Publicação

Desenvolvimento de um exoesqueleto para produção por fabrico aditivo, usando otimização topológica

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O efeito negativo que o trabalho industrial pode provocar nos indivíduos, sobretudo através do desempenho de tarefas repetitivas e muito prolongadas no tempo que tornam o desempenho das tarefas mais penoso e doloroso para o trabalhador, podendo afetar de forma significativa a sua saúde. Vários métodos têm sido aplicados para atenuar este efeito, entre eles um dos mais eficazes passa pela utilização de estruturas de apoio acopladas ao trabalhador. Neste trabalho foi desenvolvido um exoesqueleto passivo (sem motorização) para os membros inferiores recorrendo à otimização topológica e ao fabrico aditivo. Assim, o peso deste equipamento é um parâmetro fundamental para avaliar a sua adequabilidade para apoiar o trabalhador, foi desenvolvido um modelo de referência que teve em linha de conta vários conceitos e premissas, o peso máximo que a estrutura deve suportar, a estatura dos possíveis utilizadores, e a posição crítica onde o sistema é mais solicitado. Este modelo de referência serve de base ao processo de otimização, onde cada componente do sistema é submetido a um método de otimização chamado generative design, na perspetiva de se encontrar o modelo ideal para cada peça, de modo a que os componentes suportem os carregamentos a que são submetidos e tenham o mínimo de peso possível. Neste sentido foi necessário determinar no decorrer deste projeto todos os esforços e momentos atuantes em cada elemento. Ainda antes deste processo foram selecionados um conjunto de materiais de diferentes tipos, de modo a procurar várias soluções possíveis. Efetuou-se posteriormente uma análise comparativa entre os métodos de fabrico aditivo e subtrativo, no sentido de perceber qual destes serve melhor os propósitos do presente estudo. No final do processo de otimização obtém-se um modelo ideal para cada material selecionado. Os componentes desenvolvidos foram usados para construir toda a estrutura, tendo sido sujeitos a um processo de validação por simulação numérica. Os resultados sugerem que todos os modelos asseguram a estabilidade do sistema, no entanto a otimização da relação peso-resistência mecânica só é atingida por modelos compostos por materiais termoplásticos, destacando-se o material termoplástico reforçado por fibra de carbono. Por último, procedeu-se ao fabrico do modelo de referência e de um dos modelos otimizados, e procede-se a uma análise comparativa entre as duas soluções e seus respetivos métodos de fabrico.
Autores principais:	Mesquita, Luís André Cordeiro
Assunto:	Processo Industrial Exoesqueleto
Ano:	2022
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso restrito
Instituição associada:	Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Idioma:	português
Origem:	Repositório da UTAD

Descrição
Resumo:	O efeito negativo que o trabalho industrial pode provocar nos indivíduos, sobretudo através do desempenho de tarefas repetitivas e muito prolongadas no tempo que tornam o desempenho das tarefas mais penoso e doloroso para o trabalhador, podendo afetar de forma significativa a sua saúde. Vários métodos têm sido aplicados para atenuar este efeito, entre eles um dos mais eficazes passa pela utilização de estruturas de apoio acopladas ao trabalhador. Neste trabalho foi desenvolvido um exoesqueleto passivo (sem motorização) para os membros inferiores recorrendo à otimização topológica e ao fabrico aditivo. Assim, o peso deste equipamento é um parâmetro fundamental para avaliar a sua adequabilidade para apoiar o trabalhador, foi desenvolvido um modelo de referência que teve em linha de conta vários conceitos e premissas, o peso máximo que a estrutura deve suportar, a estatura dos possíveis utilizadores, e a posição crítica onde o sistema é mais solicitado. Este modelo de referência serve de base ao processo de otimização, onde cada componente do sistema é submetido a um método de otimização chamado generative design, na perspetiva de se encontrar o modelo ideal para cada peça, de modo a que os componentes suportem os carregamentos a que são submetidos e tenham o mínimo de peso possível. Neste sentido foi necessário determinar no decorrer deste projeto todos os esforços e momentos atuantes em cada elemento. Ainda antes deste processo foram selecionados um conjunto de materiais de diferentes tipos, de modo a procurar várias soluções possíveis. Efetuou-se posteriormente uma análise comparativa entre os métodos de fabrico aditivo e subtrativo, no sentido de perceber qual destes serve melhor os propósitos do presente estudo. No final do processo de otimização obtém-se um modelo ideal para cada material selecionado. Os componentes desenvolvidos foram usados para construir toda a estrutura, tendo sido sujeitos a um processo de validação por simulação numérica. Os resultados sugerem que todos os modelos asseguram a estabilidade do sistema, no entanto a otimização da relação peso-resistência mecânica só é atingida por modelos compostos por materiais termoplásticos, destacando-se o material termoplástico reforçado por fibra de carbono. Por último, procedeu-se ao fabrico do modelo de referência e de um dos modelos otimizados, e procede-se a uma análise comparativa entre as duas soluções e seus respetivos métodos de fabrico.