Simulação de desempenho estrutural baseada na prototipagem rápida com impressão 3d

Abstract

This paper presents part of the research on simulation of structural performance and aims to study the mechanical behavior of polymers, ABS and PLA in the form of thermoplastic filaments, commonly used in affordable 3D printers. It presents the preliminary results for the evaluation of the mechanical behavior of ABS and PLA in the light of ASTM E2954 and ASTM D790 standards, which establish test methods for axial compression and three-point flexure for plastic and polymer matrix.Keywords: 3d printing; structural performance; rapid prototyping; computatuional simulation Segundo Hausler et al. (2017), técnicas e materiais de manufatura aditiva estão evoluindo rapidamente na última década. Aplicações na arquitetura, engenharia e construção estão ampliando o interesse da impressão 3D. No entanto, o custo do material, limitações da produção e dimensões dos modelos, bem como a performance estrutural (Hausler et al., 2017;Dritsas, 2017;Matson, 2016 e Crolla, 2014, ainda impedem o impacto significativo da aplicação da tecnologia de impressão 3D na produção de componentes de edificações. IntroduçãoA aplicação da manufatura aditiva, conhecida como impressão 3D -em arquitetura e engenharia tem sido limitada à criação de modelos físicos apenas com o propósito de representação, devido à relativamente baixa resistência das partes impressas em 3D. Neste sentido, esta pesquisa reúne pesquisadores dos campos de Arquitetura e Urbanismo e Engenharia Civil, com ênfase em projeto estrutural, e propõe-se a investigar a modelagem digital e a simulação de desempenho estrutural de componentes com geometrias complexas, produzidos a partir de impressoras 3D com filamentos aquecidos. O presente artigo apresenta os primeiros resultados dos ensaios destrutivos de corpos de prova, com o objetivo de conhecer o comportamento mecânico dos polímeros, ABS e PLA, sob a forma de filamentos termoplásticos, comumente utilizados em impressoras 3D de baixo custo. Apesar do software de modelagem utilizado na pesquisa, o Rhinoceros e sua interação com o grasshopper constituir ambientes de simulação a partir de plugins de avaliação física como Karamba, Millipede, Kangoroo, Scan&Solve, dentre outros (Hausler et al., 2017;Crolla, 2017 e Matson, 2016, ainda são necessários testes adequados para a compreensão do desempenho estrutural dos polímeros ABS e PLA. Esta fase da pesquisa visa lançar luz sobre este tema e auxiliar na validação de valores pré-existentes em plugins de simulação (como o ABS no Scan&Solve) ou auxiliar na inserção e ponderação das propriedades de resistência dos materiais utilizados nas impressoras de baixo custo mais comuns nos laboratórios de fabricação digital. Esta pesquisa parte também da hipótese inicial que as limitações de qualidade, acabamento e velocidade de impressão, inerentes aos diferentes modelos de impressoras 3D, afetam o desempenho estrutural dos protótipos, e estes dados serão confrontados e ponderados ao final da investigação.De fato, segundo Haeusler et al., 2017, em uma escala mais ampla, antes da introdução ...

Potencialidades Da Manufatura Aditiva Para Construção Civil

“…Para obter o conhecimento mais profundo sobre a manufatura aditiva e o comportamento mecânico de materiais poliméricos impressos em 3D, é necessário estudar as propriedades do material além de promover a conceituação do desenvolvimento desta tecnologia ao longo dos anos. Por este motivo, esta pesquisa retrata e analisa alguns modelos que foram desenvolvidos nos últimos anos (KODAMA 1981;HACK et al, 2015;MARTINEZ et al, 2017;MASERA et al, 2017).…”

“…No entanto, limitações da produção, dentre as quais inclui-se a performance estrutural, ainda impedem o uso significativo desta tecnologia. Neste sentido, a pesquisa de Martinez et al (2017) apresenta parte da pesquisa de simulação e otimização estrutural e objetiva estudar o comportamento mecânico de polímeros ABS e PLA, sob a forma de filamentos termoplásticos. Os resultados preliminares de avaliação do comportamento mecânico do ABS e PLA, caracterizada por ensaios destrutivos de esforços de compressão axial e flexão, impressos prioritariamente no modelo de impressora 3D Cubex Duo.…”

“…Esse artigo trata especificamente de resultados da fase inicial de uma pesquisa de mestrado, caracterizada por pesquisa documental e pela análise do comportamento mecânico de modelos impressos em 3D, avaliação de ensaios destrutivos de esforços de compressão axial e flexão e comportamento de impacto de tração, além do estudo comparativo da evolução da impressão. É uma pesquisa exploratória e qualitativa, onde foram analisados e comparados os três artigos: "Automatic method for fabricating a three-dimensional plastic model with photo-hardening polymer" por Kodama (1981), "Mesh Mould: robotically fabricated metal meshes as concrete formwork and reinforcement" por Hack et al (2015) e "Evaluation of mechanical behavior of abs and pla polymers in 3D printing for structural performance simulation" por Martinez et al (2017). A escolha destes três artigos deu-se devido a importância da transformação e evolução da MA ao longo dos últimos anos.…”

“…A Figura 5 é um Corpo de Prova (CP) paralelepípedo impresso em ABS com dimensões de 2,0 cm de base, 3,0 cm de altura, 9,95 cm de largura e espessura de 0,5 mm, submetido ao teste de flexão em três pontos, no qual obteve uma Tensão de 53,78 Mpa. Segundo a pesquisa realizada por Martinez et al (2017), onde diversos corpos de prova foram impressos e testados mecanicamente, num total de 18 modelos impressos nos filamentos PLA e ABS, compostos por um conjunto de 3 paralelepípedos (3,0 cm x 2,0 cm x 15,0 cm) e 4 cilindros nas dimensões de 2,5 cm de diâmetro e 5,0 cm de altura e 5,0 cm de diâmetro e 10,0 cm de altura. Um problema de destaque são as limitações das impressoras de baixo custo, que ainda são entraves para assegurar um rígido controle de resistência e qualidade uniforme dos modelos físicos.…”

“…Um problema de destaque são as limitações das impressoras de baixo custo, que ainda são entraves para assegurar um rígido controle de resistência e qualidade uniforme dos modelos físicos. Além disso, sob as mesmas configurações de modelagem e controles de impressão (massa, densidade, tempo, temperatura, dentre outros), há também variações decorrentes das diferenças entre equipamentos (MARTINEZ et al, 2017).…”