O presente trabalho possui o objetivo de avaliar a aplicabilidade da metrologia em uma ferramenta de estampagem incremental de chapas. Para o estudo foi confeccionada uma ferramenta de estampagem com rebaixos em seu corpo cilíndrico para a fixação dos sensores que mediram a deformação relativa. As análises apresentadas nesta pesquisa representam os cuidados e processos necessários ao uso de extensômetros aliado a um processo de fabricação mecânica. No presente estudo define-se a calibração de um sistema de medição da deformação superficial da ferramenta de estampagem com auxílio da Extensometria. Para validar os resultados obtidos pelos métodos da instrumentação das medidas das deformações e forças no processo de estampagem incremental foram utilizados os métodos de Cálculos Analíticos e Simulação Numérica por meio de softwares de Elementos Finitos. No método de medida se considerou parâmetros que podem comprometer os valores medidos tais como a medida da temperatura utilizando equipamentos termovisor. Além disso, foram realizados 04 (quatro) ensaios preliminares com o intuito de avaliar a medição de forma satisfatória nos eixos X e Y do processo de estampagem incremental, efetuando análises das forças nesses eixos em tração e compressão. A estampagem incremental ocorreu por meio de um total de 09 (nove) Ensaios variando-se ângulo de parede (ψ) e espessura das chapas (s0). Os experimentos baseiam-se na variante de estampagem incremental denominada Estampagem Incremental de Ponto Simples (SPIF – Single Point Incremental Forming). Para a execução dos testes práticos foram utilizados recursos de hardware como Ponte Wheatstone, extensômetros, Termovisor, Centro de Usinagem CNC, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além de recursos de software CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System), Análise de Elementos Finitos. E recursos de cálculos analíticos como forma comprobatória de resultados. A partir dos procedimentos executados junto com aparato tecnológico foi possível efetuar as análises e medições das forças na ferramenta de estampagem incrementa com referência aos eixos X e Y. Demonstrando neste a aplicabilidade de extensometria para leitura e análise de forças no processo de ISF. / This present work has the objective of assessing the applicability of instrumentation science in an incremental forming tool. For this study was made a tool with recesses on its cylindrical body as a means of fixing the strain sensors. The study presented demonstrate some of the warning and processes required the use of Strain Gages combined with a mechanical manufacturing process. In the present study is defined as an acceptable calibration measuring system with the aid of Extensometry. To validate the results obtained by the methods of instrumentation measurements of the deformations and forces in incremental sheet forming process were used Analytical Calculations and Numerical Simulation using Finite Elements. The measurement method was considered parameters that can compromise the measured values such as temperature measurement devices using thermometer. In addition, we conducted four (04) preliminary tests in order to evaluate the measurement system in satisfactory form with measured variables such as X and Y axes. We analyses the traction and compression forces in both axes. After the preliminary step, was performed a total of nine (09) tests with incremental sheet forming process, varying wall angle (ψ) and the thickness (s0). The experiments are based on the Single Point Incremental Forming - SPIF. For the implementation of the practical tests were used hardware resources such as CNC Machining Center, Wheatstone Bridge, Strain Gauges, Thermal Imager, incremental matrix and incremental forming tool. Besides, we used softwares such as CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System) and Finite Element Analysis. From the technological procedures perform with apparatus was possible do carry out the analyzes and measurement of forces in incremental sheet forming tool increases about to the axes X and Y. Demonstrating the applicability of the extensometry for reading and analyzing forces in the ISF process.

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.

O presente trabalho estuda o processo de estampagem incremental em chapas de alumínio puro, descrevendo as ferramentas e um suporte prensa chapas. Estuda e pesquisa bibliograficamente e experimentalmente o processo de estampagem incremental. O trabalho apresenta os procedimentos de caracterização utilizados para determinar os limites do processo, aplicáveis para chapas de 0,5 mm de espessura em alumínio puro. A caracterização da chapa, juntamente com o ensaio mecânico de tração e os testes práticos de estampagem fornecerão um panorama da estampagem incremental, para algumas situações diversas sobre o tema. Para a execução dos testes práticos foi fabricado um dispositivo prensa chapas e um punção, matriz incremental e ferramenta de estampagem incremental, também foram feitas adaptações na máquina CNC, centro de usinagem CNC com três eixos. / This paper studies the process of incremental sheet forming, in plates the aluminum pure, describing the tools and support a press plates. Studies and literature search and experimentally the process of stamping incremental. The work presents the characterization of procedures used to determine the limits of the process, applicable to plates of 0.5 mm thick pure aluminum. The characterization of the plate, along with mechanical traction test and practical tests of printing provide an overview of incremental printing, for some different situations on the subject. For the practical implementation of the tests was a device manufactured press plates and a puncture, matrix and incremental tool for stamping incremental, were also made adjustments in the CNC machine, CNC machining center with three axles.

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.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento da chapa de latão 70/30 para o processo de Estampagem Incremental de Chapas (ISF - Incremental Sheet Forming), baseado nos parâmetros: ângulo de parede (ψ), passo vertical ( Z) e estratégia do caminho da ferramenta. Os experimentos baseiam-se na variante da Estampagem Incremental denominada Estampagem Incremental com Ponto Simples (SPIF - Single Point Incremental Forming). Foram realizados 18 ensaios usando uma ferramenta de estampar com raio (RT) de 5 mm. Para execução dos testes práticos, foram utilizados os recursos: softwares CAD/CAM, centro de usinagem CNC com três eixos, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além disso, o acabamento da superfície conformada foi medido através do parâmetro de rugosidade RZ nos principais ensaios, bem como a medição das deformações verdadeiras (j) e da espessura (s1). Os testes práticos demonstraram que a estratégia de usinagem espiral proporcionou um maior ângulo de parede, comparado à estratégia paralela de contorno. / This study aims to evaluate the behavior of 70/30 brass plate to the process of Incremental Sheet Forming - ISF, based on the parameters: wall angle (ψ), vertical step ( Z) and tool path strategy. The experiments were based on a variation of the ISF process, called SPIF (Single Point Incremental Forming). Eighteen tests were conducted using a punching tool with a radius (RT) of 5 mm. For the execution of practical tests, the resources were used: CAD / CAM software, CNC machining center with three axis. It was also used an incremental matrix, a tool for incremental forming and a sheet-press device. In addition, the surface finish was measured by RZ roughness parameter in the main tests, the same way the measurement of true strains (φ) and thickness (s1). The practice tests showed that the spiral machining strategy has provided a greater wall angle, compared to the parallel strategy contour.

O presente trabalho possui o objetivo de avaliar a aplicabilidade da metrologia em uma ferramenta de estampagem incremental de chapas. Para o estudo foi confeccionada uma ferramenta de estampagem com rebaixos em seu corpo cilíndrico para a fixação dos sensores que mediram a deformação relativa. As análises apresentadas nesta pesquisa representam os cuidados e processos necessários ao uso de extensômetros aliado a um processo de fabricação mecânica. No presente estudo define-se a calibração de um sistema de medição da deformação superficial da ferramenta de estampagem com auxílio da Extensometria. Para validar os resultados obtidos pelos métodos da instrumentação das medidas das deformações e forças no processo de estampagem incremental foram utilizados os métodos de Cálculos Analíticos e Simulação Numérica por meio de softwares de Elementos Finitos. No método de medida se considerou parâmetros que podem comprometer os valores medidos tais como a medida da temperatura utilizando equipamentos termovisor. Além disso, foram realizados 04 (quatro) ensaios preliminares com o intuito de avaliar a medição de forma satisfatória nos eixos X e Y do processo de estampagem incremental, efetuando análises das forças nesses eixos em tração e compressão. A estampagem incremental ocorreu por meio de um total de 09 (nove) Ensaios variando-se ângulo de parede (ψ) e espessura das chapas (s0). Os experimentos baseiam-se na variante de estampagem incremental denominada Estampagem Incremental de Ponto Simples (SPIF – Single Point Incremental Forming). Para a execução dos testes práticos foram utilizados recursos de hardware como Ponte Wheatstone, extensômetros, Termovisor, Centro de Usinagem CNC, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além de recursos de software CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System), Análise de Elementos Finitos. E recursos de cálculos analíticos como forma comprobatória de resultados. A partir dos procedimentos executados junto com aparato tecnológico foi possível efetuar as análises e medições das forças na ferramenta de estampagem incrementa com referência aos eixos X e Y. Demonstrando neste a aplicabilidade de extensometria para leitura e análise de forças no processo de ISF. / This present work has the objective of assessing the applicability of instrumentation science in an incremental forming tool. For this study was made a tool with recesses on its cylindrical body as a means of fixing the strain sensors. The study presented demonstrate some of the warning and processes required the use of Strain Gages combined with a mechanical manufacturing process. In the present study is defined as an acceptable calibration measuring system with the aid of Extensometry. To validate the results obtained by the methods of instrumentation measurements of the deformations and forces in incremental sheet forming process were used Analytical Calculations and Numerical Simulation using Finite Elements. The measurement method was considered parameters that can compromise the measured values such as temperature measurement devices using thermometer. In addition, we conducted four (04) preliminary tests in order to evaluate the measurement system in satisfactory form with measured variables such as X and Y axes. We analyses the traction and compression forces in both axes. After the preliminary step, was performed a total of nine (09) tests with incremental sheet forming process, varying wall angle (ψ) and the thickness (s0). The experiments are based on the Single Point Incremental Forming - SPIF. For the implementation of the practical tests were used hardware resources such as CNC Machining Center, Wheatstone Bridge, Strain Gauges, Thermal Imager, incremental matrix and incremental forming tool. Besides, we used softwares such as CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System) and Finite Element Analysis. From the technological procedures perform with apparatus was possible do carry out the analyzes and measurement of forces in incremental sheet forming tool increases about to the axes X and Y. Demonstrating the applicability of the extensometry for reading and analyzing forces in the ISF process.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento da chapa de latão 70/30 para o processo de Estampagem Incremental de Chapas (ISF - Incremental Sheet Forming), baseado nos parâmetros: ângulo de parede (ψ), passo vertical ( Z) e estratégia do caminho da ferramenta. Os experimentos baseiam-se na variante da Estampagem Incremental denominada Estampagem Incremental com Ponto Simples (SPIF - Single Point Incremental Forming). Foram realizados 18 ensaios usando uma ferramenta de estampar com raio (RT) de 5 mm. Para execução dos testes práticos, foram utilizados os recursos: softwares CAD/CAM, centro de usinagem CNC com três eixos, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além disso, o acabamento da superfície conformada foi medido através do parâmetro de rugosidade RZ nos principais ensaios, bem como a medição das deformações verdadeiras (j) e da espessura (s1). Os testes práticos demonstraram que a estratégia de usinagem espiral proporcionou um maior ângulo de parede, comparado à estratégia paralela de contorno. / This study aims to evaluate the behavior of 70/30 brass plate to the process of Incremental Sheet Forming - ISF, based on the parameters: wall angle (ψ), vertical step ( Z) and tool path strategy. The experiments were based on a variation of the ISF process, called SPIF (Single Point Incremental Forming). Eighteen tests were conducted using a punching tool with a radius (RT) of 5 mm. For the execution of practical tests, the resources were used: CAD / CAM software, CNC machining center with three axis. It was also used an incremental matrix, a tool for incremental forming and a sheet-press device. In addition, the surface finish was measured by RZ roughness parameter in the main tests, the same way the measurement of true strains (φ) and thickness (s1). The practice tests showed that the spiral machining strategy has provided a greater wall angle, compared to the parallel strategy contour.

O presente trabalho estuda o processo de estampagem incremental em chapas de alumínio puro, descrevendo as ferramentas e um suporte prensa chapas. Estuda e pesquisa bibliograficamente e experimentalmente o processo de estampagem incremental. O trabalho apresenta os procedimentos de caracterização utilizados para determinar os limites do processo, aplicáveis para chapas de 0,5 mm de espessura em alumínio puro. A caracterização da chapa, juntamente com o ensaio mecânico de tração e os testes práticos de estampagem fornecerão um panorama da estampagem incremental, para algumas situações diversas sobre o tema. Para a execução dos testes práticos foi fabricado um dispositivo prensa chapas e um punção, matriz incremental e ferramenta de estampagem incremental, também foram feitas adaptações na máquina CNC, centro de usinagem CNC com três eixos. / This paper studies the process of incremental sheet forming, in plates the aluminum pure, describing the tools and support a press plates. Studies and literature search and experimentally the process of stamping incremental. The work presents the characterization of procedures used to determine the limits of the process, applicable to plates of 0.5 mm thick pure aluminum. The characterization of the plate, along with mechanical traction test and practical tests of printing provide an overview of incremental printing, for some different situations on the subject. For the practical implementation of the tests was a device manufactured press plates and a puncture, matrix and incremental tool for stamping incremental, were also made adjustments in the CNC machine, CNC machining center with three axles.

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.

Incremental sheet forming (ISF) is a flexible process where an indenter moves over the surface of a sheet of metal to form a 3D shell incrementally by a progression of localised deformation. Despite extensive research into the process, the deformation mechanics is not fully understood. This thesis presents new insights into the mechanics of ISF applied to two groups of materials: sheet metals and sandwich panels. A new system for measuring tool forces in ISF is commissioned. The system uses six loadcells to measure reaction forces on the workpiece frame. Each force signal has an uncertainty of ±15 N. This is likely to be small in comparison to tool forces measured in ISF. The mechanics of ISF of sheet metals is researched. Through-thickness deformation and strains of copper plates are measured for single-point incremental forming (SPIF) and two-point incremental forming (TPIF). It is shown that the deformation mechanisms of SPIF and TPIF are shear parallel to the tool direction, with both shear and stretching perpendicular to the tool direction. Tool forces are measured and compared throughout the two processes. Tool forces follow similar trends to strains, suggesting that shear parallel to the tool direction is a result of friction between the tool and workpiece. The mechanics of ISF of sandwich panels is investigated. The mechanical viability of applying ISF to various sandwich panel designs is evaluated by observing failure modes and damage under two simple tool paths. ISF is applicable to metal/polymer/metal sandwich panels. This is because the cores and faceplates are ductile and largely incompressible, and therefore survive local indentation during ISF without collapse. Through-thickness deformation, tool forces and applicability of the sine law for prediction of wall thickness are measured and compared for a metal/polymer/metal sandwich panel and a monolithic sheet metal. The mechanical results for ISF of sheet metals transfer closely to sandwich panels. Hence, established knowledge and process implementation procedures derived for ISF of monolithic sheet metals may be used in the future for ISF of sandwich panels.