Modelagem e otimização simultânea de processos de medição e fabricação por filamento fundido

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Barbosa, Francisco Tiago Araújo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Produção
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistema
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34902
Resumo: Additive manufacturing using fused filament fabrication (FFF) is transforming the production of three-dimensional parts. However, the quality of printed parts can vary and may not meet customer specifications, raising questions about performance, precision, and the evaluation of the measurement system. Therefore, there is a need for research to address these issues related to the quality of 3D-printed products. This dissertation presents a set of studies on modeling and multi-response optimization for the additive manufacturing process. The main objective of this research is to propose an optimization method capable of adjusting the effects of printing parameters, such as layer width, layer height, infill density, and printing speed, on the responses of dimensional accuracy and measurement system precision. To achieve these goals, the following specific objectives were set: analyze the state-of-the-art in fused deposition modeling; simultaneously optimize the manufacturing process and the measurement system; improve operational performance, dimensional accuracy, and the measurement system; and optimize printing parameters with respect to energy consumption. A central composite design (CCD) experimental plan was used in conjunction with response surface methodology to assess the effects of factors on response variables. Quadratic regression models were estimated using the Ordinary Least Squares (OLS) method. For multi-objective optimization, the desirability method and the normalized global criterion (NGC) method were employed. The optimal configurations proposed by the desirability method were a layer width of 0.6 mm, a layer height of 0.28 mm, an infill density of 90%, and a speed of 50 mm/s. The expected results are: dimensional accuracy (Y̅w = 10.00, Y̅t = 4.02, Ca;w = 1.00, Ca;t = 0.99) and measurement system precision (Cgk;w = 2.387 and Cgk;t = 1.846). In the second proposal, parameters were added to the dimensional precision responses (E and Ct). After optimization using the normalized global criterion (NGC) method, the results were: LW = 0.59, LH = 0.12, ID = 10.00, and S = 50.00. Thus, this research aims to enhance fused filament fabrication by providing practical solutions to improve the quality and efficiency of three-dimensional part production
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The main objective of this research is to propose an optimization method capable of adjusting the effects of printing parameters, such as layer width, layer height, infill density, and printing speed, on the responses of dimensional accuracy and measurement system precision. To achieve these goals, the following specific objectives were set: analyze the state-of-the-art in fused deposition modeling; simultaneously optimize the manufacturing process and the measurement system; improve operational performance, dimensional accuracy, and the measurement system; and optimize printing parameters with respect to energy consumption. A central composite design (CCD) experimental plan was used in conjunction with response surface methodology to assess the effects of factors on response variables. Quadratic regression models were estimated using the Ordinary Least Squares (OLS) method. For multi-objective optimization, the desirability method and the normalized global criterion (NGC) method were employed. The optimal configurations proposed by the desirability method were a layer width of 0.6 mm, a layer height of 0.28 mm, an infill density of 90%, and a speed of 50 mm/s. The expected results are: dimensional accuracy (Y̅w = 10.00, Y̅t = 4.02, Ca;w = 1.00, Ca;t = 0.99) and measurement system precision (Cgk;w = 2.387 and Cgk;t = 1.846). In the second proposal, parameters were added to the dimensional precision responses (E and Ct). After optimization using the normalized global criterion (NGC) method, the results were: LW = 0.59, LH = 0.12, ID = 10.00, and S = 50.00. Thus, this research aims to enhance fused filament fabrication by providing practical solutions to improve the quality and efficiency of three-dimensional part productionNenhumaA manufatura aditiva com filamento fundido (FFF) está transformando a produção de peças tridimensionais. No entanto, a qualidade das peças impressas pode variar e não atender às especificações do cliente, levantando questões sobre desempenho, precisão e avaliação do sistema de medição. Portanto, há uma necessidade de pesquisas para esclarecer essas questões sobre a qualidade dos produtos 3D. Esta dissertação apresenta um conjunto de estudos de modelagem e otimização de múltiplas respostas para o processo de manufatura aditiva. O principal objetivo desta pesquisa é apresentar um método de otimização capaz de ajustar os efeitos dos parâmetros de impressão, como largura da camada, altura da camada, densidade de preenchimento e velocidade de impressão, sobre as respostas de acurácia dimensional e exatidão do sistema de medição. Para atingir esses objetivos, foram estipulados os seguintes objetivos específicos: analisar o estado da arte em modelagem por deposição fundida; otimizar simultaneamente o processo de fabricação e o sistema de medição; melhorar o desempenho operacional, a acurácia dimensional e o sistema de medição; e otimizar os parâmetros de impressão em função do consumo de energia. Utilizou-se um planejamento experimental central composite design (CCD) juntamente com a metodologia de superfície de resposta para verificar o efeito dos fatores sobre as variáveis de resposta. Os modelos quadráticos de regressão foram estimados utilizando o método de Mínimos Quadrados Ordinários (OLS). Para a otimização multiobjetivo, foram empregados os métodos de desirability e o método de critério global normalizado (NGC). As melhores configurações para o método de otimização proposto utilizando o desirability foram largura da camada de 0,6 mm, altura da camada de 0,28 mm, densidade de preenchimento de 90% e velocidade de 50 mm/s. Espera-se que as respostas apresentem os seguintes resultados: acurácia dimensional (Y̅w = 10,00, Y̅t = 4,02, Ca;w = 1,00, Ca;t = 0,99) e exatidão do sistema de medição (Cgk;w = 2,387 e Cgk;t = 1,846). Na segunda proposta, foram adicionados os parâmetros às respostas de precisão dimensional (E e Ct). Após a otimização utilizando o (NGC), obteve-se: LW = 0,59, LH = 0,12, ID = 10,00 e S = 50,00. Assim, esta pesquisa visa aprimorar a manufatura aditiva com filamento fundido, fornecendo soluções práticas para melhorar a qualidade e a eficiência da produção de peças tridimensionais.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de ProduçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e SistemaUFPBPeruchi, Rogério Santanahttp://lattes.cnpq.br/2633968496533807Barbosa, Francisco Tiago Araújo2025-06-24T02:09:31Z2024-11-122025-06-24T02:09:31Z2024-08-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34902porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-06-24T06:05:33Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/34902Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-06-24T06:05:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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description Additive manufacturing using fused filament fabrication (FFF) is transforming the production of three-dimensional parts. However, the quality of printed parts can vary and may not meet customer specifications, raising questions about performance, precision, and the evaluation of the measurement system. Therefore, there is a need for research to address these issues related to the quality of 3D-printed products. This dissertation presents a set of studies on modeling and multi-response optimization for the additive manufacturing process. The main objective of this research is to propose an optimization method capable of adjusting the effects of printing parameters, such as layer width, layer height, infill density, and printing speed, on the responses of dimensional accuracy and measurement system precision. To achieve these goals, the following specific objectives were set: analyze the state-of-the-art in fused deposition modeling; simultaneously optimize the manufacturing process and the measurement system; improve operational performance, dimensional accuracy, and the measurement system; and optimize printing parameters with respect to energy consumption. A central composite design (CCD) experimental plan was used in conjunction with response surface methodology to assess the effects of factors on response variables. Quadratic regression models were estimated using the Ordinary Least Squares (OLS) method. For multi-objective optimization, the desirability method and the normalized global criterion (NGC) method were employed. The optimal configurations proposed by the desirability method were a layer width of 0.6 mm, a layer height of 0.28 mm, an infill density of 90%, and a speed of 50 mm/s. The expected results are: dimensional accuracy (Y̅w = 10.00, Y̅t = 4.02, Ca;w = 1.00, Ca;t = 0.99) and measurement system precision (Cgk;w = 2.387 and Cgk;t = 1.846). In the second proposal, parameters were added to the dimensional precision responses (E and Ct). After optimization using the normalized global criterion (NGC) method, the results were: LW = 0.59, LH = 0.12, ID = 10.00, and S = 50.00. Thus, this research aims to enhance fused filament fabrication by providing practical solutions to improve the quality and efficiency of three-dimensional part production
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