Atividade Modelagem e Prototipagem Virtual

UC Modelagem Virtual e Prototipagem Atividade Modelagem CAD Análise Estrutural CAE e Impressão 3D de um Sistema Mecânico composto por 4 Componentes Na atividade A3 será realizado um projeto abordando os conhecimentos desenvolvidos durante a Unidade Curricular de Modelagem Virtual e Prototipagem Cada pessoa realizará uma apresentação em Powerpoint sobre o seu projeto A apresentação deverá abordar 3 tópicos 1 Modelagem CAD a Desenho CAD de todos os componentes do sistema mecânico b Detalhamento técnico dos componentes individuais e da montagem 2 Estratégia de impressão 3D tecnologia FDM a Imagem dos modelos 3D do sistema projetado b Imagem do modelo gerado no software Cura ou similar c Justificativa da estratégia de impressão material temperaturas posicionamento tipo de suporte preenchimento aderência qualidade etc d Entrega do protótipo é opcional Não 3 Análise Estrutural CAE a Análise de Tensão b Deslocamentos c Fator de Segurança mínimo de 15 A apresentação deverá conter Identificação da pessoa o Instituição nome dos professores e nome e RA do aluno Objetivo o Definição do objetivo da atividade Materiais e Métodos o Materiais utilizados o Equipamentos softwares e instrumentos utilizados o Descrição do procedimento passo a passo para a realização do trabalho Resultados o Apresentação dos resultados obtidos Aqui não se devem incluir comentários sobre os resultados Conclusões o Apresentar análise discussão dos resultados obtidos 1 NOME DA FACULDADE MODELAGEMVIRTUAL E PROTOTIPAGEM Aluno Nome Completo do Aluno Trabalho apresentado à disciplina Nome da disciplina ministrada pelo professor Nome Completo do Professor ao curso de Nome do curso CIDADE ESTADO 2025 LISTA DE ILUSTRAÇÕES NOME DA FACULDADE MODELAGEMVIRTUAL E PROTOTIPAGEM Aluno Nome Completo do Aluno Trabalho apresentado à disciplina Nome da disciplina ministrada pelo professor Nome Completo do Professor ao curso de Nome do curso CIDADE ESTADO 2025 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Modelagem 3D Base7 Figura 2 Modelagem 3D Eixo Guia7 Figura 3 Configuração das condições de análise8 Figura 4 Ambiente Cura Peça Base9 Figura 5 Conjunto Guia de Perfuração10 Figura 6 Detalhamento 2D11 Figura 7 Tensão máxima de Von Mises12 Figura 8 Deslocamento máximo12 Figura 9 Fator de segurança13 Figura 10 Simulação da impressão da Base no Cura13 Figura 11 Simulação da Impressão das demais peças14 SUMÁRIO 1 Introdução5 2 Objetivos5 3 Materiais e Métodos6 31 Materiais Utilizados6 32 Modelagem e Montagem6 33 Análise estrutural8 34 Estratégia de Impressão 3D9 4 Resultados e Discussão10 41 Modelagem CAD10 42 Analise estrutural12 43 Estratégia de impressão 3D tecnologia FDM13 5 Conclusão15 1 Introdução A modelagem CAD e a prototipagem 3D revolucionaram o desenvolvimento de diversos sistemas mecânicos permitindo inclusive a validação eficiente de projetos por meio de analises estrutural das peças que compõem o sistema Este relatório tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um sistema mecânico composto por quatro ou mais componentes utilizando ferramentas de Modelagem CAD Análise Estrutural CAE e Impressão 3D para projetar analisar e prototipar o sistema O sistema escolhido é um guia de perfuração para furadeira focando na sua parte estrutural A integração das ferramentas citadas visa garantir que o sistema seja funcional resistente e em conformidade com parâmetros técnicos como fator de segurança de no mínimo 15 alinhado com as boas práticas da engenharia 2 Objetivos Objetivo Geral Projeta analisar e definir estratégias de impressão 3D para um sistema mecânico composto por quatro componentes Objetivos Específicos o Modelar os componentes em CAD o Simular o desempenho estrutural via CAE o Definir estratégia de impressão 3D FDM 3 Materiais e Métodos 31 Materiais Utilizados O sistema mecânico escolhido um guia de perfuração para furadeira é composto por uma base suporte deslizante para mandril colar trava para eixo posicionador ajustável eixos guia e mola de compressão Um guia de perfuração também é composto por rolamentos parafusos e mandril que são peças comercializadas em tamanho padronizados Neste projeto empregouse plástico tipo ABS para as peças Base suporte para mandril colar trava para eixo e posicionador ajustável Peças que podem ser imprimidas em impressora 3D utilizando o filamento ABS sendo um material recomendado para peças que precisam de alta resistência e durabilidade Para os eixos guia utilizado entre a base e o suporte deslizante utilizouse eixo linear com diâmetro de 12 mm feito em aço e para os eixos do posicionador diâmetro de 5 mm material que pode ser encontrado em sites de impressão 3D Utilizouse o software Autodesk Inventor para a modelagem e montagem das peças dentro do software também foi feita a parte de analise estrutura do sistema Já para definir a estratégia de impressão utilizouse o software de fatiamento Cura 32 Modelagem e Montagem Para a modelagem das peças do guia de perfuração para furadeira utilizouse os recursos de esboço 2D para definir o perfil de cada peça e em seguida o recurso de extrusão para conferir profundidade sendo cada peça modelada separadamente no software Inventor Para a representação da mola foi utilizado além desses o recurso espiral Após modelado todas as peças prosseguiu para a montagem primeiro fixando a base e em seguida posicionando e unindo todas as peças as principais uniões utilizadas foram coincidente concêntrico ângulo a utilização de planos possibilitou a restrição completa das peças garantindo a não desconfiguração da montagem Figura 1 Modelagem 3D Base Fonte Elaborado pelo autor Figura 2 Modelagem 3D Eixo Guia Fonte Elaborado pelo autor 33 Análise estrutural Dentro do software inventor prosseguiuse com a realização da análise estrutural do sistema mecânico Por se tratar de um sistema deslizante o guia de perfuração sofre tensões da mola e da força axial exercida pela broca na madeira durante a perfuração essa força é concentrada na parede do suporte deslizante onde ficam alojados os rolamentos nessa mesma peça é possível que quando atinja o colar trava essa força axial gere um momento na peça sendo necessário analisar para evitar falhas Como não foram encontrados em literatura esse valor foi estimado empiricamente Sendo aplicadas as seguintes condições de contorno e cargas Apoios Fixado a região de apoio do rolamento e na base do furo do eixo contato com o colar do suporte deslizante Carga 100 N valor empírico distribuída sobre a região de contato do rolamento Malha Elementos com tamanho médio de 0100 O tipo de análise adotado foi estático observando os seguintes resultados principais Tensão von Mise deslocamento máximo e fator de segurança mínimo 15 Figura 3 Configuração das condições de análise Fonte Elaborado pelo autor 34 Estratégia de Impressão 3D O software Ultimaker Cura foi utilizado como ferramenta de fatiamento dos componentes do sistema O material selecionado foi o filamento ABS escolhido por sua boa resistência mecânica e térmica adequada para aplicações funcionais As demais configurações foram ajustadas conforme características do material e geometria das peças Temperaturas Extrusão 235 C e Mesa 110C Posicionamentos Centralizado Tipo de suporte Arvore Preenchimento 40 Aderência Brim Qualidade Altura da camada 02 mm Velocidade 50 mms Figura 4 Ambiente Cura Peça Base Fonte Elaborado pelo autor 4 Resultados e Discussão 41 Modelagem CAD O conjunto montado da banqueta é apresentada na Figura 4 e o detalhamento folha A4 com as principais dimensões na Figura 5 Os demais detalhamentos são apresentados no anexo I Figura 5 Conjunto Guia de Perfuração Fonte Elaborado pelo autor Figura 6 Detalhamento 2D Fonte Elaborado pelo autor 42 Analise estrutural Tensão Máxima de Von Mises 7199 MPa Figura 7 Tensão máxima de Von Mises Fonte Elaborado pelo autor Deslocamento máximo 1286 mm Figura 8 Deslocamento máximo Fonte Elaborado pelo autor O fator de segurança mínimo é de 221 que é maior que 15 que foi o solicitado Ou seja no pior cenário quando o operador da furadeira exerce uma força axial contra o colar trava a estrutura do sistema mecânico é capaz de suportar um esforço de 100 N Figura 9 Fator de segurança Fonte Elaborado pelo autor 43 Estratégia de impressão 3D tecnologia FDM A peça da base que é a maior peça da estrutura seguindo as configurações da estabelecidas anteriormente consumirá um tempo de 5 horas e 10 minutos para se impressa e o resultado é mostrado na Figura 10 Figura 10 Simulação da impressão da Base no Cura Fonte Elaborado pelo autor As demais peças Suporte deslizante do mandril posicionador ajustável e colar trava foram configurados em um único arquivo de fatiamento tendo como duração 7 horas e 1 minuto o resultado é mostrado na Figura 11 Figura 11 Simulação da Impressão das demais peças Fonte Elaborado pelo autor 5 Conclusão Desta forma o desenvolvimento do sistema mecânico interligando modelagem CA análise estrutural CAE e estratégias de impressão 3D FDM em software demostrou a eficiência dessas ferramentas na validação de projetos mecânicos A modelagem em CAD permitiu a criação precisa dos componentes como a base suporte deslizante e posicionador ajustável enquanto a análise CAE confirmou a viabilidade estrutural do sistema Os resultados indicaram uma tensão máxima de Von Mises de 7199 MPa deslocamento máximo de 1286 mm e fator de segurança de 221 atendendo e superando o requisito mínimo de 15 Além disso a escolha do ABS justificou se pela sua durabilidade e adequação a cargas mecânicas enquanto o uso de brim assegurou aderência à mesa durante a impressão O projeto demonstrou uma ótima integração entre CAD CAE e prototipagem 3D na construção de sistemas mecânicos que atendam a seus requisitos de dimensão resistência e funcionalidade REFERÊNCIAS 1 AUTODESK Inventor 2025 Guia do Usuário PTB Sl Autodesk 2025 Disponível em httpshelpautodeskcomviewINVNTOR2025PTBguidGUIDB6101620E1A5467B AF45011E2BEDAA9F Acesso em 22 maio 2025 2 3DLAB Como imprimir com filamento ABS 3DLab sd Disponível em https3dlabcombrcomoimprimircomfilamentoabs Acesso em 22 maio 2025 3 ULTIMAKER Ultimaker Cura Ultimaker sd Disponível em httpsultimakercomsoftwareultimakercura Acesso em 25 maio 2024 ANEXO I TÍTULO PPGPF001 BASE DESENHADO POR APROVADO POR DATA 22052025 ESCALA 12 UNIDADE Milímetros MATERIAL ABS PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO PPGPF002 SUPORTE DESLIZANTE DESENHADO POR APROVADO POR DATA 22052025 ESCALA 12 UNIDADE Milímetros MATERIAL ABS PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO PPGPF003 POSICIONADOR AJUSTÁVEL DESENHADO POR APROVADO POR DATA 22052025 ESCALA 11 UNIDADE Milímetros MATERIAL ABS PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO PPGPF004 COLAR TRAVA DESENHADO POR APROVADO POR DATA 22052025 ESCALA 31 UNIDADE Milímetros MATERIAL ABS PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO PPGPF005 EIXO GUIA DESENHADO POR APROVADO POR DATA 22052025 ESCALA 12 UNIDADE Milímetros MATERIAL AÇO PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO PPGPF006 EIXO GUIA 5mm DATA 22052025 ESCALA 11 UNIDADE Milímetros MATERIAL AÇO PROJEÇÃO 1º Diédro TÍTULO Guia de Perfuração para Furadeira DATA 22052025 ESCALA 14 UNIDADE Milímetros MATERIAL Material PROJEÇÃO 1º Diédro LISTA DE PEÇAS ITEM QTDE NÚMERO DA PEÇA 1 1 PPGPF001 2 2 PPGPF005 3 1 PPGPF002 4 1 PPGPF004 5 1 PPGPF003 6 2 PPGPF006 7 1 PPGPF007