O objetivo deste trabalho é apresentar informações sobre o uso de modelos físicos na indústria cerâmica como parte integrante do método de projeto e identificar as possibilidades de utilização de tecnologias digitais nesse processo, verificando possíveis contribuições para o design. Esta é uma pesquisa qualitativa, que se utiliza de procedimentos adotados em estudos de casos múltiplos, a partir da investigação de duas indústrias de cerâmica para cada um dos setores fabris: louça de mesa, louça sanitária, cerâmica decorativa/ ornamental, revestimentos cerâmicos, telhas e blocos estruturais. Foram realizadas pesquisas bibliográficas e de campo, por meio de visitas a indústrias cerâmicas, a representantes de equipamentos de tecnologias digitais, a centros de pesquisa nacional e internacional e a instituições que possuem os equipamentos digitais para obtenção de modelos físicos. Os modelos físicos são muito utilizados em projetos de design durante as fases de desenvolvimento de produto e servem para gerar, analisar e selecionar as alternativas propostas, fornecendo respostas a problemas que surgem através de testes e simulações que devem ser adequados às questões e informações que se pretende coletar. Tradicionalmente, o processo de desenvolvimento de modelos físicos na indústria cerâmica requer conhecimentos técnicos e depende de muito treinamento e habilidades manuais dos modeladores. O uso de tecnologias digitais é muito difundido em outros segmentos da indústria, devido à capacidade de transformar rapidamente e com precisão modelos virtuais computadorizados em modelos físicos. Para compreender como cada segmento da indústria cerâmica utiliza os modelos físicos evidenciaram-se suas especificidades, quanto aos aspectos de configuração dos produtos e limitações dos materiais e dos processos de fabricação. Analisaram-se as seguintes tecnologias digitais: processos de prototipagem rápida, usinagem CNC e escaneamento 3D. Este trabalho demonstrou como processos analógicos tradicionais podem ser complementados e/ou substituídos para obtenção dos modelos físicos a partir da inserção de tecnologias digitais nesse processo. / The purpose of this study is to present information on the use of physical models in the ceramic industries as an integral part of the project method as well as identify the possibilities of using digital technologies in this process for possible contributions to the design. This is a qualitative research, which uses procedures adopted in multiple case studies, from the results of a survey on two ceramic industries for each of the industrial sectors: tableware, sanitary ware, decorative / ornamental ceramic tiles, tiles, ceramic roofing and building blocks. Bibliographical and field researches were conducted through visit to ceramics industries, representatives of digital technology equipment, national and international research centers and institutions that own digital equipment to obtain physical models. The physical models are widely used in design projects during the phases of product development and serve to generate, analyze and select the proposed alternatives, in order to provide answers to problems which arise through tests and simulations and that must be appropriated to the issues and information that are intended to be collected. Traditionally, the development process of physical models in the ceramic industry requires technical knowledge and depends on training and manual skills of the modelers. The use of digital technologies is widespread in other segments of the industry due to the ability to turn quickly and accurately, virtual computer models into physical models. In order to understand how each segment of the ceramic industry uses physical models, their specificities had to be evidenced, regarding aspects of product configuration and limitations of materials and manufacturing processes. The following digital technologies were analyzed: rapid prototyping process, CNC machining and 3D scanning. This work demonstrated how the traditional analog processes can be complemented and/or substituted in order to obtain physical models through the insertion of digital technologies in this process.

Nos últimos anos, as tecnologias de prototipagem rápida vem sendo amplamente utilizadas em aplicações na área de saúde, como ferramentas de auxílio na simulação e planejamento cirúrgico, bem como no projeto de implantes personalizados. Este trabalho fornece uma contribuição ao projeto destes implantes nas áreas de cranioplastia e buco-maxila. Baseado em sistemas CAD e nas tecnologias de prototipagem rápida são aplicadas diferentes alternativas para a geração adequada dos modelos médicos, ou biomodelos. Para aplicações em cranioplastias é proposto e implementado algoritmo para ajuste das bordas, permitindo dessa forma o correto ajuste do implante. Os resultados obtidos são aplicados diretamente em estudos de casos reais conduzindo a excelentes resultados e validando o procedimento proposto. / In the last years, the technologies of rapid prototyping have been widely used in medical applications, as supporting tools in the simulation and surgical planning, as well as in the design of customized implants. This work gives a contribution to the design of these implants in the cranioplasty and buco-maxila areas. Based on CAD systems and in the technologies of rapid prototyping, different alternatives are tested for the design of these modes, generically called as biomodels. For cranioplasty applications an algorithm is proposed and implemented for borders adjustment. The obtained results are directly applied in real case studies yielding to excellent results and validating the proposed procedure.

O uso do Sistema CAD/CAM já é bastante consagrado na Odontologia, não sendo diferente na reabilitação facial. Traz diversas facilidades, porém poucos trabalhos relatam as reabilitações da região óculo-palpebral. Nesse estudo, a aquisição de imagem tridimensional foi feita com o uso de um escâner de superfície a laser, FARO Edge ScanArm®, protegendo-se o olho contralateral com uso de lente gelatinosa preta; método que demonstrou eficiência na obtenção de imagem de pálpebras abertas para confecção de protótipo reverso. Foram selecionados 10 pacientes com exenteração de órbita, de ambos os gêneros, sendo 5 com mutilação à esquerda e 5 à direita. Todos os pacientes receberam duas próteses óculo-palpebrais, uma confeccionada pelo método convencional e outra pelo sistema CAD/CAM. As reabilitações foram registradas fotograficamente e avaliadas por 30 indivíduos leigos, 3 especialistas em prótese bucomaxilofacial e pelos próprios pacientes, usando-se a Escala VAS. Para avaliar a variação intraexaminador, 15 leigos repetiram a avaliação com intervalo de uma semana, assim como os 3 especialistas. Os resultados demonstraram consistência interna e uma boa reprodutibilidade dos dados em todos os grupos. A percepção estética foi melhor avaliada nas próteses obtidas pelo método convencional; entretanto, a relevância da diferença observada entre os dois métodos foi avaliada como razoável. / The use of CAD/CAM system is already an established method in Dentistry, no different in facial rehabilitation. It brings several facilities, but few studies have already reported the rehabilitations of the orbital area. In this research the acquisition of the three dimensional image was taken using a surface laser scanner, FARO Edge ScanArm®, protecting the contralateral eye with the use of a black gelatinous contact lens; this method has demonstrated effectiveness in getting image with open eyelids for making reverse prototype. 10 patients were select with orbit exenteration, of both genders, 5 with left mutilation and 5 with right. All patients received two oculopalpebral prostheses, one obtained by the conventional method and another by the CAD/CAM system. The rehabilitations were photo registrated and assessed by 30 lay assessors, 3 bucomaxillofacial prosthetic specialists and by the patients themselves using the VAS Scale. To evaluate the intraexaminer variation, 15 lay assessors repeated the evaluation with one week interval, as did the specialists. The results demonstrated good interexaminer variation and reproducibility of data in all groups. The aesthetic perception was better evaluated in prostheses obtained by the conventional method; however, the relevance of difference between the two methods was assessed as a reasonable one.

Este estudo tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de fabricação de sistemas Lab On Chip, úteis no estudo de processos celulares, a partir da adaptação de tecnologias próprias da microeletrônica. Foram exploradas todas as etapas envolvidas na fabricação de sistemas Lab On Chip em Poli-Di-Metil-Siloxano e desenvolvidos protocolos de fabricação de moldes, técnicas de moldagem e processos de ativação de PDMS com plasma de oxigênio para sua solda química sobre diferentes materiais, obtendo uniões irreversíveis que permitem a integração com outras tecnologias como a microeletrônica em silício e o encapsulamento com cerâmica verde, completando uma metodologia que permite a prototipagem de dispositivos micro-fluídicos de multicamadas com um nível de sofisticação comparável ao estado da arte. Foi desenvolvido o protótipo de um equipamento ótico para litografia por projeção que permite a fabricação de máscaras óticas com resolução de 5 m e oferece a possibilidade de litografia em escala de cinzas para gerar canais e estruturas com relevos arbitrários. Foram adicionalmente abordados três problemas de biofísica celular, para os quais foram propostos novos dispositivos para separação de células móveis de acordo às suas velocidades lineares, dispositivos para crescimento confinado de bactérias e dispositivos para manipulação da curvatura de membranas celulares. / The objective of this study is the development of a methodology for the fabrication of Lab On Chip systems, useful for the analysis of cellular processes, through the adaptation of technologies from microelectronics. All the steps involved with the fabrication of Lab on Chip system in Poly-Di-Methil-Siloxane (PDMS) were explored, developing protocols for mold fabrication, molding techniques and processes for oxygen plasma activation of PDMS for its bonding to different materials, achieving irreversible bonds that enable the integration with other technologies such as silicon microelectronics and green tape packaging. All this techniques constitute a methodology that allows the prototyping of multilayer microfluidic devices comparable with state of the art devices. It was developed the prototype of optical equipment for projection lithography capable of mask fabrication with 5 m resolution, and which offers also the capability of gray scale lithography for the generation of free form microchannels. Additionally three different problems in cellular biophysics where boarded, proposing new devices for the separation of motile cells according to their linear speeds in liquids, new devices for constrained bacterial growth and for curvature manipulation of cell membranes.

Orientador: João Maurício Rosário / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:27:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kubiak_Daniel_M.pdf: 11332994 bytes, checksum: 9dd346614b49e0aa29cbb11b5fb2b2b7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo dessa dissertação de mestrado é a proposta de sistema embarcado para supervisão e controle de movimentos de um sistema de posicionamento com 3 GL direcionado a aplicações em dispositivos máquinas ferramenta industriais, que apresentam arquitetura de controle e supervisão aberta que poderão ser integradas a diferentes aplicações da Automação Industrial (sensores, atuadores, sistema de visão e outros), a partir da utilização de ferramentas para prototipagem de sistemas de automação industrial embarcados. O desenvolvimento desse trabalho de pesquisa permitiu a integração de conhecimentos nas diferentes áreas da engenharia, tendo como consequência a implementação de um sistema de controle de posicionamento embarcado, onde essa aplicação poderá ser estendida em outras aplicações de Automação Industrial. No transcorrer desse trabalho foi implementado uma arquitetura de acionamento e controle, e integração com dispositivos embarcados de controle de juntas e sistema de visão e software para geração automática de movimentos, com validação a partir de situações reais. Finalmente, esse trabalho permitiu o desenvolvimento de um ambiente aberto voltado à formação e capacitação profissional de projetos na área de automação industrial, onde os principais conceitos e problemas industriais poderão ser verificados e validados, fornecendo ainda subsídios para a análise e implementação de estratégias para concepção dessas aplicações / Abstract: The objective of this master's degree dissertation is the system proposal embarked for supervision and control of movements of a positioning system with 3 DOF addressed to applications in devices machines tool industrial, that present control architecture and open supervision that can be integrated into different applications of the Industrial Automation (sensor, actuators, vision system and other), starting from the use of tools for prototyping of systems of industrial automation embarked. The development of this research work allowed the integration of knowledge in the different areas of the engineering, tends as consequence the implementation of a system of control of embarked positioning, where this application can be extended in other applications of Industrial Automation. In the Course of this work was implemented a drive and control architecture, and integration with embedded devices of control joints and vision system and software for automatic generation of movements, with validation from actual situations. Finally, this work allowed the development of an open architecture returned to the formation and professional training of projects in the area of industrial automation, where the principal concepts and industrial problems can be verified and validated, still supplying subsidies for the analysis and implementation of strategies for conception of these applications / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

New Virtual Reality technologies provide the possibility of widening access to information in data. Haptics, the technology of touch, could be an interesting future aid and have large impact on medical applications. The use of haptic devices allows computer users to use their sense of touch, in order to feel virtual objects with a high degree of realism. The aim of the thesis is to investigate the potential deployment and the benefits of using haptic force feedback instruments in maxillo-facial surgery. Based on a produced test application, the thesis includes suggested recommendations for future haptic implementations. At the Department of Maxillo-Facial Surgery, at the Karolinska Hospital in Stockholm, Virtual Reality technologies are used as an aid to a limited extent during the production of physical medical models. The physical medical models are produced with Rapid Prototyping techniques. This process is examined and described in the thesis. Moreover, the future of the physical medical models is outlined, and a future alternative visualizing patient data in 3D and use haptics as an interaction tool, is described. Furthermore, we have examined the present use of haptic technology in medicine, and the benefits of using the technology as an aid for diagnostic and treatment planning. Based on a presented literature study and an international outlook, we found that haptics could improve the management of medical models. The technology could be an aid, both for physical models as well as for virtual models. We found three different ways of implementing haptics in maxillo-facial surgery. A haptic system could be developed in order to only manage virtual medical models and be an alternative solution to the complete Rapid Prototyping process. A haptic system could serve as a software, handling the image processing and interfacing from a medical scanner to an Rapid Prototyping system. A haptic system could be developed as an alternative interaction tool, which could be implemented as an additional function in currently used image processing software, in order to improve the management of virtual medical models before the Rapid Prototyping process. An implementation for planning and examination in maxillo-facial surgery, using haptic force feedback interaction, is developed and evaluated. The test implementation is underlying our aim of investigating the potential deployment and the benefits of using haptic force feedback instruments in maxillo-facial surgery. After discussing the possible future of our implementation and the future of haptic force feedback in maxillo-facial surgery, a recommendation is given as a conclusion of our total work.

Les anévrismes intracrâniens présentent des risques importants en raison de leur taux de rupture élevé et des conséquences qui peuvent être fatales comme lors d’hémorragies méningées. Afin d’effectuer une recherche hémodynamique sur l’anévrisme intracrânien in vitro, un fantôme est indispensable. Jusqu’à présent, des fantômes rigides ou simplifiés sont utilisés dans littérature, peu d’entre eux sont suffisamment fidèle à la réalité. Le travail de cette thèse se concentre sur la méthodologie de fabrication des fantômes patient-spécifiques d’anévrismes intracrâniens ainsi que leur mise en œuvre pour différentes utilisations. Ces fantômes possèdent la forme anatomique de l’artère du patient et une paroi élastique. Ils sont fabriqués en appliquant une technique originale de prototypage rapide. Les fantômes sont vérifiés selon plusieurs aspects. Pour effectuer des recherches hémodynamiques sur les fantômes, un banc d’essai compatible avec différentes modalités d’imagerie a été conçu. L’angiographie par résonance magnétique 2D par contraste de phase a été utilisée pour étudier l’hémodynamique des fantômes. Le comportement dynamique de paroi, les trajectoires 3D du flux et son champ de vélocité sont analysés. L’application potentielle dans domaine clinique du fantôme patient-spécifique a été aussi testée dans cette thèse, des simulations d’intervention sur des anévrismes intracrâniens ont été effectuées sur le banc d’essai et les fantômes, les résultats de différentes méthodes ont été analysés et comparés. / Intracranial aneurysms are a hazard to human health because of their high rupture rate and fatal subsequence, such as subarachnoid hemorrhage. In order to carry out a hemodynamic research in vitro on the intracranial aneurysm, a phantom is indispensable. Until now, rigid or simplified phantoms are mainly used in the literature, few among them possess sufficient properties compared with reality. The work of this thesis focuses on the methodology of manufacturing patient-specific phantoms of intracranial aneurysms as well as their implementation for different uses. The phantoms have an anatomical shape of patient’s artery and an elastic wall. They are manufactured by applying an original rapid prototyping technique. The phantoms are examined and verified in different ways. In order to perform a hemodynamic research of the phantoms, a testing platform compatible with different imaging modalities has been designed and established. 2D phase-contrast magnetic resonance angiography was applied in the hemodynamic study of the phantoms. The dynamic behavior of the artery wall, the 3D path-line of flow and the velocity field of flow were analyzed. The potential application in the clinical domain of the patient-specific phantoms was also tested in this thesis, simulations of intervention on intracranial aneurysms were carried out with the testing platform and the phantoms, the results of different treatment strategies were analyzed and compared.

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:12:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Longhitano_GuilhermeArthur_2015_M.pdf: 10352364 bytes, checksum: 6157c8c85d67a80202c0078ff2bd5901 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: No presente trabalho, a liga de titânio Ti-6Al-4V, empregada em implantes ortopédicos permanentes ou temporários devido à sua biocompatibilidade, foi produzida a partir da manufatura aditiva utilizando o processo de Sinterização Direta de Metais por Laser (DMLS). O material foi submetido a diferentes tratamentos térmicos com o intuito de modificar suas propriedades mecânicas, e a acabamentos de jateamento, ataque químico e polimento eletroquímico para analisar os efeitos dos mesmos no acabamento de superfície. As modificações resultantes após os tratamentos térmicos e acabamentos de superfície foram analisadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, medidas de rugosidade e massa, microdureza Vickers, e ensaios de tração e compressão. No estudo de acabamentos de superfície, o menor valor de rugosidade foi obtido após as etapas de jateamento e ataque químico combinadas. O acabamento de jateamento é responsável por deixar uma superfície com rugosidade uniforme, enquanto o ataque químico é responsável pela limpeza da superfície e redução da rugosidade. As amostras foram submetidas aos tratamentos térmicos nas temperaturas de 850 ºC, 950 ºC e 1050 ºC durante uma hora com resfriamento em forno. Foi constatado que quanto maior a temperatura empregada, maior é a ductilidade do material e, por outro lado, menor é a resistência mecânica. Tal fato ocorreu devido à maior nucleação e crescimento da fases 'alfa' e 'beta' no material, que apresentava inicialmente uma estrutura constituída por martensita hexagonal ('alfa'). A condição de tratamento térmico a 950 ºC foi a que apresentou a melhor relação de propriedades mecânicas, satisfazendo os requerimentos da norma ASTM F136 para a utilização da liga Ti-6Al-4V em implantes / Abstract: In this study, the Ti-6Al-4V titanium alloy, used in permanent or temporary orthopedic implants due to its biocompatibility, was produced by additive manufacturing using the Direct Metal Laser Sintering (DMLS) process. The material was subjected to different heat treatments in order to modify their mechanical properties, and to the surface finishes of blasting, chemical etching and electropolishing to analyze their effects on surface finish. The resulting changes after the heat treatments and surface finishes were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, roughness and mass measurements, Vickers microhardness, and tensile and compression tests. In surface finishes study, the lowest roughness value was obtained after the combined steps of blasting and chemical etching. The blasting finish is responsible for leaving a surface with uniform roughness, while the chemical etching is responsible for cleaning the surface and reducing roughness. The samples were subjected to heat treatments at temperatures of 850 °C, 950 °C and 1050 °C for one hour followed by furnace cooling. It has been found that the higher the temperature employed, the higher the ductility of the material and, on the other hand, the lower the mechanical strength. This happened due to increased nucleation and growth of 'alfa' and 'beta' phases in the material, which initially had a structure made of hexagonal martensite ('alfa'). The condition of heat treatment at 950 ° C showed the best relation of mechanical properties, meeting the requirements of ASTM F136 for the use of Ti-6Al-4V alloy in implants / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Diploma thesis is focused on design of stereolithography 3D printer, which includes new technology and innovations to achive larger workspace and easy and comfortable manipulation. Great part of thesis is focused on shaping and aesthetic effect with respect of functional, safety, ergonomic and technical claims.

This diploma thesis has an aim to fabricate a prototype of esthetical prosthesis using solely Rapid Prototyping aditive technology and to explore the possibility of using commercially available biocompatible materials. In the theoretical part, a description of types of ocular prosthesis types with the focus being on esthetic ocular prosthesis. is given. The practical part of the work offers a comprehensive view on the whole process of the prototype fabrication. It provides a description of creating the 3D model by scanning, geometrical adjustments of the model, textures mapping, print optimization and the printing itself. The closing part of the thesis consists of a discussing focused on an evaluation of the fabricated prototype followed by technical-economical assesment, a proposal of next steps, and a proposal of current usage of the created method.