Desenvolvimento de uma metodologia para avaliação metrológica do processo de Modelagem por Fusão e Deposição (FDM) através de um planejamento fatorial fracionário

Abstract

Diante dos avanços tecnológicos nos últimos anos, surgiu a necessidade de se obter processos de fabricação cada vez mais precisos e confiáveis. Nesse contexto, a manufatura aditiva (AM) tem evoluído bastante em função de suas vantagens se comparada aos processos de fabricação tradicionais, tais como a possibilidade de confecção de peças com geometrias complexas e redução da perda de material. Na mesma comparação, uma das desvantagens do processo de AM, especificamente com tecnologia FDM (modelagem por fusão e deposição), está relacionada à precisão e exatidão. Impressoras 3D com tecnologia FDM geralmente oferecem precisão de 0,1 mm, enquanto um processo tradicional, como o torneamento, pode oferecer precisão em unidades de µm. Do mesmo modo, em ensaios de repetitividade, foi observado que máquinas de fabricação aditiva, com tecnologia FDM, proporcionam menor exatidão em relação a outros processos tradicionais, como retífica, torneamento etc. Com o objetivo de avaliar a precisão dimensional, geométrica e rugosidade superficial, este trabalho propõe a aplicação de uma metodologia para avaliar o desempenho de máquinas de fabricação aditiva. O método proposto envolve a aplicação de um planejamento fatorial fracionário 2 4−1 para avaliar quatro variáveis de processamento (densidade de enchimento, temperatura de extrusão, velocidade de impressão e altura da camada) que mais influenciam os erros e a exatidão da máquina. Um padrão foi proposto para ser fabricado, contendo diferentes geometrias (cilindro, esfera, colunas e forma livre). A avaliação da máquina de fabricação aditiva foi feita através da medição dos desvios dimensionais, geométricos e da rugosidade da peça, após a fabricação, utilizando uma MMC (Máquina de Medir por Coordenadas) e um rugosímetro. Após a obtenção dos dados, foram calculados os efeitos principais de cada variável para análise através do gráfico normal de probabilidade dos efeitos e dos resíduos, além da ANOVA (Análise de Variância). De modo geral, foi verificado que as variáveis C (velocidade de impressão) e D (altura da camada) foram mais significativas em relação às variáveis A (densidade de enchimento) e B (temperatura de extrusão). A partir da metodologia proposta neste trabalho, foi verificado que o planejamento proporcionou resultados satisfatórios, podendo ser utilizado para otimização em processos de manufatura aditiva, ou até mesmo para realização de outros trabalhos, definindo parâmetros ótimos de operação através de uma metodologia de superfície de resposta.