Desenvolvimento de um protótipo de um sistema de extrusão do tipo rosca helicoidal sem fim para impressão 3D na construção civil

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Formiga, Caio Vinicius Efigênio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica de Goiás; Escola Politécnica; Brasil; PUC Goiás; Programa de Pós-Graduação STRICTO SENSU em Engenharia de Produção e Sistemas
• Palavras-chave em Português: Manufatura aditiva; Bombeamento de concreto; Impressora 3D para construção civil; Additive manufacturing.; Concrete pumping; 3D printer for civil construction.; Engenharias; Engenharia de Produção
• Link de acesso: http://tede2.pucgoias.edu.br:8080/handle/tede/5076

O sistema de extrusão é uma das principais partes da impressora 3D para construção civil, pois está diretamente relacionada com as dimensões máximas da construção a ser executada, com a estrutura da impressora, com o tipo de argamassa ou concreto, a velocidade de produção e a qualidade das peças impressas. Para que uma impressora 3D seja projetada e construída, o primeiro elemento a ser projetado é o sistema de extrusão, pois ele irá restringir todos os demais elementos do projeto. Os detalhes deste elemento central produzem grande impacto no custo final e desempenho da impressora, viabilizando ou não a aplicação da técnica. A metodologia do projeto segue as etapas de revisão bibliográfica, projeto informacional, projeto conceitual, modelagem matemática do processo, simulação computacional, implementação física, construção do protótipo, testes em laboratório e comparação de dados. Esta dissertação desenvolve uma modelagem e dimensionamento do sistema de extrusão do tipo rosca helicoidal sem fim, para impressoras 3d para construção civil com volume de impressão de 1 m3 até 800 m3 , utilizando equações analíticas e simulação computacional. Todo o sistema mecânico de extrusão é dimensionado: motor elétrico, mangueira, rosca helicoidal, reservatório de concreto/argamassa e bico final de deposição. Com os resultados obtidos, é possível dimensionar o sistema de bombeamento de concreto, selecionando a potência do motor a partir do diâmetro e tamanho da mangueira de extrusão. Foram obtidos valores de potência para os motores de 15 w até 900 w, indicando a possibilidade de baixo custo do sistema. Dois cenários foram comparados, para a impressão de uma casa de 42 m²: o primeiro com a impressão em 2,7 dias e o segundo com a impressão em 1 dia. Os impactos medidos na produção de habitações correspondem ao tempo e volume. Protótipos foram fabricados e foram feitos ensaios para a coleta de dados experimentais. Para o protótipo final foi utilizado um motor de 0,5 cv de potência com redução de 1:80, uma rosca helicoidal de 60 mm de diâmetro por 800 m de comprimento e um sistema vibratório na tubulação da rosca helicoidal. Houve escoamento de argamassa por 3 metros de mangueira e foi observado um grande escorregamento de material. Esses dados foram confrontados com os obtidos de forma analítica e computacional. Foram observadas algumas melhoras necessárias ao equipamento, como a alteração da geometria da rosca helicoidal e melhor caracterização do concreto/argamassa e do seu escoamento para aplicação em impressão 3D, a fim de reduzir o escorregamento de material, melhorando a eficiência do processo