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CENÁRIO DE MANUFATURA
INTEGRADA: FABRICAÇÃO DE
MOLDES PARA PEÇAS PLÁSTICAS
TERMO-MOLDADAS
Wanderson de Oliveira Leite (UFMG)
Elbert Muller Nigri (UFMG)
Paulo Eustáquio de Faria (UFMG)
Romeu Dâmaso de Oliveira (UEMG)
Juan Carlos Campos Rubio (UFMG)
Este artigo apresenta uma proposta de um cenário de desenvolvimento
Integrado de Manufatura para fabricação de moldes para peças
plásticas termo-moldadas que foi implementado em meio
acadêmico/industrial envolvendo a atuação conjunta de trêês
laboratórios de pesquisa, sendo dois de Engenharia de Produção e um
de Engenharia Mecânica. Parceria com empresas representantes de
softwares para auxilio à manufatura e uma fabrica permitiu aos
pesquisadores da UFMG implementar este cenário visando assim,
demonstrações da associação de tecnologias como Sistemas CAD
parametrizados, CAE, CAM, digitalizadores tridimensionais, sistemas
CAD modeladores de superfícies, modelos matemáticos
computacionais e Ferramental Rápido para, acelerar o processo de
desenvolvimento de produtos e a produção em pequena e média
empresa da área metal-mecânica e de produção de peças plástica
temo-moldadas da região metropolina de Belo Horizonte. Este cenário
foi estruturado a partir de uma abordagem PLM (Product Lifecycle
Management, ou Gestão do Ciclo de Vida do Produto) e ainda,
permitiu à possibilidade de fechar o ciclo entre o que é “desenvolvido”
e o que é “realmente manufaturado”, vislumbrado um ambiente de
manufatura integrada
Palavras-chaves: Sistema integrado de Manufatura; Engenharia
Reversa; Desenvolvimento integrado de produtos;Modelagem
Parâmetrizada;Termo-moldagem
XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente.
São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de 2010.
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1. Introdução
Os sistemas fabricação vêm evoluindo ao longo do tempo para atender aos mercados cada vez
mais competitivos, a exigência do consumidor por produtos mais diversificados e de melhor
qualidade, a informatização de processos produtivos, e ainda, a redução do período de vida
útil dos produtos. Para Casarotto Filho (2006), não só o lançamento de produtos merece uma
nova abordagem. Os projetos de expansão ou implantação de empresas já estão altamente
afetados pelo novo ambiente dinâmico. Atualmente, é essencial que se diminua o tempo entre
as etapas de desenvolvimento e projeto dos produtos e de seus respectivos processos de
produção, estas ações dever ser aliadas à automação ou mecanização dos processos
“artesanais” e manuais de produção e ao aumento da produtividade dos sistemas fabris. O que
se vê segundo Kai Chua (2000), é a necessidade de desenvolver novas técnicas que reduzirá à
dependência dos “artesãos” permitindo, o uso de computadores diminuindo o envolvimento
com processos manuais de fabricação.
Nesse contexto, a região metropolitana de Belo Horizonte/MG, possui um grande parque
fabril voltado para indústria automobilística englobando diversas pequenas e medias empresas
(MPE´s) que em busca de maior competitividade precisam desenvolver processos
automatizados e/ou informatizados em substituição aos processos ou etapas de produção
“artesanal”. Nesse meio se destaca um grupo de empresas que desenvolvem e fabricam peças
através do processo de termo-moldagem ou Vacuum in Forming e utilizam moldes fabricados
de maneira artesanal ou semi- industrial os quais, durante o desenvolvimento e processo fabril
dependem da habilidade do modelador e de ajustes inerente ao processo assim, a
repetibilidade do processo é comprometida e informações se perdem.
Assim sendo, torna-se pertinente o desenvolvimento acadêmico/industrial de cenários de
manufatura integrada para produção de matrizes para peças plásticas termo-moldadas, com
sendo um sistema que propicie o envolvimento de todas as etapas da produção, desde a
concepção inicial do produto até o acabamento final. Diante do exposto, o objetivo desse
trabalho foi então, delinear e implementar este cenário com suas diversas ferramentas
computacionais acelerando o processo de desenvolvimento do design à produção.
2. Revisão de Literatura
2.2. Manufatura Integrada por Computador (CIM)
A manufatura integrada por computador (CIM) surgiu nas últimas décadas, como forma de
integrar computacionalmente a engenharia e a produção. É um sistema que envolve todas as
etapas da produção com a aplicação de sistemas informatizados que integra o projeto do
produto e a sua manufatura, oferecendo flexibilidade, integração de dados e apoio durante o
ciclo de vida do produto (OSIRIS JUNIOR, 2007; adaptado). Estes equipamentos e softwares
automatizados da fabricação incluem máquinas de Controle Numérico (NC), Controle
Numérico Direto (DNC - Direct Numerical Control), Controle Numérico Computarizado
(CNC), planejamento de materiais (MRP - Material Requirement Planning), planejamento dos
recursos (MRP II - Manufacturing Resource Planning), CAD, Planejamento Assistido por
Computador (CAPP), Manufatura Assistida por Computador (CAM), armazenamento
automatizado, aparelho de manutenção controlado por computador, máquinas de medir em
três (3) coordenadas (MM3C) ou braço articulados de medição tridimensional associados a
softwares de qualidade assistida por computador (CAQ - Computer-Aided Quality Assurance)
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e robótica. Assim sendo, a Manufatura Integrada é um sistema que envolve todas as etapas da
produção, desde a concepção inicial do produto até o acabamento final. Para tanto é
necessário se gerar, processar e compartilhar informações em todas as etapas através de
ferramentas computacionais, de forma a se gerar e integrar os dados de todas as etapas do
desenvolvimento do produto e produção.
2.3. Ferramentas/Recurso na Implementação da Manufatura Integrada – CIM
Computer Aided Design, ou simplesmente CAD foi implementado pela primeira vez em 1963
no Massachusetts Institute of Technology (MTI). Atualmente o CAD abrange um grande
número de programas computacionais (softwares) utilizados como ferramenta de apoio à
representação gráfica (ROMEIRO FILHO, 1996; adaptado). Seus principais benefícios
associados ao uso nos últimos anos incluem validação de projetos, padronização de
bibliotecas, exportação/importação de dados e maior quantidade de recursos técnicos
(plugins) que gerando entidades geométricas significativas. Nesse sentido os softwares CAD
passaram a dar suporte a todas as etapas do desenvolvimento de produtos e dada à grande
funcionalidade dos softwares, atualmente disponíveis no mercado, uma melhor designação
para esta ferramenta pode ser dada por Computer Aided Product Modelling System, ou
Sistema de Modelagem de Produto Assistido por Computador (Grabowski et ali, 1998).
O CAE ou engenharia Auxiliada por Computador é uma ferramenta de trabalho que utiliza o
computador para dar suporte à engenharia de desenvolvimento, auxiliando no
desenvolvimento de projetos, por meio de análises pré-definidas, tais como: análises estáticas,
dinâmicas, térmicas, magnéticas, de fluidos, acústicas, de impacto e simulações. Basicamente
a essência do CAE é o Método de Análise por Elementos Finitos (MEF) UNIMEP, (2003).
Neste contexto, ao utilizar uma abordagem de engenharia preditiva pode-se atacar problemas
já no inicio do projeto, reduzindo o número de correções de alto custo, ou seja, a substituição
das técnicas tradicionais de confecção de protótipo pela a construção e o teste de protótipos
em nível de software, reduzindo significamente os custos e tempo de projeto, enquanto
aprimora a qualidade do produto (Costa et al, 1995, adaptado). Todavia, a análise por
elementos finitos não é restrita apenas a estruturas mecânicas, podendo ser aplicada a vários
problemas sob forma arbitrária, cargas e condições de contorno quaisquer. Uma recente e
prospera aplicação está no desenvolvimento de produtos por sopro-moldagem e termo-
moldagem plástica com o Software B-Sim e T-SIM.
A sigla CAM refere-se a todo e qualquer processo de fabricação controlado por computador.
Sua origem remota-se ao desenvolvimento das máquinas controladas numericamente (NC) no
final dos anos 40 e início dos 50. A tecnologia mais sedimentada em CAM é a programação
de máquinas de comando numérico auxiliadas por computador (CNC), conceito que ficou
muito difundido com a sigla CAD/CAM, que representa módulos de programação CN em
sistemas CAM. Os atuais sistemas de CAM realizam a programação de todos os tipos de
usinagem CNC com mais rapidez e precisão, utilizando a trajetória de ferramenta.
A informação de entrada para o sistema é o desenho da peça gerado num sistema CAD ou o
percurso da ferramenta. Também seu recurso de simulação gráfica da usinagem permite a
verificação de todas as operações envolvidas, através de uma animação tridimensional,
envolvendo a peça e a ferramenta de corte, eliminando assim a programação de uma máquina-
ferramenta CNC feita manualmente, onde a confiabilidade da usinagem somente era
alcançada à custa de longos e caros procedimentos de try-out e depuração do programa.
2.4. Engenharia Reversa
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A Engenharia Reversa (ER) pode ser definida como o processo de obtenção um modelo de
CAD tridimensional (3D), através da digitalização de um modelo físico existente por meio de
scaneamento de pontos ou nuvem de pontos (RAJA et al, 2008). Abella et al. (1994),
descreveu ER como, o conceito básico de produzir um produto inicial em um modelo final ou
físico sem o uso de um desenho de engenharia. Por outro lado para Yau et al.(1993), define
ER, como o processo de refazer as geometrias de produtos manufaturados, através da
digitalização e modificando um modelo de CAD existente. Assim sendo, a engenharia reversa
consiste de forma simplificada, em criar um objeto computacional partindo de um modelo
real, onde aplicativos gerenciam os arquivos digitalizados - entende-se aqui por aplicativos
softwares de desenho, manufatura ou medição - permitindo importar, em determinados
formatos, os dados obtidos por meio de digitalização com apalpadores mecânicos ou leitores
ópticos, com o objetivo, de criar um modelo ou protótipo, interfaceando ferramentas.
Sua principal aplicação está relacionada à atividade industrial, e é agora considerada segundo
Raja et al. (2008), uma das tecnologias que provê benefícios financeiros, encurtar tempos de
desenvolvimentos de produtos e tornam as empresas mais competitivas.
2.5. Digitalização
O conceito de digitalização abrange principalmente o aspecto de capturar (extrair)
informações com base em pontos em um espaço 3D, onde o modelo físico é referenciado em
um sistema de coordenadas cartesianas. Com a extração da informação em três dimensões,
pode-se então, usá-la para desenvolver o desenho ou outras representações da peça para
posteriores reprojeto, análise ou fabricação. Os Digitalizadores Tridimensionais são scanners
3D, com capacidade de obter as coordenadas tridimensionais de um objeto sólido real.
Existem vários métodos com os quais se podem extrair dados de uma superfície, esses
métodos podem ser classificados em cinco grandes categorias: Métodos de digitalização por
contato; Métodos de digitalização sem contato; Métodos de medição manuais; Iluminação
estruturada e Spot Ranging (Legge, 1996; adaptado). Quanto ao processo são utilizados
equipamentos compostos, basicamente, por sensores de alta definição que têm como função a
captação, ponto a ponto, do formato de uma peça. Os sensores utilizados podem ser:
apalpadores, sensores a laser e sensores óticos por luz branca ou sensores por ondas
magnéticas (Guerreiro, 1999). Ainda, quanto ao aspecto técnico/tecnológico utilizado para
capturar, existem diferentes sistemas que funcionam integrados ou não a softwares CAD
como as máquinas de medir em três (3) coordenadas (MM3C), digitalização Eletromagnética
e digitalização Sônica (SAC, 1989; adaptado).
2.6. Prototipagem Rápida e Ferramental Rápido
A prototipagem rápida, desenvolvida há cerca de duas décadas permite a construção de um
modelo em poucos dias ou horas, a partir da materialização de desenhos ou modelos virtuais
projetados em computador através de sistemas CAD, CAM, CAE e outros com alta fidelidade
(Silva, 1999). A primeira técnica comercial de PR, a Estereolitografia, surgiu em 1987.
Atualmente existem mais de 30 diferentes processos de RP, nem todos disponíveis
comercialmente. Podemos sinteticamente considerar, que “todos” os processos de
prototipagem rápida comercialmente existentes são constituídos por cinco etapas básicas: 1ª)
criação de um modelo CAD da peça que está sendo projetada; 2ª)Conversão do arquivo CAD
em formato STL, próprio para estereolitografia; 3ª) Fatiamento do arquivo STL em finas
camadas transversais; 4ª) Construção física do modelo, empilhando-se uma camada sobre a
outra; 5ª) Limpeza e acabamento do protótipo. Concomitantemente, as tecnologias de RP,
permitem não somente confeccionar diretamente o protótipo de um componente ou peça a ser
moldada, mas também, produzir rapidamente um molde ou ferramental protótipo. Esta
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possibilidade deu origem a uma área denominada de Ferramental Rápido (RT, Rapid
Tooling), envolvendo as técnicas de obtenção de moldes protótipos. Assim, as RT são
ferramentas para produção de peças em pequenos lotes, envolvendo as técnicas de obtenção
de moldes protótipos. São utilizados materiais e processos mais “baratos” e mais rápidos. O
termo vem também sendo aplicado ao processo de usinagem CNC quando utilizado para
fabricação de moldes protótipos em resina, alumínio etc.
2.7. Modelos Matemáticos para Refinamento de Dados
A reconstrução de objetos por dados de amostragem é uma forma importante de obtenção de
parâmetros geométricos para modelos existentes. Os modelos devem ser fielmente
reconstruídos, isto é, algumas formas de representação requerem que as definições de um
objeto não se desviem dos pontos mais do que o erro de medição fornecido. A representação
pode ser discreta (ex. um conjunto de triângulos), ou contínua (ex. um modelo matemático ou
algoritmo que se ajusta em uma superfície através de subconjuntos de pontos). Uma aplicação
deste processo de superfícies ajustadas e/ou interpoladas são malhas construídas através da
utilização das splines cúbicas (um spline é uma curva definida matematicamente por dois ou
mais pontos de controle, os pontos de controle que ficam na curva são chamados de nós) e/ou
combinando métodos especiais de interpolação com triangulações ou curvas B-splines. Um
modelo de ajuste e interpolação dos pontos através de B-splines é a utilização do NURBS
(Non- Uniform Rational B-splines) que reproduz, com exatidão, a forma do modelo físico e
ainda possibilita a alteração interativa da forma (superfície). Estes modelos matemáticos
foram desenvolvidos inicialmente por Lagrange, Hermite e mais recentemente pelo francês
Paul Bézier, que utilizou em 1972 sua formulação no sistema Unisurf, para representar formas
complexas de um painel de carro.
Figura 1 – a) Aproximação das curvas b-splines, (b) superficie aproximada,
(c) Reconstrução da Nurbs surface. Fonte: Adaptado de A. Werner a, et. al, (1997).
Atualmente, os sistemas CAD classificados como modeladores de superfícies permitem a
construção de formas complexas, dando ao usuário total liberdade para o modelamento de
seus produtos. Um sistema CAD com estas características possui sofisticados modelos
matemáticos que possibilitam representações geométricas complexas.
2.8. Projeto Parametrizado de Superfícies para Fabricação
No modelamento paramétrico as modificações necessárias estão relacionadas somente a
parâmetros de engenharia, por exemplo, mudança de material, aumento ou redução de uma
determinada dimensão, mudança na potência necessária. A modelagem paramétrica consiste
basicamente em transformar uma feature em equações matemáticas ou valor numérico,
permitindo, além de sua armazenagem de forma eficiente e customizada modificar a forma
geométrica ou características apenas alterando valores. Nesse contexto existem no mercado
diversos grupos de softwares modeladores de superfície (Wireframe, Paramétricos, Híbridos
etc.) que, modelam interfaceando ferramentas de CAD, CAM, ER, CAQ etc. ou modelam
diretamente dos dados. Os que modelam interfaceando ferramentas, estão centrados nas
c) b) a)
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ferramentas para a otimização das malhas ou na criação de superfícies de alta qualidade
associado aos que parametrizam os modelos em CAD 3D. Por outro lado, os que modelam
diretamente dos dados, como por exemplo, o Rapidform XO Redesign possuem, ferramentas
de modelagem e criação de superfícies NURBS, oferecendo ao utilizador ferramentas para
passar os modelos de malha poligonal para um modelo CAD completamente paramétrico,
dentro de um único sistema.
2.9. Inspeção Assistida por Computador - CAI
O desenvolvimento tecnológico no campo da inspeção automática e controle do produto
integrando-se a CIM tornou a operação de inspeção geométrica ou dimensional tão flexível e
automática quanto às máquinas-ferramenta usadas na fabricação das peças, transferindo o
controle de qualidade das “Salas de Metrologia” para o chão de fábrica, utilizando tecnologia
de medição próxima à unidade de fabricação. Assim, o objetivo da inspeção geométrica
tornou-se mais ambicioso, surgindo à integração a nível lógico com a realimentação
automática do processo baseado em dados de inspeção geométrica, ou seja, a utilização de
banco de dados dos sistemas CAD/CAM como referencial para comparação, e indexação, de
valores atribuídos aos sistemas de controle. A integração a nível físico, por outro lado, foi o
ponto de partida para concepção dos atuais sistemas inspeção integrados, próximo ao processo
de fabricação, sendo constituídas por máquinas de medir por coordenadas (CMM) e/ou
sistemas de medição multipontos (medição diferencial), medidor de rugosidade e unidades de
transporte e manipulação de peças. Ao mesmo tempo, sistemas mais simples realizam apenas
a verificação dimensional e de posição, sendo normalmente constituídos por uma CMM que
em alguns casos, são as próprias máquinas CNC.
2.10. Termo-Moldagem: Vacuum in Forming
A termomoldagem, Vacuum in Forming ou termoenformação de folhas de polimeroes é um
modo de processamento de termoplástico que consiste em impelir contra a superficie do
molde, por acção de uma pressão mecânica, ou usando vácuo, uma folha de “plástico”
aquecida através da retirada do ar da superfície do molde, por intermédio de micro orifícios
no molde ou matriz. (ROCHA(1990) e SMITH (1998), adaptado). O processo de vacuum
forming produz peças plásticas para várias aplicações, tais como: indústria alimentícia,
cosméticos, equipamentos médicos, eletrônica, indústria automotiva, materiais de escritório e
outros. A matéria-prima pode alcançar chapas com até 3000 mm de comprimento, espessuras
de 1 a 8 mm e chapas de ABS, PP, PEAD, PSAI e PETG. A qualidade dos produtos moldados
é consiguida em grande parte pela qualidade do molde pois, os processo de moldagem cópia
fielmente a superfície do molde utilizado. Assim sendo, para tiragens limitadas, pode-se usar
moldes de madeira, resina epoxi e massa plástica. Entretanto, para grande produção com
qualidade superior, é aconselhado o uso moldes de alumínio, que garantem a boa
reprodutibilidade dos produtos, além proporcionar maior vida útil dos moldes.
(Figura 2 - Exemplos de aplicação: a)Spoiler; Fiat Strada; b) Spoiler, saia e para-choque; Forf;
c) Para lama; CNH
b) c) a)
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Os moldes pode ser de dois tipos:
- Molde Positivo: É o molde mais usado no mercado, em vista de seu baixo custo de produção
e da possibilidade de obtenção de peças com superfícies mais rígidas.
- Molde Negativo: Este tipo de molde é o mais usado para a produção de grandes séries de
produtos, pois permite uma economia considerável de matéria prima.
Figura 3 – Processo de termo deformação: Moldes negativo e positivo.
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3. Metodologia e Métodos
3.1. Estudo da Prática
Tendo como referência a aplicabilidade do método em PME´S e no meio acadêmico esta
pesquisa, abordou uma proposta de cenário voltado para fabricação de produtos com baixa
complexidade e com o uso de equipamentos de baixo custo e/ou terceirizarão de etapas.
Assim sendo, no meio acadêmico esta experiência resultou na integração de três laboratórios
de pesquisa sendo, dois de Engenharia de Produção e um de Engenharia Mecânica. Quanto à
aplicabilidade em PME´s fica evidente a necessidade de terceirização de parte dos serviços
relacionados ao projeto como, digitalização da geometria do produto, análise de engenharia
(CAE) e feramental rápido.
3.2. Engenharia Simultanea e Engenharia Reversa Integrada a Manufatura
O cenário aqui proposto deve contar com ferramentas computacionais e metodo capaze de
suprir as necessidade de manipular informações, de forma a se gerar e integrar as informações
de todas as etapas do desenvolvimento do produto de forma simultânea. As filosofias atuais
de projeto são mais flexíveis, sem a necessidade de que se sigam todas as etapas de maneira
seqüencial (uma após a outra) atualmente desenvolvem-se os conceitos de Engenharia
Reversa e Engenharia Simultânea para este contexto.
A engenharia simultânea, ou originalmente, Concurrent Engineering, surgiu na última década,
como forma de tornar mais rápida ainda à execução de projetos, utilizando o conceito de
força-tarefa de forma a realizar simultaneamente (paralela), várias etapas do ciclo de vida do
produto. Complementar a isso, a Engenharia Reversa (ER) difere do processo tradicional de
desenvolvimento de produtos por utilizar como ponto de partida um produto já concebido, ou
seja, caso sejam identificadas e atendidas as necessidades dos clientes através da melhoria do
produto pré-existente, a ER torna-se um método de apoio à implementação destas
modificações.
Assim sendo, relacionado os trabalhos de Otto e Wood (1996), Noqueira (2006) e Raja et all
(2008) a implementação do método no meio acadêmico, conforme já exposto, foi direcionada
para uso de uma metodologia que contemplasse a Engenharia Simultanea e Reversa como
forma de fechar a ciclo entre produto e processos de fabris integrando a manufatura, com
utilização compartilhada de informações através de sistemas informatizados. A Figura 4,
apresenta a metodologia aqui adotada.
Figura 4 - Ciclo de desenvolvimento de produto em um ambiente integrado.
Fonte: Adaptado de Raja, Vinesh, Fernandes, Kiran J. (2008)
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4. Desenvolvimento de Moldes para Peças Plástica Termo-Moldada em um Sistema
Integrado de Manufatura
4.1. Metodologia de Implementação do Sistema
A implementação do sistema integrado de manufatura, consistiu na integração dos
equipamentos de manufatura, como máquinas ferramenta, e os equipamentos e acessórios
auxiliares, utilizados nas fases de projeto, como softwares de CAD, CAE e CAM. Todos estes
equipamentos são conectados em sistema de rede e utilizam o mesmo banco de dados que, por
sua vez operam com os softwares necessários ao controle e à troca de informações entre os
equipamentos componentes do sistema de manufatura. Fez-se a implementação de acordo
com as seguintes etapas:
Determinação das aplicações do sistema. A partir dos equipamentos disponíveis e
cenários idealizado, determinaram-se as possíveis aplicações do sistema;
Estudo e determinação das ferramentas computacionais a serem utilizadas no sistema;
Escolha dos softwares necessários ao controle e à troca de dados entre os
equipamentos, de forma que o sistema pudesse desempenhar as aplicações
estabelecidas no item anterior;
Implementação do sistema;
Delimitação de exemplo prático;
Análise dos resultados, conclusões e sugestões.
4.2. Implementação do sistema
O sistema foi implementado com a utilização de microcomputadores, onde todos os softwares
foram instalados. Neles foram conectados os equipamentos e o centro de usinagem, e ainda,
um deles servil como servidor e gerênciador de dados do produto conforme Figura 5.
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Figura 5 - Esquema funcional do cenário integrado de manufatura idealizado
4.3. Equipamentos Disponíveis
Relação dos equipamentos utilizados no sistema de manufatura e suas especificações
principais:
A) Centro de Usinagem ROMI Discovery 560, figura 6a
Especificações:
Motor Principal:
Cursos:
X = 560 mm
Y = 406 mm
Z = 508 mm
12,5 cv
Avanços rápidos:
X = 25 m/min
Y = 25 m/min
Z = 20 m/min
B) Equipamento de Medir por Cordenadas (CMM) TESA Micro-Hite 3D, figura 6b.
Especificações:
Tamanho da mesa
970 x 1620 x 930mm;
Área de trabalho
Painel de controle:
460 x 510 x 420 mm;
Display com 89 x 118 mm, mostrador retro-iluminado, 7 teclas.
Modalidade digitalizador 3D Sensor: Opto-Eletrônicos
Sonda: Sólida com ponta esférica, cônica, chata ou de rubi;
Precisão:0,003mm
Comprimento da sonda 10mm, diâmetro da ponta 1 a 8 mm;
Método de escaneamento: Contato;
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Pontos por segunto: 1 a 10 pontos por segundo e contínuo.
Passo de escaneamento: Eixo X/Y/Z 0,04mm mínimo.
C) Equipamento de Sopro-Moldagem (Vacuum in Forming) figura 6c.
Especificações:
Tamanho da máquina
1500 x 1750 x 1700mm;
Peso
Consumo médio de energia
Em trabalho
Área de trabalho
Altura e profundidade máxima de moldagem
~250kg
~8KW/H
600 x 400 mm;
250mm
Ciclagem média
Capacidade da bomba de vácuo
Pressão de trabalho
~1,5 Ciclos por minuto
10m³/hora
6 a 8 bar
Figura 6 - Máquinas utilizadas: a) CNC ROMI Discovery 560, b) CMM TESA Micro-Hite 3D
c) Equipamento de Sopro-Moldagem
4.4. Determinação das Ferramentas Computacionais Utilizadas
Escolheu-se os softwares a serem utilizados no sistema de manufatura de forma que todos
pudessem compartilhar informações entre si. Desta forma, todos os sistemas CAD,
CAD/CAM, CAE, ER e CAQ escolhidos são capazes de operar com um formato de arquivo
comum, para que os dados sejam transferidos de uma etapa para a outra durante o processo de
produção de uma peça.
Sistemas utilizados:
Software CAD modelador de superfície, edição de imagens e ajuste matemático de
superfícies Rhinoceros 4.0 e Software de modelamento de sólidos, moldes, montagem e
detalhamento SolidWorks 2008. Utilizados para projeto, alterações e redimensionamentos
dos dados importados pelo software de digitalização e CAE.
O software CAE de análise por elementos finitos, Cosmos by SolidWorks
Software CAD/CAM Unigraphic para programação do centro de usinagem. Utilizado para
gerar a partir dos arquivos em formato 3D da peça a ser usinada, os códigos de
programação e os parâmetros processo.
Software MMC para digitalização de imagens ReflexScan Digitizing. Utilizado para
controlar o digitalizador tridimensional e definir os parâmetros de digitalização, converte
as coordenadas do objeto digitalizado em pontos ou estruturas de segmento de linhas 3D.
4.5. Fabricação de Molde para Peça Plástica Termo-Moldada: Caso Prático
O caso prático apresentado a seguir descreve o emprego da metodologia proposta no
desenvolvimento de um produto termo-moldado. A redução do tempo de desenvolviemnto do
a) b) c)
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produto e a melhoria no produto e em seu processo de fabricação, resultantes da implantação
do cenário proposto foi o objetivo principal.A metodólogia proposta descrita nas seções
anteriores foi implementada em dez etapas:
Desenvolvimento do produto: A partir do brifieng anteriormente definido foi previamente
desenvolvido o produto conforme características e especificações técnicas adotando-se uma
metodologia específica para desenvolvimento de produtos pelos responsáveis do Design do
produto, figura 7a.
Figura 7 - Desenvolvimento do Produto: a) Produto desenvolvido, b) Curvas de Conversão, c) Análise estrutural
Análise estrutural (CAE): Foi realizado uma análise estrutural das curvas de conversão das
superfícies e pontos de ruptura por estriamento (redução brusca da espessura das paredes),
para determinar possíveis problemas de fabricação. Figuras 7b e7c.
Desenvolvimento do projeto do ferramental rápido: Foi desenvolvido com auxilio de software
CAD/CAM específico o projeto de ferramental rápido para fabricação de um pequeno lote de
peças levando em considerações as características inerentes ao processo de fabricação.
Fabricação dos moldes: Foi fabricado o molde através de usinagem em um centro de
fresamento CNC utilizando como matéria-prima MDF e posteriormente, resinados e ajustados
manualmente, figura 8a.
Figura 8 – Manufatura do Produto: a) Modelo em MDF, b) Fabricação do Produto, c) Produto final
Fabricação de peças protótipos: Foram fabricadas 12 peças em um maquinário especifico para
termo-moldagem de desenvolvimento e fabricação da empresa parceira. Nessa etapa foram
realizados diversos ajustes no modelo. Pois, apesar de serem realizados cálculos empíricos
(know how da empresa) do projeto dos moldes aspectos inerentes ao processo como
temperatura de aquecimento do material, pressão de sucção, capacidade de estiramento do
material e contração térmica interferiram no dimensional final do produto.
Planejamento e Coleta de Dados: Após a fabricação e aprovação do produto, foi realizado um
planejamento e coleta de dados digitalizados, ou seja, digitalização ou scaneamento 3D
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através de uma máquina de medição por coordenas 3D, para que o dimensional final do
produto e molde fosse novamente comparados com o projeto do molde e produto final.
Controle dimensional: A partir dos dados coletados pelo equipamento figuras 9a e 9b foram
realizadas duas etapas distintas. Na primeira etapa foi, avaliado e ajustado os dados referentes
ao dimensional final do produto, para que o mesmo atenda as características dimensionais e
volumétricas do projeto. Já na segunda foi utilizado o dimensional capturado pelo
equipamento 3D para ajustes no projeto do molde e interpolação junto com os dados
digitalizados das peças. Nesta etapa o uso de software parametrizado foi essencial
possibilitando através de ajustes dos parâmetros a correção rápida e eficiente do projeto.
Figura 9 – Engenharia Reversa: a) Digitalização do Molde, b) Digitalização do modelo,
c) Ajuste do produto parametrizado pelos pontos capturados
Análise estrutural: Foi realizada novamente a análise estrutural conforme anteriormente
apresentada para revalidar os projetos.
Documentação técnica: Após as etapas posteriores e validação dos modelos pôde-se
considerar que o projeto anteriormente desenvolvido é o projeto final do molde. Ao mesmo
tempo as informações contidas nos sistemas informatizados sevem como base para um
novo Know How da empresa e, posteriormente para estudos técnicos e análises estatísticas
para delineamento de variáveis do processo e seus efeitos no projeto do molde e produto
final.
Fabricação do molde produção em série: Conforme proposto pela metodologia e delineado
pelo cenário, as informações contidas nos sistemas informatizados são utilizadas
novamente para programação em sistemas CAD/CAM da fabricação do molde em metal
ou resina. Ao mesmo tempo, os dados são utilizados pela máquina de medir por
coordenadas, agora sistema para controle dimensional do molde usinado (CAQ).
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Figura 10 – Projeto final: a) Análise estrutural, b) Projeto do Molde Final, c) Protótipo final acabado
5. Considerações Finais
Apesar de não ter sido realizada a etapa Fabricação do molde para produção em serie,
propostas na metodologia, podemos inicialmente, realizar algumas conclusões a respeito das
etapas finalizadas.
Primeiramente, o sistema apresenta grande flexibilidade, permitindo que seja facilmente
configurado para produção de peças de diferentes geometrias e maior complexidade.
Ao mesmo tempo, a integração da digitalização 3D com a Fabricação Rápida pode acelerar o
processo de desenvolvimento e manufatura de um produto. A necessidade de adotar
plataformas computacionais de maior nível (high range e midle range), fez com que o projeto
assumisse um caráter tecnologicamente mais atual. As empresas Unigraphic Solutions (São
Caetano, SP) e Solid Minas (Belo Horizonte, MG), representantes de ferramentas
computacionais de auxilio a produção facilitaram o acesso a seus produtos contribuiu para a
implementação do cenário.
Concomitantemente, a participação dos pesquisadores do Programa de Pós Graduação em
engenharia de Produção da UFMG permitiu o contato com empresas da área de software para
auxilio à manufatura e empresas fabricantes de peças termo-moldadas. Isto contribuiu para o
desenvolvimento de um “cenário de manufatura integrada para produção de moldes”. Os
resultados deste trabalho permitem a disponibilização de um ambiente integrado de
manufatura baseado no uso de ferramentas computacionais comerciais e equipamentos para
auxilio a ações em engenharia reversa e fabricação rápida, podendo ser usado para
demonstrações tanto para clientes das empresas parceiras quanto para o estudo de alunos de
graduação e pós-graduação da UFMG. Isto poderá atender ao anseio das pequenas e médias
empresas em conhecer os benefícios da adoção destas tecnologias para acelerar e flexibilizar
sua produção e diminuir o tempo de desenvolvimento e melhoria de produtos.
Por fim, em testes realizados para produção de protótipos a partir de um modelo artesanal, o
tempo gasto entre os departamentos de engenharia e a linha de produção de peças por
usinagem foi inferior a quatro dias.
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