Peças cerâmicas são normalmente produzidas através da aplicação de calor sobre argilas transformadas, de matérias-primas naturais ou materiais sintéticos, utilizando água e/ou outros aditivos como agentes de ligação, para formar um produto rígido, seguido por um processo de conformação. Alguns dos métodos mais comuns de conformação incluem extrusão, colagem, prensagem, colagem em fita e moldagem por injeção. No entanto, o uso de tecnologias de prototipagem rápida na fabricação de materiais cerâmicos tem aumentado nos últimos anos devido às suas muitas vantagens, porém poucos estudos foram realizados utilizando como matéria-prima a alumina em impressão 3D. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes ligantes (PVA, PVAc e Goma Arábica) nas propriedades físicas de peças de alumina obtidas por impressão 3D por jato de tinta. Além disto, avaliar também a influência da granulometria do pó na confecção destas peças. Porosidade aparente, densidade aparente, retração após tratamento térmico, resistência mecânica e tamanho de poro foram avaliados. Os resultados obtidos demonstraram que as peças com melhor acabamento e propriedades fisicas foram as com o ligante PVA. Ainda, foi aumentado o teor de ligante de 3 para 5% em massa. Nas amostras com 3%, uma granulometria média favoreceu a obtenção de melhores resultados estruturais e de aparência, sendo, por exemplo, os valores de resistência mecânica de 47MPa, porosidade aparente média de 30% e tamanho médio de poro próximo de 21μm. Para a concentração de 5%, foi a granulometria menor que obteve os melhores resultados, onde os valores de resistência mecânica, porosidade aparente média e tamanho de poro, por exemplo, foram de 63MPa, 22% e 21 μm, respectivamente. Para todos os ligantes e granulometrias a retração volumétrica média foi de ~50%. Conclui-se desta forma, que comparativamente, as peças impressas com os resultados mais satisfatórios foram as peças da composição com 5% de ligante PVA, passante em peneira 325 ABNT. / Ceramics pieces are typically produced by the application of heat upon processed clays, natural raw materials or chemically synthetic materials, accomplished of water and/other additives as binders, to form a rigid product followed by a shape forming process. Some of the most common forming methods for ceramics include extrusion, slip casting, pressing, tape casting and injection molding. However, the use of rapid prototyping technologies in the manufacture of ceramic materials in the biomedical area has increased in recent years due to its many advantages and few studies are conducted on obtaining alumina pieces intended for biomedical applications by 3D printing. Thus, the aim of this work was to evaluate the influence of different binders (PVA, PVAc and gum arabic) on the final properties of alumina parts obtained by inkjet printing. Moreover, was evaluated the influence of particle size in manufacturing parts. Apparent porosity, apparent density, retraction after thermal treatment, mechanical strength and pore size were evaluated. The results showed that the parts with PVA binder achieved a better appearance and better final properties. Further, the binder amount of 3 was increased to 5%wt. Samples with 3%wt and a mean particle size promoted to obtain the major structural results and appearance being, which for example, the mechanical strength was 47MPa, mean apparent porosity was 30% and mean pore size of 21μm. Samples with 5%wt and the minor particle size achieved the major results, where, for example, the values of mechanical strength, mean apparent porosity and mean pore size were 63MPa, 22% and 21μm, respectively. To all binders and particle size the volumetric shrinkage was ~ 50%. It was concluded, comparatively, the printed parts with the most satisfactory results were samples with 5%wt PVA, sieved at 325 mesh.

O objetivo deste trabalho é fabricar próteses cranianas personalizados de baixo custo, em chapa de titânio puro. A fabricação antecipada do implante de acordo com as características do paciente permite ao cirurgião estudar e planejar a cirurgia com maiores possibilidades de atingir o resultado esperado, a personalização contribui para o resultado estético e funcional do implante, já que considera a anatomia de cada paciente, o custo baixo permite que um maior número de pessoas possam ser beneficiadas. Os experimentos práticos iniciam-se com aquisição de imagens tomográficas computadorizadas de um crânio defeituoso, reconstruiu-se digitalmente em CAD o crânio com defeito e também a reparadora (implante). A fabricação do implante em chapa de titânio puro grau 2 foi realizada por estampagem incremental, processo de baixo custo e que permite a fabricação customizada de peças. Foram comparadas as dimensões entre o modelo CAD e o modelo físico do implante. A partir da imagem tomográfica também foi gerado o modelo CAD do crânio fraturado e foi feita a usinagem do mesmo em madeira para a realização do teste funcional do implante onde foi comprovada a funcionalidade do mesmo, indicando a eficiência dos recursos e parâmetros utilizados. A ferramenta utilizada para a estampagem incremental foi fabricada em aço SAE 4340 com ponta intercambiável de titânio puro e o lubrificante utilizado no processo foi a base de gordura animal para evitar a contaminação da prótese. Foi feito o tratamento térmico de alivio de tensões na prótese estampada para manter as dimensões geométricas após o corte da prótese, melhoria na rugosidade superficial e biocompatibilidade do titânio. Após o tratamento térmico foram feitas análises na rugosidade e teste de molhabilidade no implante, onde os resultados mostraram que a prótese tratada termicamente muda as características biomecânicas. Para analise da geometria do implante foi feito uma varredura por escâner e comparação com o modelo CAD da prótese. / The work main objective is manufacture custom cranial implants with low cost, in titanium pure sheet. The prior implant fabrication according with the characteristics of the patient allow surgeon to study and planning surgeries with greater possibilities to achieve expected results. The customization helps for esthetic and functional results of implant, because regards the anatomy of each patient, the low cost allow the most people receive benefits. Practical experiments began with acquisition of computed tomographic images of a defective cranium, rebuilt the implant and this cranium in CAD images. Implant manufacture in titanium sheet pure grade 2, was performed with incremental forming, this process have low cost and enables to produce custom pieces. The implant dimensions been compared between the CAD Model and Physic Model. Starting with the tomographic image was generate the CAD Model of fractured cranium, and was make a machining the same in wood for realization of functional implant test, which was confirmed the same functionality, indicating resource efficiency and the parameters used. The tool used for sheet forming been manufactured in SAE 4340 steel with interchangeable point of pure titanium, and the lubricant used in the process has been the basis animal grease to avoid the implant contamination. Heat treatment was done to reduce the relief of stresses at the implant formed to maintain the geometric dimensions after the implant cut, superficial roughness better and titanium biocompatibility. After heat treatment, the average roughness analyzes performed and wettability test in the implant, witch results shows the treated prosthesis changes the biomechanical characteristics. For analysis of the implant geometry, was used a scanner and compared with the CAD model of the prosthesis.

Peças cerâmicas são normalmente produzidas através da aplicação de calor sobre argilas transformadas, de matérias-primas naturais ou materiais sintéticos, utilizando água e/ou outros aditivos como agentes de ligação, para formar um produto rígido, seguido por um processo de conformação. Alguns dos métodos mais comuns de conformação incluem extrusão, colagem, prensagem, colagem em fita e moldagem por injeção. No entanto, o uso de tecnologias de prototipagem rápida na fabricação de materiais cerâmicos tem aumentado nos últimos anos devido às suas muitas vantagens, porém poucos estudos foram realizados utilizando como matéria-prima a alumina em impressão 3D. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes ligantes (PVA, PVAc e Goma Arábica) nas propriedades físicas de peças de alumina obtidas por impressão 3D por jato de tinta. Além disto, avaliar também a influência da granulometria do pó na confecção destas peças. Porosidade aparente, densidade aparente, retração após tratamento térmico, resistência mecânica e tamanho de poro foram avaliados. Os resultados obtidos demonstraram que as peças com melhor acabamento e propriedades fisicas foram as com o ligante PVA. Ainda, foi aumentado o teor de ligante de 3 para 5% em massa. Nas amostras com 3%, uma granulometria média favoreceu a obtenção de melhores resultados estruturais e de aparência, sendo, por exemplo, os valores de resistência mecânica de 47MPa, porosidade aparente média de 30% e tamanho médio de poro próximo de 21μm. Para a concentração de 5%, foi a granulometria menor que obteve os melhores resultados, onde os valores de resistência mecânica, porosidade aparente média e tamanho de poro, por exemplo, foram de 63MPa, 22% e 21 μm, respectivamente. Para todos os ligantes e granulometrias a retração volumétrica média foi de ~50%. Conclui-se desta forma, que comparativamente, as peças impressas com os resultados mais satisfatórios foram as peças da composição com 5% de ligante PVA, passante em peneira 325 ABNT. / Ceramics pieces are typically produced by the application of heat upon processed clays, natural raw materials or chemically synthetic materials, accomplished of water and/other additives as binders, to form a rigid product followed by a shape forming process. Some of the most common forming methods for ceramics include extrusion, slip casting, pressing, tape casting and injection molding. However, the use of rapid prototyping technologies in the manufacture of ceramic materials in the biomedical area has increased in recent years due to its many advantages and few studies are conducted on obtaining alumina pieces intended for biomedical applications by 3D printing. Thus, the aim of this work was to evaluate the influence of different binders (PVA, PVAc and gum arabic) on the final properties of alumina parts obtained by inkjet printing. Moreover, was evaluated the influence of particle size in manufacturing parts. Apparent porosity, apparent density, retraction after thermal treatment, mechanical strength and pore size were evaluated. The results showed that the parts with PVA binder achieved a better appearance and better final properties. Further, the binder amount of 3 was increased to 5%wt. Samples with 3%wt and a mean particle size promoted to obtain the major structural results and appearance being, which for example, the mechanical strength was 47MPa, mean apparent porosity was 30% and mean pore size of 21μm. Samples with 5%wt and the minor particle size achieved the major results, where, for example, the values of mechanical strength, mean apparent porosity and mean pore size were 63MPa, 22% and 21μm, respectively. To all binders and particle size the volumetric shrinkage was ~ 50%. It was concluded, comparatively, the printed parts with the most satisfactory results were samples with 5%wt PVA, sieved at 325 mesh.

Submitted by Luiz Felipe Barbosa (luiz.fbabreu2@ufpe.br) on 2015-03-12T14:13:41Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao RicardoBrazileiro.pdf: 4971404 bytes, checksum: e8d8a568995a7dd4b999f14885f35875 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-03-13T12:56:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao RicardoBrazileiro.pdf: 4971404 bytes, checksum: e8d8a568995a7dd4b999f14885f35875 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-13T12:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao RicardoBrazileiro.pdf: 4971404 bytes, checksum: e8d8a568995a7dd4b999f14885f35875 (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / As práticas de desenvolvimento em computação física embutem dois desafios: a construção do hardware e o desenvolvimento do software. Engenheiros, técnicos e demais especialistas foram historicamente responsáveis pela missão de resolver estes desafios, o que minimizou a necessidade de ferramentas amigáveis para programação e prototipagem em eletrônica. O conhecimento compartilhado de tecnologias e o movimento open-source - para muito além da técnica – impulsionaram o desenvolvimento de produtos fora do modus operandis industrial e o surgimento de desenvolvedores incomuns: artistas, designers e Makers. Diante disso, toolkits como Arduino e Fritzing surgiram para solucionar os desafios. No entanto, muito pode ser feito para acelerar o processo de concepção e prototipagem à esses Makers. tAMARINO é uma proposta de um ambiente visual único e intuitivo para acelerar a prototipagem em computação física. O sistema atua na prototipagem do software e do hardware ao mesmo tempo, o que acelera os primeiros passos. A primeira versão da aplicação foi concebida para microcontroladores Arduino, mas sua arquitetura é extensível a muitas outras placas. A avaliação revelou o sucesso da aplicação em diminuir o tempo necessário para o desenvolvimento de protótipos, reduzindo o time-to-market.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Paulo Jorge da Silva Bártolo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T08:33:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rezende_RodrigoAlvarenga_D.pdf: 29746268 bytes, checksum: 24e72154795e591bf70b4fc339cf0127 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A busca por soluções que resgatem a saúde e a dignidade de vítimas de acidentes ou com problemas de saúde, como perda ou danos de órgãos, tem motivado uma evolução acelerada da biofabricação. Novos materiais e técnicas de fabricação vêm sendo desenvolvidos rapidamente com o apoio dos recursos computacionais, que se torna parte imprescindível deste processo. O objeto de estudo desta tese vem ao encontro do desenvolvimento de ferramentas computacionais e procedimentos para a biofabricação, o que requer a utilização de um material biocompatível. O material em questão é o alginato, um hidrogel proveniente de algas pardas marinhas e que tem sido amplamente utilizado em diversos setores por mais de cinquenta anos. Uma caracterização mecânica do alginato é realizada, com auxílio de um reômetro de pratos e de um analisador dinâmico mecânico (DMA), bem como uma caracterização do comportamento químico, tal como o seu poder de inchamento (swelling) e o seu processo de reticulação (gelação), a fim de servirem como dados de alimentação para as aplicações das ferramentas computacionais, nomeadamente, o Ansys e a técnica de otimização dos algoritmos genéticos. O Ansys é utilizado na simulação do comportamento de escoamento do alginato puro. Já os algoritmos genéticos, como ferramentas de otimização de propriedades físicas de estruturas em alginato. / Resumo: A busca por soluções que resgatem a saúde e a dignidade de vítimas de acidentes ou com problemas de saúde, como perda ou danos de órgãos, tem motivado uma evolução acelerada da biofabricação. Novos materiais e técnicas de fabricação vêm sendo desenvolvidos rapidamente com o apoio dos recursos computacionais, que se torna parte imprescindível deste processo. O objeto de estudo desta tese vem ao encontro do desenvolvimento de ferramentas computacionais e procedimentos para a biofabricação, o que requer a utilização de um material biocompatível. O material em questão é o alginato, um hidrogel proveniente de algas pardas marinhas e que tem sido amplamente utilizado em diversos setores por mais de cinquenta anos. Uma caracterização mecânica do alginato é realizada, com auxílio de um reômetro de pratos e de um analisador dinâmico mecânico (DMA), bem como uma caracterização do comportamento químico, tal como o seu poder de inchamento (swelling) e o seu processo de reticulação (gelação), a fim de servirem como dados de alimentação para as aplicações das ferramentas computacionais, nomeadamente, o Ansys e a técnica de otimização dos algoritmos genéticos. O Ansys é utilizado na simulação do comportamento de escoamento do alginato puro. Já os algoritmos genéticos, como ferramentas de otimização de propriedades físicas de estruturas em alginato. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Vanessa Petrilli Bavaresco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T02:53:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FernandaHenriquesdos_M.pdf: 2590038 bytes, checksum: 807936f77ee66231cc661475d6643f25 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na área médica, para se desenvolver um dispositivo que funcione como implante, deve-se utilizar materiais que sejam compatíveis para funções específicas do corpo humano, e esses são classificados como biomateriais. Neste trabalho, foram determinados os parâmetros que serão aplicados ao laser de infravermelho (condutividade térmica do material, densidade do material e comprimento de onda do laser) utilizado na máquina de prototipagem rápida, a qual será usada para a fabricação do implante. Este implante será composto por um biomaterial polimérico a base de Polivinilalcool (PVAl) e, terá como objetivo a substituição da cartilagem articular mandibular. Estudos já avaliaram as propriedades mecânicas de hidrogéis poliméricos de PVAl mostrando sua aplicabilidade como reparadores da cartilagem articular em articulação de quadril, porém a articulação mandibular é submetida à aplicações de cargas superiores havendo a necessidade de melhoria de suas propriedades mecânica. A mistura física de dois ou mais polímeros é denominada blenda polimérica e seu objetivo é aperfeiçoar ou modificar as propriedades dos materiais adequando-as para uma aplicação específica. A literatura relata que PVAl e Polivinilpirrolidona (PVP) são polímeros miscíveis entre si e, quando não reticulados são solúveis em água. O PVP é um polímero amorfo e autolubrificante, e por isso, foi escolhido para melhorar as propriedades mecânicas do PVAl. Blendas nas composições de 90:10 de PVAl e PVP respectivamente, reticuladas via laser infravermelho utilizando concentração de 2,5% de termoiniciador cianovalérico foram caracterizadas via Espectroscopia do Infravermelho Médio, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Extração sol-gel. Através desses experimentos foram determinados os parâmetros do laser para posterior utilização na máquina de prototipagem rápida. Foi possível também realizar a cura do material através do laser de infravermelho. A cura foi confirmada através dos outros ensaios realizados / Abstract: In the medical area to develop a device that functions as an implant, one should use materials that are compatible for specific functions of the human body, and these are classified as biomaterials. In this study, we determined the laser parameters that will be applied to the infrared laser (thermal conductivity, material density and wavelength of the laser) in rapid prototyping machine, which will be used to manufacture the implant. This implant is a polymeric biomaterial based on polyvinylalcool (PVAl) and will aim to replace the articular cartilage of the mandible. Studies have evaluated the mechanical properties of polymeric hydrogels PVAl showing its applicability as repairing articular cartilage in hip joint, but the mandibular joint is subjected to loads greater than applications having the need to improve their mechanical properties. The physical mixture of two or more polymers is called polymer blend and its goal is to improve or modify the properties of materials making them suitable for a specific application. The literature reports that PVAl and PVP polymers are miscible and, when not crosslinked, are soluble in water. PVP is an amorphous polymer and selflubricating, and therefore was chosen to improve the mechanical properties of PVAl. Blends in the compositions of 90:10 PVAl and PVP respectively, crosslinked using infrared concentration of 2.5% termoiniciador cianovaléric were characterized by mid-infrared spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM) and sol-gel fraction. Through these experiments were determined laser parameters for subsequent use in rapid prototyping machine. It was also possible to realize the cure of material through the infrared laser. The cure was confirmed by other tests / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T19:23:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_MarceloFernandesde_M.pdf: 4714169 bytes, checksum: 6873bf558bc7f4069005075b60b3b470 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A Prototipagem Rápida (PR), ao longo dos últimos 20 anos, vem provendo inovação, redução de tempo e custo nas mais diversas aplicações, propiciando o surgimento de novos paradigmas, em diferentes setores de atividades. A PR tem como recurso principal a capacidade de construir rapidamente formas físicas complexas, difíceis ou mesmo impossíveis de serem construídas pelas tecnologias estabelecidas há mais tempo. O presente trabalho avalia a aplicação da prototipagem rápida em 40 projetos de pesquisa, distribuídos em 18 áreas e subáreas do conhecimento. Essa avaliação, de caráter qualitativo é construída a partir dos pareceres dos proponentes desses projetos e da experiência do autor com as tecnologias PR utilizadas neste trabalho. Foram avaliados os benefícios do emprego da PR e o desempenho dos materiais em quatro classes de aplicações dos projetos: prototipagem visual (PV), prototipagem funcional (PF), ferramental rápido (FR) e manufatura rápida (MR). A capacidade da PR em construir formas complexas é o grande benefício trazido aos projetos de pesquisa. Esse benefício é corroborado pelo bom desempenho das peças construídas com os materiais nylon/SLS, gesso/3DP e ABS/FDM, dentro das classes de aplicações. Para as necessidades apresentadas, relativas ao corpo e superfície das peças, é discutido o emprego de técnicas de pós-processamento. Para PV, a necessidade maior é evitar o amarelamento da superfície do nylon/SLS. Para PF, são necessidades o reforço mecânico das peças de nylon/SLS e ABS/FDM para solicitações dinâmicas e, também, reforço mecânico para peças de pequenas dimensões. É necessária também a planarização das superfícies para peças utilizadas em escoamento hidrodinâmico. Em FR, o uso dos três materiais foi aplicado em ferramental indireto ao invés do direto. Finalmente, nylon/SLS e ABS/FDM foram usados com sucesso em MR e isto, por si só, significa uma superação nas aplicações desses materiais / Abstract: Over the last 20 years, Rapid Prototyping (RP) has provided innovation, time and cost reduction in diverse applications, enabling the emergence of new paradigms in different sectors. RP has as main feature the ability to quickly build complex physical forms which are difficult or even impossible to build using previous established technologies. This study evaluates the application of rapid prototyping in 40 research projects, in 18 areas and subareas of knowledge. This qualitative assessment is based on the point of view of both the proponents of the projects and the author who has experience in the RP technologies employed in this work. The benefits of using RP and the materials performance were evaluated distributing the projects into four classes according to their applications defined by author: visual prototyping (VP), functional prototyping (FP), rapid tooling (RT) and rapid manufacturing (RM). The RP ability of building complex forms was pointed out as the great benefit to all analyzed research projects. This benefit is confirmed by the good performance due to the application of the pieces built with nylon/SLS, gypsum/3DP and ABS/FDM within the classes of application. In this study we discuss the employment of post-processing techniques to solve some needs presented and regarding the pieces surface and body. For VP, the main need was to avoid the yellowing on nylon/SLS surfaces. For FP, the needs point to the mechanical strength of the nylon/SLS and ABS/FDM pieces for dynamic requests, as well as the mechanical strength of pieces of small dimension. In the analysis of FP projects, also, the planarization of the surfaces has been requested for hydrodynamic flow. Regarding RT, the three materials was employed as indirect RT instead direct RT. Finally, nylon/SLS and ABS/FDM were successfully used in RM, and this fact alone represents an overcome of the application of these materials / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:01:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Edgardde_M.pdf: 7963603 bytes, checksum: 2367f527033215563011ba0f4b968d03 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo:Através da integração de conhecimentos nas diferentes áreas de engenharia, física, matemática e computação, surgiu uma ciência multidisciplinar denominada mecatrônica. Com o rápido avanço das tecnologias e a crescente demanda por soluções que as acompanhem, criou-se uma necessidade no mercado tecnológico de reduzir o tempo de implementação de um projeto através da utilização de ferramentas de prototipagem rápida que permitissem a integração de conhecimentos e implementação do ciclo em V de desenvolvimento de um produto em ambiente virtual. O objetivo do presente trabalho é a apresentação de metodologias de Prototipagem Rápida de Dispositivos Mecatrônicos com ênfase em Instrumentação Virtual, através de ambiente voltado à capacitação e desenvolvimento de projetos na área de automação industrial, onde os principais conceitos possam ser verificados e posteriormente implementados e validados através de problemas industriais, fornecendo subsídios para a análise e estratégias para concepção destas aplicações / Abstract: Through the integration of knowledge in the different areas of engineering, physics, mathematics and computation had appeared a science to multidiscipline called mecatronic. With the fast advance of the technologies and the increasing demand for solutions follow that them, created a necessity in the technological market to reduce the time of implementation of a project being originated tools of fast prototyping that they allowed to the integration of knowledge and implementation of the cycle in V of development of a product in virtual environment. The objetive of this work is the presentation of methodologies Rapid Prototyping of Mechatronics Systems based in Virtual Instrumentation, through environment facing the training and development of projects in the area of industrial Automation, can be checked and subsequently implemented and validated in practice, providing subsidies for the analysis and strategies for design of these applications / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Helder Anibal Hermini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T06:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ulbrich_CristianeBrasilLima_D.pdf: 84757609 bytes, checksum: 0e1951a84d3580485473e14857428ba6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A Prototipagem Rápida (PR) é uma tecnologia da engenharia mecânica que tem sido utilizada para produzir protótipos físicos, conhecidos como biomodelos para auxiliar o planejamento cirúrgico, onde as informações da anatomia são obtidas através de exames de imagem, como a Tomografia Computadorizada (TC). A tecnologia de digitalização tem como principal finalidade à captura de coordenadas de pontos da superfície de um modelo. Estas coordenadas resultam em uma nuvem de pontos que possibilita uma inspeção tridimensional pela comparação entre modelos. O presente trabalho analisou as diferenças tridimensionais em três estudos de caso. A metodologia empregada foi dividida em quatro etapas de trabalho: a aquisição de imagens por Tomografia Computadorizada (TC); a segmentação das imagens dando origem aos modelos virtuais (utilizando três softwares InVesalius, Analyze, ScanIP); a confecção dos protótipos (utilizando três equipamentos de prototipagem: sendo um de SLS, e dois de 3DP com suas respectivas matériasprimas) e a comparação entre modelos virtuais e físicos (utilizando dois equipamentos de digitalização: ModelMaker e Orcus e quatro softwares de comparação: CopyCAD, Kube, Geomagic e Accurex). Os modelos foram comparados aos pares, sendo os resultados apresentados em forma de mapas de cores com as diferenças tridimensionais encontradas. A partir da metodologia empregada e dos resultados obtidos, foi observado que o processo de fabricação de biomodelos é viável. A comparação de cada etapa de trabalho permite validar a geometria obtida para então passar a etapa seguinte. A introdução do procedimento de inspeção dos biomodelos por métodos de comparação traz mais confiabilidade para o processo. Demonstra-se assim que os biomodelos auxiliam no planejamento cirúrgico, contribuindo para a redução do tempo de cirurgia, risco de infecção, além do potencial de redução de custos para o sistema público e privado de saúde / Abstract: Rapid Prototyping (RP) is a technology from mechanical engineering, using to produce physical prototypes called biomodel that could be use to planning surgical. Computer Tomography (CT) provides image data from that propose. Scanning technology would use to capture 3D coordinates in a model. These coordinates result in a cloud of points that could be use to compare models by three-dimensional inspect. The present resource was analyzing the threedimensional differences in three cases studies. The methodology used was divided in four steps: data image acquisition using Computer Tomography (CT); image segmentation to create virtual model (three software was used InVesalius, Analyze, ScanIP); prototype construction (using three kinds of rapid prototype equipments: one of SLS and two of 3DP with the respective materials) and a compare of virtual model with physical model (using two digitalize equipaments: ModelMaker and Orcus) and four compare software: (CopyCAD, Kube, Geomagic e Accurex). Models were compared in pars and, the results were showed using colours maps to illustrate three-dimensional errors found. The results of this resource confirm that biomodel fabrication process is feasible. Compares were made in each step to check the geometry created, until go to the next step. The introduce of inspection biomodel in the process using compare methods turn it more trustful. Thus, it was demonstrate that biomodels could help surgical plan, and they could in fact, contribute to reduce costs, surgical times and infection risks in health care system / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz Jardini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MariaCarolinaBurgos_D.pdf: 4625238 bytes, checksum: 91a8789c479692b23293ebf51336dd65 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma característica importante no projeto de uma unidade experimental de polimerização é o fato de que, já nas primeiras etapas de síntese conceitual do processo, sejam considerados os aspectos econômicos associados ao mesmo. O potencial econômico do processo deve ser analisado para descartar alternativas inviáveis e para ordenar, segundo seu potencial de rentabilidade, as que devem seguir sendo objeto de estudo e desenvolvido em etapas posteriores. Este trabalho tem como objetivo o projeto e a implantação de uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon-6 para novas aplicações como plástico de engenharia, em especial para aplicações em processo de prototipagem rápida com laser de CO2. O processo investigado é a polimerização hidrolítica do Nylon-6, a partir do monômero e-caprolactama, em um reator de bancada em batelada. Foram identificadas as condições operacionais para obter o polímero com as propriedades desejadas, levando-se em conta as várias etapas da reação. Os estudos de modelagem e simulação do processo incluem os passos necessários para o desenvolvimento do modelo, envolvendo as equações da cinética de reação de polimerização e os balanços de massa e energia. O modelo desenvolvido é útil para otimizar o desempenho do reator experimental e, consequentemente, investigar várias alternativas operacionais, visando encontrar soluções mais econômicas para o processo. O polímero obtido a partir da planta piloto de polimerização poderá ser empregado como insumo em processos de prototipagem e em particular na máquina de prototipagem rápida, desenvolvida e instalada no Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA), possibilitando o desenvolvimento de protótipos e modelos tridimensionais, além de produtos com alto valor agregado. / Abstract: A main characteristic in the design of polymerization experimental unit is to take into consideration economic aspects already in initials stages of conceptual synthesis of the process. The economic potential of the process has to be analyzed in order to take decisions about possible alternatives so that it is possible to classify by its potential performance the options which should remain for further studies in advanced stages of process conceptual design. This research has as main objective the design, implementation and operation of an experimental polymerization unit for development of Nylon-6 especially focused for new applications as a engineer plastic - in special on its application on processes of rapid prototyping using CO2 laser. Specifically, the examined process is the hydrolytic polymerization of Nylon-6 (from e-caprolactam monomer) in a batch reactor. A search was carried out to define the process operational conditions taking into account all the reaction steps. The efforts on process modeling and simulation include the necessary paths to the model development, involving kinetic equations of polymerization reaction and the mass and energy balances. The developed model is useful to optimize the experimental reactor performance and, then, investigate several possible operational alternatives, bearing in mind the objective of establish better economic solutions for the process, whereas keeping the desired properties. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química