A linha de Materiais e Manufatura Avançada dedica-se a realizar pesquisas científicas e de desenvolvimento tecnológico que abrangem a caracterização de novos materiais, o aprimoramento dos processos de fabricação e a integração entre sistemas de produção e tecnologias emergentes com foco no desenvolvimento da manufatura digital. Neste contexto, busca-se tanto explorar e compreender aspectos tribológicos dos materiais e particularidades dos processos de fabricação, como desenvolver métodos e ferramentas computacionais que possibilitem a integração de tecnologias emergentes aos sistemas clássicos de manufatura, possibilitando novas investigações quanto a melhorias e aperfeiçoamentos de produtos e processos produtivos.

 

Projeto de pesquisa em ANDAMENTO

1) Aplicação de revestimentos de proteção, por métodos a laser, em implementos agrícolas

Resumo: Este projeto visa à aplicação de revestimentos de proteção em peças de implementos agrícolas, depositados via laser cladding, A demanda por melhores equipamentos, tais como ponteiras de subsoladores, são crescentes, pois são amplamente empregadas no setor. As peças revestidas com um material de elevada dureza e baixo coeficiente de atrito são ideais, pois aumentam as propriedades de resistência ao desgaste. Outro fator importante é a diminuição do coeficiente de atrito da peça, garantindo, por este modo, uma diminuição da força de tração, acarretando em uma diminuição no consumo de combustível. O emprego de um revestimento protetor não só permite o aumento da vida útil da peça, mas também a obtenção de aumentos significativos na velocidade de operação da máquina. Neste projeto, uma camada em pó será depositada na superfície das peças agrícolas que atuará como um revestimento de proteção. Serão empregados os pós de negro de fumo e WC-Co (carbeto de tugnstênio - cobalto). A técnica para a criação desta barreira intermediária será o processo de laser cladding. Neste processo, uma fina camada de pó previamente depositada sobre a superfície da peça, será irradiada por um feixe de laser, criando assim um revestimento denso e fortemente ligado ao substrato. Esta tecnologia é inovadora, rápida, versátil e de baixo custo, o que a torna interessante para uma possível transferência para a indústria, em termos de escalonamento industrial.

2) Aplicações de Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco (MASA) em Peças Metálicas

Resumo: Os processos de Manufatura Aditiva (MA) potencializam a produção individualizada de peças e estão a cada dia mais difundidos para aplicações em polímeros, que já possuem equipamentos e procedimentos de utilização bem estruturados.Porém, a MA utilizando metais, apesar de possuírem significativo potencial de aplicação, possibilitando a fabricação de peças complexas dos mais diversos tipos de metais, ainda apresentam diversas limitações relacionadas a custos de equipamentos e/ou necessidade de refinamento de técnicas visando a difusão desta aplicação na Indústria. Dentre os diversos processos existentes para a MA de peças metálicas, a Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco (MASA), que consiste na fabricação de pré-formas metálicas a partir da deposição de multicamadas de cordões de solda sobre um substrato, apresenta grande potencial de aplicação devido à relativa simplicidade e menores custos dos equipamentos necessários, contudo, carece ainda de estudos para consolidação da técnica e potencialidades de aprimoramento e desenvolvimento de novos procedimentos. Portanto, o objetivo deste projeto é fortalecer uma linha de pesquisa no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGMEC-UFG) que abranja os processos de MASA, buscando o desenvolvimento e melhoria dos processos, aplicações de simulações e estudos sobre implantação de internet das coisas em processos MASA, além de análises de microestruturas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e comportamentos mecânicos das peças produzidas por MASA. Para alcançar o objetivo pretende-se iniciar o projeto MASA com equipamentos já existentes no LAMAF, tais como o GMAW, FCAW e GTAW e buscar recursos para modernização e implementação do processo MASA.

3) Controle da Temperatura de Interpasse na Sobreposição das Camadas de Impressão 3D Metálica Realizada pelo Método de Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco

Resumo: Os processos de fabricação de manufatura aditiva estão sendo estudos atualmente devido à sua capacidade de produzir elementos complexos a partir da adição de materiais. Tais processos se disseminaram devido ao uso de impressoras de polímeros (impressoras 3D) devido ao seu custo e facilidade de operação. Porém, quando se trata de impressão de peças metálicas, o problema se apresenta mais complexo. Uma das formas para realização do processo de impressão 3D metálica é o processo de Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco (MASA). Neste processo camadas de cordões de solda são depositados para construção dos elementos. Contudo, este processo ainda enfrenta desafios como o controle de temperatura entre uma camada e outra; controle de temperatura interpasse. O objetivo da presente proposta é a otimização do tempo de interpasses por meio de um controle automático de acionamento de um braço robótico a partir do conhecimento da temperatura crítica de interpasses. A metodologia implica no monitoramento e determinação de uma temperatura crítica de interpasses que não provoque a deformação do elemento impresso devido ao calor imposto.

4) Influência do Efeito Indutivo da Fonte na Regularidade da Transferência Metálica por Curto-Circuito em Soldagem MIG/MAG

Resumo: Dentro dos possíveis modos de operação utilizados na soldagem pelo processo MIG/MAG, o modo por curto circuito é muito utilizado devido sua aplicação em condições onde baixo aporte de calor é requerido. Pode-se citar como exemplo a aplicação em soldagens de chapas finas, passes de raiz, soldagem posicional, etc. Neste modo de operação é muito importante a correta regulagem da tensão e da velocidade de alimentação de arame para que o processo ocorra de forma regular. Além dos parâmetros citados, visto que a transferência se dá mediante a ocorrência de curtos circuitos, um parâmetro por vezes negligenciado, mas de grande importância, é a indutância da fonte. Sua importância reside no seu impacto na taxa de subida da corrente e no valor da corrente de pico que por sua vez influenciam o efeito pinch que age no momento final da transferência. O presente estudo propõe medir a taxa de subida da corrente para diferentes regulagens do efeito indutivo e correlacionar os valores com a regularidade do processo para 4 gases de proteção com diferentes teores de dióxido de carbono com balanço em argônio. O objetivo é compreender como o dióxido de carbono influencia na relação entre a regularidade do processo e a taxa de subida da corrente e, com isso, determinar os melhores valores de regulagem para o efeito indutivo em função do gás de proteção.

5) Investigação e desenvolvimento de equipamentos, processos e procedimentos de soldagem

Resumo: Pequenas modificações em um processo de soldagem, como por exemplo, tensão e corrente de soldagem, distância de bico de contato-peça, metais de adição, gases de proteção, entre outros, influenciam significativamente na qualidade de um cordão de solda, logo, modificando as propriedades da estrutura que será soldada. Por esta razão, a área de soldagem carece constantemente de estudos e inovações para a garantia da qualidade, buscando sempre um aumento da produtividade. Várias são as metodologias utilizadas em estudos de processos de soldagem, podendo-se citar dentre elas, a aquisição da tensão e corrente de soldagem, aquisição sonora ou de luminosidade emitida pelo arco elétrico e filmagens de alta velocidade para o acompanhamento da transferência metálica,normalmente utilizando-se processos automatizados para se garantir a repetitividade do procedimento de soldagem. Existe também um aumento das simulações dos processos de soldagem com o intuito de se realizar análises prévias do procedimento de soldagem, buscando-se principalmente a prevenção de possíveis distorções.

6) Resistência mecânica de peças fabricadas pelo método de manufatura aditiva por diferentes par metros de fabricação

Resumo: Esta pesquisa propõe estudar a capacidade de resistência mecânica de diferentes materiais utilizando técnicas de manufatura aditiva. A crescente demanda da indústria por peças geometricamente complexas, mais leves e de elevada resistência mecânica, inviáveis economicamente ou dificilmente produzidas unicamente por técnicas tradicionais de usinagem (manufatura subtrativa), incentiva estudos e novas abordagens de fabricação, destacando-se a manufatura aditiva (MA). O consumo global de máquinas de MA, materiais de impressão, peças, softwares e serviços relacionados totalizou mais de 13 bilhões de dólares em 2016. De acordo com He et al., grande parte do consumo está concentrado no método de manufatura por extrusão de polímero termoplástico fundido, processo este originalmente registrado pela empresa Stratasys como Fused Deposition Modeling® (FDM) (COON, 2017) e mais recentemente com o fim da proteção industrial, genericamente denominado de Fused Filament Fabrication (FFF) (JIANG, 2019). Segundo SINGH (2015) e BRIAN (2014), a última década tem demonstrado a viabilidade técnica da MA para fabricar não somente protótipos, mas principalmente peças finais com o desempenho de projeto. Nesse sentido, muitos são os desafios a serem superados, destacando-se a padronização da matéria prima e das propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas dos materiais impressos associadas às suas geometrias. Fazem-se necessários desenvolvimentos científicos e tecnológicos para compreender as influências da matéria prima e parâmetros de deposição no desempenho do produto.

7) Técnicas e arquiteturas aplicadas à digitalização da manufatura

Resumo: O conceito de Industria 4.0,aponta para a digitalização dos processos produtivos, interconexão entre os dispositivos de campo, coleta e análise de dados, diagnósticos e tomadas de decisão de forma autônoma. Entretanto, ambientes industriais atuais carecem de maiores avanços nos recursos de infraestrutura de comunicação, evolução de técnicas de inteligência artificial e segurança de dados digitais. No Brasil, a Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial lançou em 2017 a agenda brasileira para a Indústria 4.0, prevendo programas de financiamento e parcerias entre empresas e agências de fomento para a modernização do setor industrial do país. Neste cenário, torna-se essencial, também, a modernização dos ambientes de ensino e aprendizagem, principalmente no que se refere à melhoria dos laboratórios de ensino de engenharia. Este projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de técnicas e arquiteturas aplicadas à digitalização da manufatura em ambiente acadêmico. Para isso, propõe-se um estudo para adaptar processos, máquinas e equipamentos presentes nos laboratórios do curso de graduação em engenharia mecânica da EMC/UFG, aos conceitos de Indústria 4.0. Espera-se que esta infraestrutura possibilite maior integração entre os níveis estratégico e operacional, facilitando o desenvolvimento de pesquisas científicas sobre técnicas computacionais aplicadas em processos industriais. Além disso, almeja-se que esta pesquisa garanta aos profissionais envolvidos maior facilidade para a disseminação do aprendizado adquirido e aos discentes, capacitação para atuação em diversas áreas do setor produtivo industrial vindouro.

8) Ventilador Pulmonar Mecânico para uso emergencial no tratamento de pacientes com SRAG para ser produzido em escala com tecnologia nacional

Resumo: Observando a escassez de Ventiladores Pulmonares Mecânicos (VPM) para o tratamento de urgência de pacientes com Síndromes Respiratórias Agudas Graves (SRAG), a presente proposta tem o intuito de projetar um VPM alternativo com foco nesta demanda de urgência, mantendo as características funcionais obrigatórias exigidas por normas técnicas nacionais e que possa ser produzido, em larga escala, com equipamentos, peças e instrumentos encontrados e/ou fabricados estritamente na indústria e comércio nacionais. E presente proposta de projeto pesquisa se propõe a desenvolver dois modelos de ventiladores pulmonares. A primeira versão se limita a utilizar a maior quantidade de componentes comerciais existentes e a aplicação de válvulas pneumáticas discretas, com o intuito de diminuir a dependência de componentes importados na fabricação do ventilador. Este modelo terá recursos limitados e adaptados para o atendimento das funcionalidades mínimas exigidas para o atendimento de pacientes durante a crise COVID-19, mas respeitando todas as normas e critérios de segurança. O segundo modelo de ventilador será desenvolvido baseado em técnicas de controle de contínuo; levará em consideração a possibilidade de utilização de componentes importados - com menor disponibilidade no mercado; serão incorporados ao projeto o dimensionamento de fabricação de componentes para medição de vazão, pressão, etc. Esta versão terá maior limitação para reprodução em série, porém, atenderá com maior eficiência os pacientes com síndrome respiratória aguda, uma vez que terá maior capacidade de fornecimento de volume corrente e utilizará funcionalidades análogas aos equipamentos comerciais - o que minimizará a necessidade de criação de novos protocolos ou minimizá as ações necessárias para treinamento dos agentes de saúde para operação do equipamento. Por fim, será feita uma análise de capacidade de desenvolvimento de uma ventilador com tecnologia exclusivamente nacional.