MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
Escola de Engenharia

Departamento de Metalurgia

Revisão dos principais métodos de prototipagem rápida e comparação de custos e qualidade entre SLA E FDM

Bruno Bohn Lima

Trabalho de Diplomação

Orientador: Professor Dr. Jaime Alvares Spim Jr. ( In memoriam )

Porto Alegre
2012

AGRADECIMENTOS

Dedico este trabalho ao meu pai, José Lima da Cruz e a minha mãe, Maria Teresa Bohn Lima, por todo o esforço e dedicação para me fornecer a melhor educação durante todos esses anos, além da motivação e apoio em todos os momentos da minha vida acadêmica.

À minha irmã Raquel Bohn Lima, por ter sido minha inspiração e motivo de orgulho, além de ser minha confidente e melhor amiga.

À minha namorada e companheira de todos os momentos Mariane Tomyoshi Asato, por ter me apoiado durante a fase final da faculdade.

Ao amigo e administrador Vladimir Luz, pelo exemplo de profissionalismo e dedicação que sempre me passou e pelo seu apoio incontestável no meu inicio de carreira.

Aos meus amigos Gustavo Veit, Marcelo Pieta e Pablo Dominguez que me apoiaram, e foram meus companheiros de estudos nesses anos de engenharia.

Ao meu professor, orientador e amigo Dr. Jaime Alvares Spim Jr. (in memoriam), por ter servido de inspiração profissional e pelo apoio na realização deste trabalho.

À empresa onde tenho a oportunidade de iniciar minha carreira, Google Brazil.

Aos professores das disciplinas de engenharia que me ajudaram durante o curso.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS V

LISTA DE TABELAS VII

LISTA DE ABRIVIATURAS E SÍMBOLOS VIII

RESUMO IX

ABSTRACT X

1. INTRODUÇÃO 1

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2

2.1. Aplicações da Prototipagem Rápida 2

2.2. Prototipagem Rápida Aplicada na Metalurgia 3

2.3. Tecnologias de Prototipagem Rápida 5

2.3.1 Estereolitografia (SLA) 5

2.3.2 Sinterização Seletiva a Laser (SLS) 7

2.3.3 Laminated Object Manufacturing (LOM) 9

2.3.4 Multi Jet Modeling (MJM) 11

2.3.5 Modelagem por Deposição de Material Fundido (FDM) 13

2.3.6 Prototipagem Rápida por Remoção de Material (SRP) 15

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 16

3.1. Projeção de Custos 16

3.2. Análise em relação à Qualidade 18

4. RESULTADOS 19

4.1. Análise de Custos 19

4.1.1 Despesas de Aquisição 19

4.1.2 Despesa Operacional Anual 20

4.1.3 Processamento Anual 20

4.1.4 Custo Horário de Utilização 21

4.1.5 Custo Médio de Um Protótipo 21

4.1.6 Tempo Médio para Construção 22

4.1.7 Tempo Médio Total de Processamento 22

4.2. Comparação dos Resultados dos Protótipos em Relação aos Custos 23

4.3. Análise em Relação à Qualidade 24

4.3.1 Protótipo - Protetor de Cerdas de Parede Fina 24

4.3.2 Protótipo - Escova Dental 25

4.3.3 Comparação Detalhada entre Protótipos 26

4.4. Comparação dos Resultados dos Protótipos em Relação à Qualidade 30

5. CONCLUSÕES 32

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 33

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA 34

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Principais Aplicações da Prototipagem Rápida 2

Figura 2.2 Tempo para Compreensão de Um Produto 3

Figura 2.3 Árvore de Padrões Fabricados pela Tecnologia de Prototipagem Rápida 4

Figura 2.4 Equipamento de SLA 6

Figura 2.5 Esquema Básico de Desenvolvimento da Estereolitografia 7

Figura 2.6 Esquema do processo de SLS 8

Figura 2.7 Equipamento de SLS 9

Figura 2.8 Representação Esquemática do Processo de LOM 10

Figura 2.9 Equipamento de LOM 11

Figura 2.10 Representação Esquemática do Processo de MJM 12

Figura 2.11 Equipamento de MJM 12

Figura 2.12 Representação Esquemática do Processo de FDM 13

Figura 2.13 Equipamento Utilizado no Processo de FDM 14

Figura 3.1 Protótipos Utilizados na Pesquisa da Grimm Associates 17

Figura 4.1 Despesa de Aquisição 19

Figura 4.2 Despesa Operacional Anual 20

Figura 4.3 Processamento Anual de Protótipos ................................................................20

Figura 4.4 Custo Horário de Utilização 21

Figura 4.5 Custo Médio de Um Protótipo 21

Figura 4.6 Tempo Médio para Construção 22

Figura 4.7 Tempo Médio Total de Processamento 22

Figura 4.8 Medidas do Protetor de Cerdas 24

Figura 4.9 Medidas da Escova Dental 25

Figura 4.10 Protótipo em FDM do Protetor de Cerdas e Escova Dental 26

Figura 4.11 Protótipo em FDM do Protetor de Cerdas em Detalhes 27

Figura 4.12 Protótipo em FDM da Escova Dental em Detalhes 27

Figura 4.13 Protótipo em SLA do Protetor de Cerdas e Escova Dental 28

Figura 4.14 Protótipo em SLA do Protetor de Cerdas em Detalhes 29

Figura 4.15 Protótipo em SLA da Escova Dental em Detalhes 30

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 Comparação de entre SLA e FDM envolvendo os principais critérios de custo de cada tecnologia de prototipagem 23 Tabela 4.2 Comparação de entre SLA e FDM envolvendo os principais critérios de qualidade de cada tecnologia de prototipagem 31

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

FDM - Modelagem por Deposição de Material Fundido

LOM - Laminated Object Manufacturing

MJM - Modelagem por Deposição de Material Fundido

PR - Prototipagem Rápida

SLA - Estereolitografia

SLS - Sinterização Seletiva a Laser

SRP - Prototipagem Rápida por Remoção de Material

UV – Ultra Violeta

RESUMO

O presente trabalho teve como objetivo realizar uma revisão dos principais processos de prototipagem rápida mais utilizados no Brasil, e fazer uma comparação em relação a critérios de custo, tempo e qualidade entre estereolitografia (SLA) e modelagem por deposição de material fundido (FDM). Assim, os dados foram obtidos para uma avaliação e projeção de qual das duas tecnologias apresenta o melhor custo benefício.

Para realizar este trabalho foi utilizado um estudo comparativo produzido pela Grimm Associates, uma consultoria americana especializada em equipamentos de prototipagem rápida, na qual foram obtidos os dados relativos aos custos. Em relação à qualidade foi utilizada a dissertação de mestrado de Aguilar (2008).

Assim, foram realizadas comparações entre as tecnologias de Prototipagem Rápida, SLA e FDM, em termos de qualidade e custo, e foram estabelecidos quesitos importantes para a tomada de decisão de qual é a melhor tecnologia disponível. Quando a qualidade superficial e final do produto foi o ponto estratégico do projeto, a tecnologia mais adequada foi a SLA, por outro lado quando o fator estratégico em questão foi o custo, a conclusão foi que deve-se adotar a tecnologia FDM.

Portanto, o essencial é determinar que características são consideradas importantes para o protótipo para se fazer a escolha mais adequada em relação à tecnologia de prototipagem.

ABSTRACT

This study was developed to conduct a review of the most important rapid prototyping processes in Brazil, and make a comparison between stereolithography and fused deposition modeling involving costs, time and quality. After that, it has been obtained all the data to evaluate and project which technology gives the best return of investment.

To perform this work, it was used a comparative study produced by Grimm Associates, a company that is expert in rapid prototyping technologies. It was obtained all the data about costs from their study. To get the data about quality, it has been used a master’s thesis by Aguilar (2008).

Thus, the comparison was made between the technologies of rapid prototyping, SLA and FDM, establishing important points to decide which one is the best technology available.

When the surface quality was the issue, the most suitable technology was the SLA, on the other hand when the cost was a strategic factor in the project, the best technology was FDM technology. In addition, it is essential to determine what features are important for the prototype to make the best choice regarding prototyping technology.

INTRODUÇÃO

Atualmente, o cenário de constante avanço tecnológico é muito evidente, informações aumentam em um ritmo acelerado a cada dia. Portanto a informação, o conhecimento e a capacidade de resposta às necessidades do mercado são pontos essenciais às empresas que querem se manter competitivas em um ambiente onde, cada vez mais, se exige uma variedade de produtos de qualidade com tempo e custo reduzidos.

Grandes partes do orçamento de um projeto têm origem na fase de desenvolvimento do produto. Uma alteração realizada na fase de produção provavelmente poderá ter um custo cem vezes superior ao que teria se o design do produto fosse corrigido na fase inicial de planejamento. Assim, a integração e a rapidez entre as fases de desenvolvimento e produção são elementos essenciais em um mercado competitivo. (AGUILAR 2008).

A passagem rápida do conceito do produto à produção é um ponto muito valioso de competitividade.A prototipagem rápida por meios de sistemas computacionais, oferece às empresas a oportunidade para o sucesso no desenvolvimento de novos produtos. Entretanto, segundo Grimm (2005), existe pouca informação disponível acerca de comparações entre as tecnologias de prototipagem rápida.

A prototipagem rápida no Brasil é pouco difundida devido à falta de informação e estudos em relação ao tema, mas principalmente ao valor elevado dos equipamentos, que nos países onde são fabricados, custam de U$$30.000,00 até R$500.000,00. Além disso, outro fator é a manutenção, que pode elevar ainda mais o custo dos equipamentos (CURTIS 2006). Segundo Saura (2003) as tecnologias mais utilizadas no Brasil são as de SLA e FDM.

Portanto, o objetivo deste trabalho é realizar uma revisão dos processos de prototipagem rápida mais utilizados no Brasil e fazer uma comparação, em relação a os critérios de custo, tempo e qualidade entre 2 tecnologias de prototipagem rápida (SLA e FDM). Assim, avaliar os dados para saber qual das duas tecnologias apresenta o melhor custo benefício.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Aplicações da Prototipagem Rápida

As aplicações dos protótipos gerados pela tecnologia de prototipagem rápida são inúmeras, os protótipos são requisitados por varias razões, como por exemplo, para percepção de análises objetivas, dimensionais e funcionais. Atualmente os principais motivos do uso de protótipos são percepção visual para engenharia, cotação de preços, obtenção de modelos funcionais, estudos ergonômicos, modelos de apresentação, etc. Portanto, os protótipos buscam atender a fase de desenvolvimento do produto e ajudar em tomadas de decisões, não somente nas áreas relacionadas ao marketing, mas também na engenharia.

Segundo Saura (2003), um levantamento de usuários de prototipagem rápida no Brasil revelou quais as principais aplicações dos protótipos (Figura 2.1).

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Figura 2.1 Principais Aplicações da Prototipagem Rápida (SAURA 2003)

A figura 2.1 revela que a aplicação da prototipagem rápida é direcionada principalmente para a fase de desenvolvimento de produtos. Segundo Saura (2003), a percepção espacial de uma peça muitas vezes é de difícil interpretação. Quando apresentada em uma forma virtual, seja em desenho bidimensional no papel ou no computador, ou também na forma tridimensional computacional, acarreta um considerável tempo para sua total compreensão. Esta questão pode ser vista na figura 2.2, no qual se tem uma avaliação média do tempo para uma compreensão total de um produto.

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Figura 2.2 Tempo para compreensão de um produto (SAURA 2003)

2.2 Prototipagem Rápida Aplicada na Metalurgia

Atualmente, a prototipagem rápida na indústria metalúrgica é muito pouco explorada. Um dos principais motivos é o custo de investimento neste tipo de tecnologia, como também a falta de estudos comprovando as vantagens e eficiência dos métodos de prototipagem. Os principais estudos estão sendo desenvolvidos na área de fundição. A SLA , por exemplo, vem sendo empregada na obtenção de moldes de sacrifício na fundição por cera perdida, na confecção de modelos para a fundição em areia verde e no auxílio à fabricação de moldes metálicos de fundição.

As tecnologias de prototipagem rápida podem ser usadas com diferentes procedimentos de fundição e ser de grande valor para a fabricação de peças metálicas funcionais. Como por exemplo, na técnica de prototipagem rápida de SLA, que possibilita a construção de modelos destinados ao processo de microfusão. Assim é possível a substituição dos tradicionais modelos de cera pelos modelos em resina foto curável, como pode ser observado na figura 2.3 (FERRAMENTAL 2012).

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Figura 2.3 Árvore de padrões fabricados pela tecnologia de prototipagem rápida (Ferramental 2012)

Um estudo realizado na área de fundição por Guesser (2003) mostra a real importância e vantagens da prototipagem frente aos métodos tradicionais. No artigo o autor avaliou o uso de caixas de machos produzidos pela tecnologia de Prototipagem Rápida de SLA, na fundição em moldes de areia aglomerada por resinas do tipo caixa fria fenólico-uretano para obtenção de pequenos lotes de peças fundidas com o objetivo de facilitar o processo de desenvolvimento dos produtos fundidos em curtos espaços de tempo. Assim foram produzidos lotes pilotos de peças-protótipos nas fases iniciais de desenvolvimento.Após a construção dos moldes ocorreu a comparação com os métodos tradicionais utilizados na fabricação de moldes na microfusão.

Após o estudo, foi constatado que a vida da caixa de machos obtida pela técnica de prototipagem rápida foi superior à obtida em ferramentas obtidas por usinagem de alumínio fundido utilizado na empresa. Outras vantagens observadas no processo, utilizando a prototipagem rápida, foram a liberdade e precisão geométrica.

Portanto, o uso de padrões obtidos por prototipagem rápida tem oferecido à área de fundição uma ótima ferramenta para verificação de aspectos técnicos como: forma, aparência, montabilidade, funcionalidade,entre outros.

2.3 Tecnologias de Prototipagem Rápida

As tecnologias de prototipagem rápida podem ser dividas em adição de materiais e remoção de materiais(GRIMM 2005). Este capítulo tem como objetivo fazer umas revisão dos principais métodos disponíveis atualmente na prototipagem rápida.

2.3.1 Estereolitografia (SLA)

A primeira tecnologia desenvolvida e apresentada para o mercado foi a de estereolitografia (SLA). O equipamento de estereolitografia (Figura 2.4) utiliza uma resina fotocurável líquida para a construção do protótipo por meio de superposição de camadas. Após ter sido projetado e criado o desenho tridimensional, os raios laser UV do equipamento solidificam a resina polimérica. Este processo ocorre camada por camada dos contornos do objeto pretendido até completar a formação da peça (AGUILAR 2008).

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Figura 2.4 Equipamento de SLA (Computer Industrial Design 2012)

O processo, como representado na figura 2.5, se inicia com a resina fotocurável sendo inserida no recipiente do equipamento. Dentro do recipiente existe uma plataforma que se desloca para baixo a cada camada construída. O movimento do laser é realizado através de um conjunto óptico que reproduz a geometria 2D obtida no fatiamento da peça representada no sistema computacional (BEAL 2004). Ao entrar em contato com o laser a resina se polimeriza mudando do estado líquido para o sólido. O processo vai sendo realizado em camadas e no fim é realizada uma limpeza com solvente para que sejam retirados os resíduos de resina não curada. Logo após, é iniciado o processo de cura do protótipo num forno de radiação ultravioleta, que proporciona a cura total da resina (GRIMM 2005).

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Figura 2.5 Esquema básico de desenvolvimento da Estereolitografia (BEAL 2004)

2.3.2 Sinterização Seletiva a Laser (SLS)

O processo de sinterização seletiva a laser (SLS) produz protótipos tridimensionais por superposição de camadas. O processo ocorre através de um laser que é usado para ligar seletivamente materiais em forma de pó. O processo se inicia com a deposição de uma fina camada de pó dentro de uma plataforma em formato de cilindro, conforme figura 2.6, esta camada será ligada quimicamente através do calor gerado pelo laser. Na sequência, a plataforma é abaixada e as próximas camadas vão sendo depositadas e sinterizadas até que tenhamos a formação do objeto final (GRIMM 2005).

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Figura 2.6 Esquema do processo de SLS (Vacuum Casting Martell 2012)

No equipamento de SLS (Figura 2.7) o pó que não foi sinterizado serve como uma estrutura de suporte e é removido no final do processo. Os materiais mais utilizados no equipamento de SLS são pós de náilon, poliamida, elastômeros, além de cerâmicas e metais com polímeros para aplicações em ferramental leve. Esta técnica ainda está em desenvolvimento para materiais cerâmicos, devido a dificuldades advindas da sinterização (HOTZA 2009).

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Figura 2.7 Equipamento de SLS (Five Stars Plastics 2012)

2.3.3 Laminated Object Manufacturing (LOM)

O processo LOM (Laminated Object Manufacturing) é baseado na adesão sucessiva de folhas de papel, as quais são cortadas por intermédio de um feixe de laser.Conforme representado na figura 2.8, o processo inicia-se com um rolo que serve como alimentador de material, este desenrola um papel impregnado de cola termoplástica na sua parte inferior (HOTZA 2009). Em seguida, o papel passa por outro rolo pré-aquecido que tem a função de comprimir o papel sobre a camada anterior que está na base de papel na plataforma de construção. Então o próximo passo é o corte do papel o qual é realizado através da fonte de raios laser com alta precisão de foco. Após o corte da primeira camada a plataforma é movida para baixo, assim liberando o caminho para que o rolo coletor avance a tira de papel para a próxima camada. A área de papel não utilizada é cortada em quadrados para que a remoção do protótipo no final do processo seja fácil. Este processo é repetido até que tenhamos o protótipo desejado (GRIMM 2005).

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Figura 2.8 Representação esquemática do processo de LOM (AGUILAR 2008).

Após o término do processo é feita uma operação final visando evitar eventuais danos provocados pela umidade, esta operação é a de selagem e revestimento por tinta ou verniz. A peça, em seu estado final apresentará textura similar à de madeira. Os papéis normalmente têm espessuras entre 0,10mm a 0,20mm. Além do papel, este equipamento (Figura 2.9) pode construir modelos em fibra de vidro, cerâmica e metal (RNPR 2000).

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Figura 2.9 Equipamento de LOM (AGUILAR 2008).

2.3.4 Multi Jet Modeling (MJM)

O processo de prototipagem rápida MJM, representado na figura 2.10 é baseado na mesma técnica de impressão que as impressoras de computadores de jato de tinta, sendo parte dos equipamentos construídos com as mesmas peças das impressoras comuns. O equipamento (Figura 2.11) é constituído de um recipiente preenchido com pó cerâmico ou polimérico. Dentro do recipiente se encontra uma plataforma que se movimenta no eixo Z de coordenadas. O processo de construção do protótipo ocorre através de um cabeçote que se movimenta no eixo X e Y e no qual sai um jato contendo um agente ligante que funde e aglomera o pó nas áreas desejadas.Na medida que as camadas vão sendo formadas, a plataforma desce e o pó não aglomerado serve como base para construção.No final do processo o pó em excesso é retirado e a peça passa por um tratamento final de sinterização (GRIMM 2005).

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Figura 2.10 Representação esquemática do processo de MJM (AGUILAR 2008).

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Figura 2.11 Equipamento de MJM (3D Systems 2012).

A Soligen Industries utiliza esta tecnologia para a fabricação direta de carapaças cerâmicas para fundição de precisão. Empresas como a Z Corporation, Sanders, Prometal, Thermoject criaram os seus próprios processos de PR, baseando-se no processo MJM (LINO et al. 2001).

2.3.5 Modelagem por Deposição de Material Fundido (FDM)

A técnica de FDM, exemplificada na figura 2.12, é baseada na deposição de camadas, as quais são resultantes do aquecimento e fusão de filamentos (arames) do material utilizado na construção do protótipo.

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Figura 2.12 Representação esquemática do processo de FDM (Georgia Institute of Technology 2012)

O equipamento (Figura 2.13) utilizado possui uma plataforma, a qual é revestida por uma espuma densa e flexível, que se movimenta no eixo Z e um cabeçote provido de dois bicos extrusores de arames aquecidos que se movimenta nos eixos X e Y. Um dos bicos extrusores é para alimentar as camadas do modelo e outro para a construção automática dos suportes. Os arames ficam dentro da máquina, em ambiente a vácuo aquecido, evitando a umidade do material dentro do bico extrusor, com o objetivo de eliminar a formação de bolhas, as quais interromperiam o processo. Portanto, os bicos extrusores, funcionam como uma proteção e são alimentados por esses filamentos através de duas guias giratórias ligadas a um motor, as quais vão transferindo para eles os arames estocados no rolo. O sistema está contido numa câmara térmica, que mantém a temperatura muito abaixo do ponto de fusão dos materiais utilizados. Desse modo o filamento, que é derretido quando sai do bico extrusor aquecido, endurece imediatamente quando é depositado na camada (NAGNATH 2012).

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Figura 2.13 Equipamento utilizado no processo de FDM (Washington State University 2012)

Os materiais utilizados atualmente nos arames são de ABS (Acrylonitrile Butadyne Styrene), elastômeros ou cera utilizada no processo de fundição por cera perdida. Simultaneamente, no outro bico extrusor ,outros filamentos vão formando suportes para as superfícies livremente suspensas do protótipo, com o objetivo de ter uma estabilidade conforme avança o deposito das novas camadas (OLIVEIRA 2007)

2.3.6 Prototipagem Rápida por Remoção de Material (SRP)

Ao contrário dos processos anteriores de prototipagem rápida, o processo SRP acontece através da remoção de material, ocorrendo o desbaste de um bloco do material escolhido até se obter o protótipo final desejado. Neste processo se tem uma grande variedade de materiais a serem usados como metais, polímeros usuais de nylon, acrílicos, etc. As propriedades mecânicas do protótipo e o acabamento superficial vão depender do material escolhido (PINHEIRO 2008).

Atualmente, a maioria dos equipamentos utiliza três eixos comuns de usinagem e alguns apresentam também um eixo de giro do protótipo. Desta maneira, no processo de fabricação do protótipo, pode continuar a usinagem do outro lado, logo após a finalização da face do objeto.A maioria dos equipamentos são pequenos, podendo ser ligados em redes domesticas de eletricidade. Além disso, são fáceis de operar e geralmente contam com um sistema integrado e otimizado para o processo de SRP. No processo não é utilizado sistemas de refrigeração e filtragem. Portanto, a flexibilidade, a velocidade de resposta à produção de protótipos e a diversidade de materiais, habilitam este processo ao conceito de prototipagem rápida (GRIMM 2005).

Procedimento experimental

3.1 Projeção de Custos

Na comparação entre as principais tecnologias de prototipagem rápida FDM e SLA, em relação a custo e tempo ,foi utilizado um estudo de caso da empresa T.A Grimm Associates. No estudo realizado pela empresa norte-americana foram utilizada 7 impressoras 3D, as quais foram escolhidas por atenderem os seguintes critérios:

-Sistema operacional com preço menor que US$100,00;

-Impressoras que fosse possível a instalação em ambientes fechados , como em um escritório;

-Impressoras que estivessem disponíveis no mercado durante pelo menos 1 ano.

Na avaliação da projeção de custos , segundo o estudo da Grimm Associates, foram analisados os seguintes aspectos:

-Tempo médio de construção de um protótipo: O tempo utilizado foi o que cada equipamento precisou para fabricar o protótipo, assim não foram considerados o tempos de preparação nem o de pós-operação;

-Tempo médio total de processamento: Foi considerado o tempo utilizado para a construção do protótipo desde a preparação até a pós-operação;

-Despesa de aquisição do equipamento: A despesa de aquisição reflete o investimento utilizado para aquisição do equipamento, incluindo todos os equipamentos de apoio e suporte para instalação;

-Despesa operacional anual: Para a determinação de despesa operacional anual, foram levados em conta as despesas com manutenção de peças, contratos de utilização e mão de obra. Aqui no Brasil esta despesa operacional seria ainda mais alta pois as peças de reposição seriam provenientes do exterior.Porém, os dados foram mantidos porque se trata de uma comparação entre tecnologias ,assim não afeta o objetivo deste trabalho;

-Taxa horária para operação do equipamento: Para este cálculo foram utilizados as horas operacionais anuais junto com as despesas anuais. Segundo Grimm 2003 os fatores que mais afetam a taxa horária é o processamento anual, despesas de manutenção e custo do sistema;

-Custo médio de um protótipo: Para este cálculo foi utilizado a taxa horária , os custos com materiais, tempo de produção e o custo com a mão de obra. Para os custos de mão de obra foi projetado uma média de US$35,00/hora.

Na prototipagem rápida parâmetros como tamanho, volume e complexidade de forma influenciam diretamente no tempo de produção, no custo e na qualidade. Portanto, para a obtenção dos dados descritos acima, foram utilizados 3 protótipos diferentes: uma capa de celular, uma ventuinha utilizadas em collers de computador e a base de um track ball , que é um suporte para esferas de movimento (Figura 4.1). As três peças possuem características distintas; a capa de celular foi escolhida por ser um protótipo pequeno e com um grande número de detalhes; a ventoinha por ser de tamanho e volume médio e com lâminas complexas; o track ball por ser grande e um perfil detalhado. A partir dos dados de cada protótipo e de pesquisas de mercado com as impressoras, foi feita uma média para obtenção de cada critério. Os cálculos estão contidos no estudo da empresa Grimm Associates, este trabalho apresenta uma visão mais geral da projeção, visto que o principal objetivo é uma comparação final entre as tecnologias.

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Figura 3.1 Protótipos utilizados na pesquisa da Grimm Associates (GRIMM 2003)

3.2 Análise em Relação à Qualidade

Para realizar a avaliação sobre a qualidade entre as 2 tecnologias de prototipagem rápida FDM e SLA , foi utilizado a dissertação de mestrado de Aguilar (2008). No trabalho foi realizado um estudo de caso que visava fabricar uma escova dental e um protetor de cerdas através de algumas tecnologias de prototipagem rápida. Para este trabalho foi utilizado os dados referentes as tecnologias de FDM e SLA.

Segundo Aguilar (2008), a escolha dos produtos utilizados para avaliar a qualidade no trabalho foi devido a seu grau de complexidade diferentes entre si e suas geometrias distintas. A utilização do protetor de cerdas foi definida justamente pelas suas funções, forma e especialmente por possuir uma parede fina de difícil construção. A escova foi definida pelas suas funções e características peculiares do corpo maciço.

Com os dados obtidos da dissertação foi construída uma tabela comparativa para avaliar a melhor tecnologia em relação à qualidade.

RESULTADOS

4.1 Análise em Relação aos Custos

A análise de custo foi construída com base no estudo de caso da Grimm Associates. Após, foi construída uma tabela comparativa para avaliar a melhor tecnologia em relação aos custos.

4.1.1 Despesas de Aquisição

A figura 4.1 mostra a comparação entre a impressora de FDM e SLA, em relação ao critério de despesa de aquisição.

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Figura 4.1 Despesa de aquisição (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.2 Despesa Operacional Anual

Na figura 4.2 pode-se verificar a despesa operacional anual para cada tecnologia.

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Figura 4.2 Despesa Operacional Anual (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.3 Processamento Anual

A figura 4.3 ilustra a comparação em relação ao processamento anual.

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Figura 4.3 Processamento anual de protótipos (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.4 Custo Horário de Utilização

O custo horário pode ser verificado na figura 4.4.

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Figura 4.4 Custo horário de utilização (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.5 Custo Médio de um Protótipo

O custo médio do protótipo pode ser verificado na figura 4.5.

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Figura 4.5 Custo médio de um protótipo (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.6 Tempo Médio para Construção

A figura 4.6, ilustra a comparação do tempo médio para construção.

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Figura 4.6 Tempo médio para construção (Adaptado de GRIMM 2003)

4.1.7 Tempo Médio Total de Processamento

Na figura 4.7 pode-se ver o tempo total desde a preparação até o final do processo.

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Figura 4.7 Tempo médio total de processamento (Adaptado de GRIMM 2003)

4.2 Comparação dos Resultados dos Protótipos em Relação aos Custos

A partir dos dados obtidos , foi construída uma tabela para melhor visualização e quantificação dos dados. Optou-se por dar um valor 3 que significa que o método é mais vantajoso que os demais no requisito analisado, um valor 2 que significa que o método tem uma vantagem intermediária, e um valor 1 que o método é menos vantajoso que os demais e 0 para não o que atende o requisito.

Tabela 4.1 Comparação de entre SLA e FDM envolvendo os principais critérios de custo de cada tecnologia de prototipagem.

|REQUISITOS |TECNOLOGIAS DE PROTOTIPAGEM |
| |SLA |FDM |
|C |Despesa de aquisição do equipamento |1 |3 |
|U | | | |
|S | | | |
|T | | | |
|O | | | |
| |Despesa Operacional |1 |3 |
| |Processamento Anual dos Protótipos |3 |3 |
| |Taxa horário para operação do equipamento |1 |3 |
| |Custo médio de um protótipo |1 |3 |
| |Tempo médio de construção de um protótipo |2 |1 |
|T | | | |
|E | | | |
|MP | | | |
|O | | | |
| |Tempo médio total de processamento |1 |2 |
|TOTAL |10 |18 |
| | | |

Em relação ao critério custo, pode ser visto que somente no quesito processamento anual dos protótipos a tecnologia SLA se iguala a de FDM. Em relação aos outros quesitos a tecnologia FDM foi a mais vantajosa.

Em relação ao critério tempo, as tecnologias acabam por se igualar na soma dos critérios, não sendo o fator principal na comparação final.

4.3 Análise em relação à Qualidade

Para realizar a análise comparativa em relação a qualidade ,entre as tecnologias FMD e SLA , foram utilizados os dados da dissertação de Aguilar (2008). Com os resultados obtidos da dissertação foi construída uma tabela comparativa para avaliar qual seria a melhor tecnologia a ser utilizada.

4.3.1 Protótipo - Protetor de Cerdas de Parede Fina

O protetor de cerdas tem a função de proteger as cerdas da escova dental de sujeiras, matendo-as limpas. O protótipo fabricado no trabalho de Aguilar foi projetado para ter as seguintes medidas (Figura 4.8):
-Espessura média de 1,0mm ;
-Dobradiças plásticas de 0,50mm de espessura;
-Sistema de fechamento com clicks de 1,50mm de diâmetro.

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Figura 4.8 Medidas do protetor de cerdas (Aguilar 2008)

As pequenas medidas , dos furos dos clicks , bem como nas dobradiças plásticas , representam grandes dificuldades na fabricação. Além disso, em alguns processos de PR não é possível reproduzir estas medidas.

4.3.2 Protótipo - Escova dental

A função da escova dental é para limpeza bucal. A escova foi projetada para suportar as pressões existentes no ato da escovação. As seguintes medidas foram utilizadas para a produção da escova (Figura 4.9) :
-Espessura média de 5,50mm;
-Comprimento 180,00mm;
-Diâmetro dos relevos de 1,00mm;
-Furos da cerda de 1,80mm.

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Figura 4.9 Medidas da escova dental (Aguilar 2008)

A dificuldade principal na produção se encontra na espessura , na formação dos relevos de pega e na precisão do diâmetros dos furos de encerdamento. Ademais, o acabamento superficial deve ser o melhor possível , pois a escova é utilizada dentro da boca , que é um local de extrema sensibilidade tátil.

4.3.3 Comparação Detalhada entre Protótipos

A figura 4.10 representa a construção do protótipo do protetor de cerdas e da escova de dental pelo processo FDM.

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Figura 4.10 Protótipo em FDM do protetor de cerdas e escova dental (Adaptado de Aguilar 2008)

Para uma melhor comparação em relação ao acabamento final a figura 4.11 mostra os detalhes do protetor de cerdas produzido por FDM e a figura 4.12 da escova dental.

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Figura 4.11 Protótipo em FDM do protetor de cerdas em detalhes (Adaptado de Aguilar 2008)

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Figura 4.12 Protótipo em FDM da escova dental em detalhes (Adaptado de Aguilar 2008)

A figura 4.13 representa a construção do protótipo do protetor de cerdas e da escova de dental pelo processo SLA.

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Figura 4.13 Protótipo em SLA do protetor de cerdas e escova dental (Adaptado de Aguilar 2008)

Novamente, para uma melhor comparação em relação ao acabamento final a figura 4.14 mostra os detalhes do protetor de cerdas produzida agora pela técnica de SLA.

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Figura 4.14 Protótipo em SLA do protetor de cerdas em detalhes (Adaptado de Aguilar 2008)

Novamente, para uma melhor comparação em relação ao acabamento final a figura 4.15 mostra os detalhes , agora para a escova dental produzida por SLA.

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Figura 4.15 Protótipo em SLA a escova dental em detalhes (Adaptado de Aguilar 2008)

4.4 Comparação dos Resultados em Relação à Qualidade

Após a construção dos protótipos foi feita uma comparação entre os processos de RP utilizados na dissertação de Aguilar (2008). Neste trabalho, serão utilizados somente os dados referentes as tecnologias de SLA e FDM que estão representados na tabela 4.2. Para este caso foi modificada a tabela do trabalho de Aguilar tornando esta análise quantitativa, assim visando diminuir as falhas na interpretação de cada requisito. Foi adotado o mesmo sistema de avaliação utilizado para a comparação de custos entre os sistemas. Optou-se por dar um valor 3 que significa que o método é mais vantajoso que os demais no requisito analisado, um valor 2 que significa que o método tem uma vantagem intermediária, e um valor 1 que significa que o método é menos vantajoso que os demais e 0 para o que não atende o requisito.

Tabela 4.2 Comparação de entre SLA e FDM envolvendo os principais critérios de qualidade de cada tecnologia de prototipagem.

|Característica Avaliada |Tecnologias de Prototipagem |
| |SLA |FDM |
|Dimensões |3 |3 |
|Detalhamento |2 |2 |
|Acabamento Superficial |2 |2 |
|Funcionamento |3 |0 |
|Total |10 |7 |

No item dimensões, os processos se aproximam das dimensões desejadas, atendendo as especificações, mesmo apresentando distorções em décimos de milímetros. Inclusive na espessura de parede , que é um ponto crítico da construção , foi atendida a especificação.

Em relação ao funcionamento da dobradiça click foram notadas as maiores diferenças entre os processos, como pode ser notado na tabela 4.2. Enquanto o processo SLA foi capaz de detalhar a dobradiça e manter o funcionamento, o processo FDM foi capaz apenas de detalhar, pois ao serem testados romperam-se no acionamento.

No item acabamento superficial os protótipos construídos em SLA e FDM apresentam avaliação mediana, visto que conseguiram apresentar todos os detalhes, inclusive o pega da escova dental.

ConCluSōes

Quando a qualidade superficial e final do produto é o ponto estratégico do projeto, a tecnologia mais adequada seria a SLA, por outro lado quando o fator estratégico for o custo deve-se adotar a tecnologia FDM. Por exemplo, no caso de uma empresa de marketing que gostaria de desenvolver uma nova campanha e está decidindo que tipo de material irá utilizar, a tecnologia mais adequada seria a FDM, visto que a qualidade final não é importante, mas sim a interação e a possibilidade de tomar uma decisão com um protótipo do produto. Neste quesito a tecnologia de FMD se destacou frente à de SLA na maioria dos quesitos analisados, sendo a mais adequada quando o critério custo prevalecer frente ao de qualidade.

Na análise comparativa em relação à qualidade a tecnologia SLA conseguiu ter os melhores resultados, especialmente no quesito funcionalidade, o qual era um dos fatores mais importantes do estudo. Neste quesito a tecnologia de FDM foi falha e não conseguiu reproduzir o protótipo com perfeição.

Neste estudo ficou claro que é necessário colher informações e definir os objetivos do uso do protótipo para que seja estabelecido o processo a ser utilizado. O essencial é determinar quais características são consideradas importantes para o projeto e então, fazer a escolha criteriosa da tecnologia de PR que mais se adéqua a ele. Sendo assim algumas sugestões foram feitas para direcionar estudos futuros.

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Após análise e avaliação dos resultados obtidos no trabalho atual, pode-se sugerir a realização dos seguintes, estudos futuros, que poderão colaborar com a área de estudo de interesse do trabalho: a) Realização de um comparativo entre processos de prototipagem contra processos usuais de metalurgia;

b) Elaborar em conjunto com este trabalho, um método de tomada de decisão, para saber qual método é o mais indicado;

c) Realizar um estudo mais abrangente, com métodos mais atuais, pois a evolução dos métodos de prototipagem está cada vez mais rápida;

d) Utilização de outros materiais e outros protótipos para comparação de dados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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LINO, F.J. et al. Protoclick – Prototipagem Rápida, PT ,INEGI, Porto, 2001.

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