Título: PROJETO ESTRUTURAL DE UMA CAFETEIRA FABRICADA POR MANUFATURA ADITIVA, BASEADO EM METODOLOGIA DESIGN FOR SIX SIGMA
Título alternativo: STRUCTURAL DESIGN OF A COFFEE MACHINE MANUFACTURED BY ADDITIVE MANUFACTURING, BASED ON DESIGN FOR SIX SIGMA METHODOLOGY
Autoria de: Gabriel Silveira Lima
Orientação de: Francisco Scinocca
Presidente da banca: Francisco Scinocca
Primeiro membro da banca: Adriano Viana Ensinas
Segundo membro da banca: Wander Gustavo Rocha Vieira
Palavras-chaves: Cafeteira, Análise de Mercado, Design, Método dos Elementos Finitos, Design For Six Sigma
Data da defesa: 16/11/2021
Semestre letivo da defesa: 2021-1
Data da versão final: 24/11/2021
Data da publicação: 24/11/2021
Referência: Lima, G. S. PROJETO ESTRUTURAL DE UMA CAFETEIRA FABRICADA POR MANUFATURA ADITIVA, BASEADO EM METODOLOGIA DESIGN FOR SIX SIGMA. 2021. 112 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.
Resumo: Este Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo o desenvolvimento estrutural de uma Cafeteira Inteligente através do Design For Six Sigma (DFSS). Para a execução deste projeto, foi feito previamente uma análise bibliográfica, onde foi possível entender como executar a metodologia DFSS e aplicar suas ferramentas. Tendo este conhecimento, foram realizados estudos que buscassem encontrar modelos de referência e outros key points do produto que, após definidos, foram aplicados para a construção do Modelo de Referência do produto final, em um software CAD, chamado TopSolid. Neste mesmo software foram realizados posteriormente, refinamentos e diversas otimizações até se obter o modelo final, estas otimizações foram levantadas durante a aplicação de ferramentas como a Pesquisas Mercadológicas, a análise FMEA, Análise de Design for Assembly, Design for Manufacturability e outras ferramentas de qualidade. Em sequência, foram realizadas análises através do método computacional, no Software Ansys, utilizando Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de realizar uma validação virtual do produto. Para realizar o MEF, primeiro foram definidos os parâmetros do material do sólido, que neste caso foi utilizado um artigo de referência que tratava sobre o comportamento do material PLA frente as condições de impressão. Escolheu-se os valores no qual o PLA estaria mais propenso a falhar com uma menor tensão aplicada, sendo esta decisão a favor da segurança do projeto. Após selecionado o material, fez-se o refinamento de malha, através do Método de Convergência de Malha, para cada peça, até chegar na quantidade de elementos que garantiria acurácia nos resultados das simulações. Definido o número de elementos, empregou-se as condições de contorno e carregamentos, e dessa forma cada componente foi submetido a três análises Análise Linear Estática, Flambagem e Modal. As análises Lineares Estáticas apresentaram altos coeficientes de segurança, permitindo concluir que não há regiões com fragilidade potencial e consequentemente, sem risco de falhas por carregamento estático. Para as Análises de Flambagem, notou-se que Autovalores, além de serem todos maiores que 1, os valores são bastante elevados, ou seja, os componentes não irão falhar por flambagem. Caso ocorra uma falha decorrente da solicitação imposta, esta ocorreria por compressão. Como resultado das Análises Modais, foi detectada, dentre todos os resultados dos componentes, uma frequência natural mínima de 261 Hz, que poderia resultar em uma falha por ressonância, porém se considerar as condições de operação do mecanismo interno, muito dificilmente este valor será atingido. Por fim, na Análise de Fadiga, que foi realizada nos componentes frontal e na bandeja, obtendo-se um resultado muito satisfatório para ambos, garantindo ao menos 1 milhão de ciclos para fadiga. Passadas todas estas etapas, pode-se definir uma estrutura a qual tem um grande potencial competitivo no mercado, pois esta apresenta um design moderno, atrativo e resistente as aplicações estipuladas (robusto), e ainda assim não deixa de apresentar baixo custo de execução. Concluindo então, que o presente trabalho conseguiu atingir os objetivos esperados.
Abstract: This Course Completion Paper aims at the structural development of a Smart Coffee Maker through Design For Six Sigma (DFSS). For the execution of this project, a bibliographic analysis was previously carried out, where it was possible to understand how to perform the methodology DFSS and apply its tools. Having this knowledge, studies were carried out to find reference models and other key points of the product that, after being defined, were applied to build the Reference Model of the final product, in CAD software, called TopSolid. In this same software were carried out later, refinements and several optimizations until obtaining the final model, these optimizations were raised during the application of tools such as Market Research, FMEA analysis, Design for Assembly Analysis, Design for Manufacturability and other quality tools. Subsequently, analyzes were performed using the computational method, in the Software Ansys, using Finite Element Method (FEM), in order to perform a virtual validation of the product. To perform the MEF, the parameters of the material of the solid were first defined, in which case a reference article was used that dealt with the behavior of the material. PLA front printing conditions. We chose the values in which the PLA would be more prone to fail with a lower voltage applied, this decision being in favor of the safety of the project. After selecting the material, the mesh refinement was performed using the Method of Mesh convergence, for each piece, until reaching the amount of elements that would guarantee accuracy in the simulation results. Once the number of elements was defined, the boundary conditions and loadings, and thus each component was subjected to three analyses Static Linear Analysis, Buckling and Modal. Static Linear analyzes presented high safety coefficients, allowing the conclusion that there are no fragile regions potential and therefore no risk of failure due to static loading. For Buckling Analysis, it was noted that Eigenvalues, in addition to being all greater than 1, the values are quite high, meaning the components will not fail due to buckling. If it occurs a failure arising from the imposed request, this would occur by compression. As a result of the Modal Analyzes, it was detected, among all the results of the components, a frequency minimum natural 261 Hz, which could result in a resonance fault, however if considering the operating conditions of the internal mechanism, this value is very unlikely to be hit. Finally, in the Fatigue Analysis, which was performed on the front components and on the tray, obtaining a very satisfactory result for both, guaranteeing at least 1 million cycles for fatigue. After all these steps, a structure can be defined which has a great competitive potential in the market, as it has a modern, attractive and resistant design the stipulated applications (robust), and even so, it has a low execution cost. Concluding then, that the present work managed to achieve the expected objectives.
URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/53993
Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Gabriel Silveira Lima e Universidade Federal de Lavras
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