Técnicas de Design of Experiments aplicadas à parametrização do processo de Impressão 3D e Prototipagem Rápida de itens automotivos

Uma das áreas de atuação da impressão 3D é aplicada a prototipagem rápida para a produção de objetos, produtos, peças e mockups, dispensando a utilização de moldes e outros processos complicados na produção de amostras. A prototipagem rápida desempenha um papel fundamental no processo de desenvolvimento de itens automotivos, mas para promover vantagens competitivas, este processo deve garantir uma impressão de mockups de alta qualidade, capazes de reproduzir com exatidão as amostras definidas e diminuir o tempo necessário para o desenvolvimento. Neste contexto há um grande desafio, que está relacionado com a parametrização do processo de impressão 3D. Este trabalho tem como objetivo a aplicação do DOE (Design of Experiments) para determinar as variáveis significativas no processo de impressão 3D de um modelo padrão e o estabelecimento das melhores condições de processo. A parte experimental foi realizada em uma impressora 3D MakertBot, empregando-se o processo de modelagem por material fundido. A peça selecionada para este estudo foi um modelo de 20 cm de comprimento e 10 cm de altura que pudesse representar as parametrizações de impressão de um mockup automotivo. Os experimentos foram realizados segundo uma matriz de planejamento fatorial completo 2^5 com 10 replicatas no ponto central, os fatores empregados foram: temperatura, first layer, infill, outliers e retraction distance, que são parâmetros de trabalho da impressora 3D. As variáveis respostas foram: largura, comprimento e rugosidade, sendo a largura e comprimento mensurados com um micrômetro e a rugosidade mensurada de forma visual categórica. Analisando os resultados foi possível identificar que a temperatura é o fator que exerce um maior efeito estatisticamente significativo em todas as variáveis resposta selecionadas, entretanto, os demais parâmetros afetam uma ou mais respostas de maneira individual ou combinada. Com os resultados obtidos foi realizado um processo de busca das melhores condições experimentais empregando-se a técnica Desirability. Conclui-se que o emprego da função Desirability pode gerar um melhor ajuste de parâmetros do processo, que foi validado por meio de um experimento de confirmação. O mesmo ajuste de parâmetros foi aplicado na impressão de outros mockups em condições normais de uso e os resultados foram satisfatórios. As perdas que faziam parte do processo anterior deixaram de existir, aumentando a qualidade de impressão.