Estudo experimental de parâmetros de impressão e otimização de peças em manufatura aditiva

dc.contributor.advisor-co1Martins, Marcelo Sampaio
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2065406016830791
dc.contributor.advisor1Cunha, Daniel Fernandes da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7364532451621106
dc.contributor.referee1Cunha, Daniel Fernandes da
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7364532451621106
dc.contributor.referee2Viana, Rhander
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5270141650315822
dc.contributor.referee3Medeiros, Everton Coelho de
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7321059939272599
dc.creatorMiwa, Vinicius Hiroshi Souza
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/9115746363545010
dc.date.accessioned2025-11-05T21:11:33Z
dc.date.available2025-11-05T21:11:33Z
dc.date.issued2025-07-29
dc.description.abstractTopological optimization, which suffers from the limitations of traditional manufacturing, has been increasingly applied due to additive manufacturing. Thus, the main objective of the present work was to develop a comparison between optimization methods derived from additive manufacturing through fused filament fabrication (infill variation) and topological optimization (SIMP method). For this purpose, tensile tests were initially carried out with variation of printing angle, material supplier, extrusion rate, printing speed, and filament width, on specimens obtained by this manufacturing method. Then, after finding the best parameters for the levels considered, an optimized part was developed and printed for testing under compression. Finally, the experimental results were used for the development of a numerical analysis of the parts. It became clear that the best parameters were filaments oriented parallel to the loading direction, the material from supplier 1, the smaller extrusion width, the lower printing speed, and the higher extrusion rate. Accordingly, the specimen with the best levels achieved a tensile strength of 62.78 MPa, while the one with the lowest levels obtained 31.85 MPa. Notably, the extrusion rate was the parameter that most influenced the mechanical behavior, followed by the printing angle of the filaments. The optimization analyses demonstrated a clear superiority in the mechanical strength of parts optimized by topological optimization compared to other optimization types; the part to which topological optimization was applied reached a maximum force value above 12 kN, while the one obtained using grid infill achieved around 9 kN, and the one obtained using gyroid infill reached less than 6 kN. Finally, the numerical simulations demonstrated the reliability of the methodology employed, as the stress concentration markings coincided with the rupture locations during experimental testing. In addition, they highlighted the smoothing effect caused by additive manufacturing in relation to irregular geometries.eng
dc.description.resumoA otimização topológica, que sofre com as limitações da manufatura tradicional, tem ganho cada vez mais aplicações devido à manufatura aditiva. Dessa forma, o objetivo principal do presente trabalho foi desenvolver uma comparação entre os métodos de otimização oriundos da manufatura aditiva por fabricação por filamento fundido (variação de preenchimento) com a otimização topológica (método SIMP). Para isso, inicialmente foram desenvolvidos testes de tração com variação de ângulo de impressão, fornecedor do material, taxa de extrusão, velocidade de impressão e largura de filamento, em corpos obtidos por esse método de fabricação. Em seguida, após encontrar os melhores parâmetros para os níveis considerados, foi desenvolvida uma peça otimizada e impressa para teste em ensaio de compressão. Finalmente, utilizaram-se os resultados experimentais para o desenvolvimento de uma análise numérica das peças. Ficou claro que os melhores parâmetros foram os filamentos direcionados em paralelo ao carregamento, o material do fornecedor 1, a largura de extrusão menor, a menor velocidade de impressão e a maior taxa de extrusão. Sendo assim, o corpo de prova com os melhores níveis enunciados obteve valor de resistência à tração de 62,78 MPa, enquanto o de menor obteve um valor de 31,85 MPa. Notoriamente, a taxa de extrusão foi o parâmetro que mais influenciou no comportamento mecânico, seguido pelo ângulo de impressão dos filamentos. A análise das otimizações demonstrou uma clara superioridade de resistência mecânica das peças otimizadas por otimização topológica em relação aos outros tipos de otimização; sendo que a peça em que foi aplicada a otimização topológica obteve um valor de força máxima acima de 12 kN, enquanto a obtida utilizando o preenchimento grid obteve valor em torno de 9 kN e a obtida utilizando o gyroid obteve valor menor que 6 kN. Por fim, as simulações numéricas demonstraram a confiabilidade da metodologia empregada, em que as marcações de concentração de tensão foram onde houve o rompimento da estrutura durante a análise experimental, além disso, ela evidenciou a suavização ocorrida pela manufatura aditiva em relação a geometrias irregulares.
dc.identifier.citationMIWA, V. H. S. Estudo experimental de parâmetros de impressão e otimização de peças em manufatura aditiva. 2025. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/14864
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectManufatura aditivapor
dc.subjectOtimização topológicapor
dc.subjectFabricação por filamento fundidopor
dc.subjectEnsaio de traçãopor
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subjectTopology optimizationeng
dc.subjectFused filament fabricationeng
dc.subjectTensile testeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.titleEstudo experimental de parâmetros de impressão e otimização de peças em manufatura aditiva
dc.title.alternativeExperimental study of printing parameters and optimization of parts in additive manufacturingeng
dc.typeDissertação

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