group proposed an articulated orthosis model for the correction of swan neck deformity called AOA (Articulated Eight-shape Ring) that had its functionality approved by the research volunteers. The present work aims to further develop this project by searching for a more anatomical and functional model, providing greater comfort, and seeking a compromise among materials, manufacture and cost of the orthosis. For this, the processes of Additive Manufacturing (MA) or 3D printing and parameterization were used, which allows the automatic redesign of the orthosis The applied methodology was based on the product development and the integrated optimization between the technique and the feedback of adult patients who were affected by the deformity and treated at the HCFMRP-USP ambulatories. The methodology was divided into two steps: firstly, the anthropometric measurements of the fingers with the deformity were carried out, and the reference measurements for parameterization were defined through the measurement of the researchers\' and the patients\' hands; secondly, the optimization and parameterization of the design was performed, followed by the manufacturing of the orthosis with different materials that were submitted to usability tests and a bench test with the researchers. After approval, the orthosis were tested by two patients in order to obtain their opinion, and subsequently, the descriptive analysis of collected data was established. When comparing the current design to the original one, the main changes were the replacement of the diameters of fingers sections by slightly elliptical formats, the enlargement and repositioning of the finger supports, the repositioning of the rotation axis of the joint, the alteration of the blockage angle according to the recommendation of the therapist to evaluate the evolution of the deformity, and the parametric modelling and additive manufacture in high strength resin. Mechanical tests were also carried out to evaluate the properties of the cured resins as well as load sensor tests to identify the pressure distribution from the orthosis to the finger. The present model provided the users with greater functionality and comfort. Moreover, the personalized orthosis can be fabricated in matter of a few hours due to the parametric design and direct additive manufacture. The evolution of AOA was considered promising as it presents an innovative tool very close to the commercial application for the resolution of a chronic health issue.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-03-19T13:06:25Z No. of bitstreams: 1 Douglas Rafael Veit_.pdf: 4241312 bytes, checksum: db46ad98d688b6b42902ae0142a9b574 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-19T13:06:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Douglas Rafael Veit_.pdf: 4241312 bytes, checksum: db46ad98d688b6b42902ae0142a9b574 (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / GMAP/Unisinos / As ferramentas relacionadas à Manufatura Avançada estão se desenvolvendo rapidamente e irão transformar o futuro dos sistemas de produção. O paradigma de produção será alterado para o desenvolvimento, fabricação e a comercialização de novos produtos a partir do uso destas tecnologias. Nesse contexto, uma das tecnologias tratadas com maior atenção no que tange aos sistemas produtivos é a Manufatura Aditiva. Este trabalho identificou os impactos da utilização da Manufatura Aditiva pelos sistemas produtivos e suas repercussões nos critérios competitivos. Para atender a este objetivo, foram utilizados Métodos Múltiplos de Pesquisa. Inicialmente, foi realizada uma revisão sistemática da literatura no tema em questão. Dessa revisão, emergiram proposições a respeito dos impactos e suas repercussões na competitividade das organizações, utilizados como base para o questionário das entrevistas. Este questionário foi aplicado a três grupos de entrevistados distintos: Fabricantes e Representantes da Manufatura Aditiva (Brasil e EUA), Usuários da tecnologia (Brasil, EUA e Alemanha) e Representantes de Governos nacionais (Brasil e EUA). Tanto para a literatura quanto para as entrevistas realizou-se a análise de conteúdo procurando identificar as convergências e divergências entre as análises. Ainda, para confrontar estes resultados com a prática, foram realizados dois estudos de campo e um estudo de caso. Como resultados, destaca-se que a utilização da Manufatura Aditiva é um caminho sem volta. Seus benefícios partem da redução do tempo de atravessamento desde o processo de desenvolvimento de produto até a fabricação, além da viabilidade de novos modelos de negócios. Barreiras como a velocidade de impressão e a qualidade final (aparência) devem ser solucionadas em breve, devido ao avanço da tecnologia, propiciando às organizações maior competitividade em um conjunto significativo de critérios competitivos. / The tools related to Advanced Manufacturing are developing rapidly and will transform the future of production systems. From these technologies the production paradigm will be changed for the development, manufacture and commercialization of new products. In this context, one of the technologies most carefully addressed in production systems is Additive Manufacturing. This research aimed to identify the impacts of the use of the Additive Manufacturing on the production systems and its repercussions on the competitive criteria. To achieve this goal, Multiple Research Methods were used. Initially, a systematic literature review on the subject was carried out. From this review, propositions emerged about the impacts of the additive manufacturing on the production systems and their repercussions on the competitiveness of organizations. These propositions were the basis for the elaboration of the interview questionnaire, which was applied to three different groups: Manufacturers and Representatives of the Additive Manufacturing (Brazil and USA), Users of the technology (Brazil, USA and Germany) and Representatives of national governments (Brazil and USA). For both the literature and the interviews findings, content analysis was carried out in order to identify the convergences and divergences between them. In order to compare these results with the empirical reality, two field studies and one case study were carried out. As a result, it is emphasized that the use of Additive Manufacturing is a path with no return. Its benefits include the reduction of lead time, from the product development to the manufacturing product development, and the viability of new business models. Barriers such as speed of print and final quality (appearance) should be solved soon, due to the technology improvement, giving organizations greater competitiveness in a significant set of criteria.

Atualmente a área de saúde vem buscando auxílio na engenharia para a contribuição no estudo e confecção de próteses para casos específicos de fraturas ou doenças ósseas. Com o avanço da tecnologia surgiram processos de manufatura que tornam possível a fabricação de próteses personalizadas. Uma dessas tecnologias é a manufatura aditiva. O grande desafio no momento está na fabricação de próteses por manufatura aditiva que combinem desempenho biomecânico e resistência estrutural. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver elementos de fixação, especificamente âncoras de sutura de polímeros PEEK e PEKK, considerando seus requisitos estruturais através de simulações pelo método dos elementos finitos, e considerando que sejam fabricadas através de processos de manufatura aditiva. Este desenvolvimento permitirá a substituição de âncoras de sutura de liga de titânio, hoje largamente empregadas pelos cirurgiões, por âncoras de sutura de polímeros biocompatíveis, o que possibilitará que estes polímeros sejam absorvidos pelo corpo humano em curto e médio prazo, permitindo a completa restituição do osso afetado, melhorando a qualidade de vida do paciente pós-cirurgia. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a técnica poderá resultar em próteses com a biocompatibilidade desejada e resistência mecânica adequada. Próteses permanentes (articulações) ou provisórias (âncoras de sutura) seriam um dos critérios para a escolha do material a ser utilizado, absorvível ou não pelo corpo humano. / Nowadays medicine is searching assistance from engineering that may contribute in studies and confection of prothesis to specific cases of fractures and bone diseases. With the advance of technology new processes of manufacture were risen, making possible the confection of personalized prothesis. The biggest challenge of the moment is in the manufacture of additive prothesis that can combine biomechanics performance and structural resistance. In this context, the objective of this dissertation is to develop PEEK and PEKK polymer suture anchors, considering its structural requirements, taking into account their mechanical strength, through simulation by the finite element method, and considering additive manufacturing processes. This development will allow the replacement of titanium alloy suture anchors, now widely used by surgeons by suture anchors of biocompatible polymers, which enable these polymers to be absorbed by the human body in the short and medium term, allowing full regeneration of affected bone, improving the quality of life of the patient. The results of this study indicate that the technique could result in prosthesis with the desired biocompatibility and adequate mechanical strength. Permanent prosthesis (joints) or temporary (suture anchors) would be one of the criteria for the choice of material to be used, absorbable or non absorbable by the human body.

Nos últimos anos, a aplicação de tecnologias de manufatura aditiva tem crescido, estendendo seus benefícios para áreas diversas, como saúde, e encurtando o tempo de desenvolvimento de produto. Contudo, são encontrados apenas fabricantes nacionais de versões \"open-source\" de baixo custo de tecnologias de modelagem por fusão deposição (FDM), não existindo desenvolvedor de uma tecnologia nacional. Em função disto, o objetivo principal deste trabalho é apresentar e validar uma nova concepção de processo de fabricação aditiva. Esta proposta consiste na geração seletiva de compósito de celulose e acrílico através de fonte coerente de luz UV. Para isto, foram realizados estudos referentes a duas áreas principais, desenvolvimento de material e validação da concepção de processo proposto. Para o desenvolvimento de material, foram estudados materiais fotopoliméricos a base de acrilatos de forma a ser obtida uma formulação de material adequada para ser validado o processo. Da mesma forma, a seleção do material celulósico empregado foi realizado a partir da caracterização de materiais celulósicos laminados (papéis) comumente encontrados no mercado. Adicionalmente, foi identificado potencial de viabilidade preliminar da proposta ao longo da caracterização do compósito, visto que foi avaliada a aderência entre camadas, resistência mecânica à tração, resistência à água e microestrutura do compósito. Após o desenvolvimento do material, foi desenvolvido o projeto preliminar do equipamento de validação da proposta, assim como a fabricação de um protótipo e sua calibração. Foram realizados estudos de otimização para implementação do projeto do sistema de posicionamento, assim como dimensionamento de \"error Budget\" e custo relativo de equipamento. Foi também desenvolvido sistema de deposição de material polimérico, sistema de polimerização e alimentação de material, sendo realizados estudos de caracterização e validação do processo proposto. Foram identificados os efeitos principais dos principais parâmetros de processo para a largura da linha de polimerização, interferência da formação de compósito para camadas anteriores e, por fim a construção de corpo de prova. Através destes estudos, foi possível identificar a viabilidade funcional da proposta, sendo observadas as vantagens e desvantagens desta nova concepção em relação aos principais processos de fabricação aditiva no mercado. / In recent years, the application of additive manufacturing technologies has grown, extending its benefits to diverse areas such as health, and shortening the time product development. However, national manufacturers are only found to provide versions of open-source and low cost FDM technologies, highlighting the absence of a national technology developer. Due to that, the main goal of this work is to present and evaluate a novel concept of additive manufacturing process. This proposal consists in selectively generate composite of cellulose and acrylic through a coherent UV light source. For this, studies have been conducted concerning two main areas, material development and validation of proposed process. For the development of material, we have studied photopolymeric materials based on acrylates so as to obtain a composition of material suitable for validating the process. Likewise, the selection of cellulosic substrate was made from the characterization of laminated cellulosic materials (sheet of paper) which are commonly found at market. Additionally, we identified the potential feasibility of the proposal along the preliminary characterization the composite, whereas it was evaluated the adhesion between layers, tensile strength, water resistance and microstructure of the composite. After development the material, it was developed a preliminary design of equipment for validation of proposal, in addition to fabricating and calibrating a prototype. Studies were performed to optimize and implement the mechanical design of the positioning system as well as sizing error Budget and relative cost of equipment. It was also developed the systems of poylmerization, photopolymeric material deposition, and feed of substrate, being conducted studies for the characterization and validation of proposed process. We identified the main effects of the main process parameters on the polymerization line width, interference of the formation of composite layers for and previous layers, and the construction of the test ix body. Through these studies, it was possible to identify the functional feasibility of the proposal, being observed the advantages and disadvantages of this novel design in comparison with the main additive manufacturing process in the market.

O trabalho trata do desenvolvimento de processo de fabricação de compósitos de fibras longas através da tecnologia de manufatura aditiva, possibilitando a criação de peças com maior resistência mecânica através da combinação adequada de materiais com diferentes propriedades mecânicas. Os processos de manufatura aditiva consistem na obtenção de um objeto sólido a partir de um modelo digital de três dimensões, através do fatiamento deste modelo e da adição sequencial de material com o objetivo de criar suas respectivas camadas, permitindo a reprodução real do modelo digital escolhido. Um compósito é a combinação de materiais com diferentes propriedades para a obtenção de um novo material com características específicas, permitindo a criação de melhores arranjos de propriedades através da escolha adequada dos materiais a serem combinados. Os materiais que formam um compósito podem ser divididos em matriz e reforço, entre os quais, os materiais de reforço são responsáveis por suportar os carregamentos transmitidos pela matriz. O uso de materiais poliméricos reforçados resulta em um material com baixo peso e elevada resistência mecânica. A adição de fibras longas nos processos de manufatura aditiva é foco do estudo, no qual foi utilizada a tecnologia Fused Deposition Modeling devido à sua simplicidade e facilidade de acesso a equipamentos de baixo custo para fins de validação de conceito. Foi desenvolvido e construído um cabeçote de deposição contínua de fibras longas, adequado ao uso no processo de deposição por camadas, através do qual foram manufaturados corpos de prova, que foram ensaiados mecanicamente conduzindo a resultados satisfatórios, validando a técnica e indicando que a fabricação de polímeros reforçados através da tecnologia de manufatura aditiva é um processo promissor. / The work deals with the development of long fiber composite manufacturing process through additive manufacturing technology, enabling the creation of parts with higher mechanical strength through proper combination of materials with different mechanical properties. Additive manufacturing processes consist in obtaining a solid object from a three dimension digital model through the slicing of the model and the sequential addition of material layer by layer allowing the real reproduction of the digital model. A composite is a combination of materials with different properties to obtain a new material having specific characteristics, allowing the creation of the best arrangement of properties through the choice of materials to be combined. The materials that form a composite can be divided into matrix and reinforcement, where the reinforcing materials are responsible for supporting the loads transmitted by the matrix. The use of reinforced polymeric materials results in a material with low weight and high mechanical strength. The addition of long fibers in the additive manufacturing process is the focus of this study, where the Fused Deposition Modeling process was used due to its simplicity and facility to access low-cost equipment in order to validate the concept. The system developed was used to manufacture specimens which have been mechanically tested leading to satisfactory results, indicating a very promising process for the production of reinforced polymers by additive manufacturing technology.

Orientador: Ruís Camargo Tokimatsu / Resumo: Esse trabalho tem a finalidade de projetar, com base em levantamento bibliográfico, uma prótese de disco intervertebral de Ti6Al4V pelo processo DMLS. Os sistemas de imagem de tomografias computadorizadas e ressonâncias magnéticas trabalham de maneira semelhante. Imagens em 3D de dados dos pacientes são construídas através da combinação de fatias 2D tomadas a partir de sistemas de sensores e da interpolação entre eles. A distância entre as fatias desses sistemas de imagens é grosseira comparada com a tecnologia da manufatura aditiva, portanto, esses processos combinam as imagens das fatias dentro de um software para criar um modelo 3D sobrepondo camadas, devido a essa sinergia entre os dois tipos de sistema, pesquisadores de todo o mundo tentam melhorar e inventar próteses para substituir o disco intervertebral através da ciência. Os resultados mostraram que a fabricação de uma prótese de disco com junta esférica pelo processo de manufatura aditiva é viável, porém nos segmentos menores, como na cervical ainda são difíceis de produzir devido à altura do disco intervertebral e ao limite da dimensão das camadas da manufatura aditiva, que atualmente estão por volta dos 20μm, por isso requerem tratamentos superficiais após sua fabricação. Espera-se que este trabalho possa ajudar futuros pesquisadores da área de biomecânica da coluna vertebral. / Abstract: This work has the purpose of designing, based on a bibliographical survey, an intervertebral disc prosthesis of Ti6Al4V by the DMLS process. Computed tomography (CT) imaging systems and MRIs work similarly. 3D images of patients data are constructed by combining 2D slices taken from sensor systems and interpolating between them. The distance between the slices of these imaging systems is rough compared to the additive manufacturing technology, so these processes combine the slice images within a software to create a 3D model overlapping layers because of this synergy between the two system types, researchers around the world try to improve and devise prostheses to replace the intervertebral disc through science. The results showed that the manufacture of a disc prosthesis with spherical joint by the additive manufacturing process is feasible, but in the smaller segments, such as in the cervical still difficult to produce due to the height of the intervertebral disc and to the limit of the size of the layers of the manufacture additives, which are currently around 20μm, so they require surface treatments after their manufacture. It is hoped that this work may help future researchers in the area of spinal biomechanics. / Mestre