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A aprendizagem de música por indivíduos com limitações físicas tem o potencial para contribuir para o desenvolvimento das suas capacidades cognitivas, expressivas, performativas, auditivas e integração social. Utilizadores com má formação do membro superior estão muitas vezes impedidos de tocar um instrumento musical convencional. Por dificuldade de acesso a instrumentos adaptados ou pelo estigma associado a um instrumento “diferente” podem acabar por desistir da ideia de aprender música. Este trabalho descreve um projeto de investigação que visa conceber, testar e propor um modelo de desenvolvimento de produtos personalizados, com recurso à tecnologia de manufatura aditiva (vulgo impressão 3D), para apoiar indivíduos com limitações físicas, ao nível da mão, na aprendizagem de um instrumento musical. Para tal, são abordados três casos de estudo: no primeiro é pretendido desenvolver um artefacto auxiliar à iniciação de aprendizagem de violino por um indivíduo adulto portador de uma má-formação congénita ao nível do membro superior esquerdo, o segundo aborda o desenvolvimento de um produto de apoio para aprendizagem continuada/prática de viola por parte de um jovem com limitações físicas resultante de um acidente e o terceiro caso corresponde a uma criança de cinco anos com má formação congénita na mão, caracterizada por múltiplas contraturas articulares com limitação de movimento, que pretende iniciar a aprendizagem de xilofone. Nos três casos, o procedimento utilizado é similar: primeiro define-se uma geometria inicial adaptada ao utilizador, obtida através de pasta modelável ou gesso. A partir daí, avança-se para o modelo digital recorrendo aos métodos de digitalização 3D e técnicas de modelação 3D. Por fim, são produzidos protótipos, através de técnicas de fabrico aditivo. A avaliação dos protótipos produzidos é realizada através de testes com os utilizadores, resultando na identificação de ajustes a realizar. Através dos três casos de estudo é possível dar um contributo no desenvolvimento de artefactos adequados às anatomias dos utilizadores de modo a possibilitar a aprendizagem de um instrumento musical. Como contributo final do trabalho, apresenta-se a proposta de um modelo metodológico com potencial para ser aplicado em contextos semelhantes. Music learning by individuals with physical limitations has the potential to contribute to the development of their cognitive, expressive, performative, and auditory skills and social integration. Users with malformed upper limbs are often prevented from playing a conventional musical instrument. Due to difficult access to adapted instruments or the stigma associated with a “different” instrument, they may end up giving up on the idea of learning music. This work describes a research project that aims to design, test, and propose a model for the development of personalized products, using additive manufacturing technology (commonly 3D printing), to support individuals with physical limitations, at the hand level, in learning a musical instrument. To this end, three case studies are addressed: the first intends to develop an auxiliary artifact for the initiation of violin learning by an adult individual with a congenital malformation at the level of the upper left limb, the second addresses the development of a product of support for continued learning/practice of viola by a young man with physical limitations resulting from an accident and the third case corresponds to a five-year-old child with a congenital malformation in the hand, characterized by multiple joint contractures with limitation of movement, who wants to start learning the xylophone. In all three cases, the procedure used is similar: first, an initial geometry adapted to the user is defined and obtained using modeling paste or plaster. From there, we advance to the digital model using 3D scanning methods and 3D modeling techniques. Finally, prototypes are produced using additive manufacturing techniques. The evaluation of the prototypes produced is carried out through tests with users, resulting in the identification of adjustments to be made. Through the three case studies, it is possible to contribute to the development of artifacts suited to the users' anatomies to enable the learning of a musical instrument. As a final contribution, the work presents a proposal of a methodological model with the potential to be applied in similar contexts. Mestrado em Produto e Tecnologia Digital

Considerando as disfunções que limitam a funcionalidade do membro superior, as doenças causadas pelo esforço repetitivo são as lesões mais comuns quando se trata do complexo anatômico do punho e mão. Essas disfunções causam limitações de funcionalidade que podem ser amenizadas com a utilização de órteses de repouso, como, por exemplo, a órtese de punho e mão. Entretanto, a maioria das órteses de punho e mão tem fabricação artesanal ou são pré-fabricadas, com limitações de processo que provocam desconforto e custo elevado para o paciente. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo de órtese de punho e mão fabricada por impressão 3D para doenças ocupacionais. A nova órtese desenvolvida foi comparada com a órtese tradicional em termos de resistência, custo de fabricação e peso. Foi observado que a nova órtese fábrica por impressão 3D apresenta deslocamento relativo 20% menor quando submetido às forças de atuação se comparado com a órtese fabricado pelo método tradicional, o que significa resistência mecânica mais expressiva. Também foi observado que, em termos de custo de fabricação, a órtese fabricada por impressão 3D tem custo 63% menor se comparado com a órtese fabricada pelo método tradicional.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (especialização em Manufatura Avançada), Ao longo da presente dissertação procedeu-se ao desenvolvimento de componentes de um sensor magnetostritivo para a aplicação em testes não-destrutivos e monitorização do estado de corrosão. Os principais objetivos do trabalho passam pelo desenvolvimento dos componentes constituintes de um sensor através de técnicas de manufatura aditiva e subtrativa laser, a sua caracterização e avaliação. Para fazer face à evolução da indústria e à monitorização e controlo da mesma, existe assim uma procura por sensores mais flexíveis, de maior eficácia e que deem resposta aos desafios atuais como é o caso dos sistemas de sensores de ondas acústicas que recorrem a ondas acústicas transmitidas através de material magnetostritivo acoplado ao material sob teste. Os sensores atualmente utilizados apresentam algumas falhas/desvantagens neste tipo de aplicações tais como a dependência da qualidade de acoplamento, monitorização periódica e incapacidade de atuação em temperaturas elevadas. Surge assim uma oportunidade de melhoramento deste tipo de sensor para colmatar os problemas, propondo introduzir características inovadoras como o acoplamento embebido no objeto sob análise e eficácia a altas temperaturas. O sensor alvo deste trabalho é o sensor magnetostritivo que é composto por três componentes: material magnetostritivo, bobina de emissão e detenção e um íman permanente. Neste trabalho, foram feitas duas abordagens ao material magnetostritivo, aplicando-se também o processo de manufatura aditiva para a produção das bobinas e para o revestimento isolante. Quanto ao material magnetostritivo, uma primeira abordagem é a otimização do processo de produção através de metalurgia dos pós de uma liga; uma segunda abordagem é a deposição da liga FeCo, através de manufatura aditiva laser, num substrato de aço-carbono eliminando a variável contacto. Para a produção das bobinas, foram produzidos inicialmente fios de cobre através da manufatura aditiva com o objetivo de determinar os melhores parâmetros para um fio contínuo. Além disso, devido à necessidade de isolar os dois componentes anteriormente citados, foi desenvolvido um revestimento isolador através da fusão seletiva laser de óxidos depositado. Após análise de resultados, pode-se verificar que não ocorreu uma sinterização completa da liga FeCo através da metalurgia dos pós nem do revestimento isolador com óxidos enquanto a manufatura aditiva da liga FeCo formou uma camada densificada, com ausência de poros e uma ligação ao substrato sem fissuras que foi evidenciado no teste de medição de espessuras. Existe ainda uma margem de progresso relativamente à produção do revestimento isolador com óxidos e da produção da liga FeCo através de metalurgia dos pós. No entanto, a técnica de manufatura aditiva laser apresenta resultados promissores no que diz respeito ao comportamento magnetostritivo e da sua aplicação., Throughout this dissertation, components of a magnetostrictive sensor were developed for application in non-destructive tests and monitoring of the state of corrosion. The main objectives of this work are the development of components of the sensor through additive and subtractive laser manufacturing techniques, as well as their characterization and evaluation. To cope with the evolution of the industry and its monitoring and control, there is a demand for more flexible sensors, greater efficiency and that respond to current challenges such as the use of magnetostrictive sensors using acoustic wave systems to monitor the state of corrosion. The currently used sensors have some flaws/disadvantages in this type of application such as dependence on coupling quality, periodic monitoring, and inability to act at high temperatures. Thus, and opportunity arises to improve this type of sensor to overcome the problems by proposing to introduce innovative features such as coupling embedded in the object under analysis, effectiveness at high temperatures and continuous monitoring. The magnetostrictive sensor was the main target of this work and it contain three components: magnetostrictive material, emission and detention coil and a permanent magnet. In this work, two approaches were made to the magnetostrictive material, also applying the additive manufacturing process to produce coils and for insulating coating. Regarding the magnetostrictive material, a first approach is to optimize the production process through powder metallurgy; a second approach is the deposition of the FeCo alloy, though laser additive manufacturing, on a carbon steel substrate to eliminate the contact variable. To produce coils, copper wires were initially produced through additive manufacturing to determine the best parameters for continuous wire. Furthermore, due to the need to insulate the two components mentioned above, an insulating coating was developed through laser sintering of deposited oxides. After analyzing the results, there was no complete sintering of the FeCo alloy through powder metallurgy neither the insulating oxide coating, while the additive manufacturing of the FeCo alloy formed a densified layer, with no pores and a bond to the substrate without cracks which was evidenced in the thickness measurement test. . There is still room for progress regarding the production of the insulating coating with oxides and the production of the FeCo alloy through powder metallurgy. However, the laser additive manufacturing technique shoes promising results regarding the magnetostrictive behavior and its application., Este trabalho foi apoiado pelo projeto Magsense_POCI-01-0247-FEDER-033783.

With the advancement of sustainable actions in the textile industry, biodegradable polymers are considered a potential solution to environmental problems generated by plastic waste. In particular, renewable polyesters, such as polylactic acid (PLA), are the most promising bioresorbable materials for application in consumer areas, such as the textile industry, which is one of the largest segments responsible for waste generation. Based on these considerations, the objective was to investigate the degradability of 3D-printed PLA biopolymer, compared to the degradability of natural and synthetic textile fibers (cotton and polyester). The comparison was carried out with samples of materials degraded in soil and exposed to the weather for 120 days. Significant results were obtained for mass loss, as follows: 13.4% PLA; 8.9% cotton/flat, and 3.84% polyester/flat. As for the loss of area, the results were 46.5% for PLA; 15.4% for cotton/knit; and 6.25% for polyester/knit. The composition of the analyzed materials is one of the factors that can determine the period of degradation, since natural fiber fabrics present faster decomposition due to the presence of microorganisms. Another point to highlight is the material construction, as the knitted fabric is more unstable compared to flat fabric, its bonds tend to break more easily resulting in a different degradation process for flat, knit, and non-woven materials. Com o avanço de ações sustentáveis na indústria têxtil, os polímeros biodegradáveis ​​são vistos como potencial solução para os problemas ambientais gerados por resíduos plásticos. Os poliésteres renováveis como o ácido polilático (PLA), particularmente, constituem os materiais bioreabsorvíveis mais promissores para aplicações nas áreas de consumo, como a indústria têxtil, um dos maiores segmentos responsáveis pela geração de resíduos. Com base nessas considerações, objetivou-se investigar a degradabilidade do biopolímero PLA impresso em 3D, comparado à degradabilidade das fibras têxteis naturais e sintéticas (algodão e poliéster). O comparativo foi realizado por meio de amostras dos materiais degradadas em solo e expostas às intempéries por 120 dias. Foram obtidos resultados significativos para a perda de massa, sendo: 13,4% PLA; 8,9% algodão/plano e 3,84% poliéster/plano. Já para a perda de área se obtiveram 46,5% PLA; 15,4% algodão/malha e 6,25% poliéster (malha). Observou-se que a composição dos materiais analisados é um dos fatores que pode determinar o período de degradação, pois os tecidos com fibras têxteis oriundas de fontes naturais apresentam decomposição mais rápida em razão da presença de microrganismos. Outro ponto a destacar é a construção dos materiais: observou-se que pelo fato de a malha ser mais instável comparada ao tecido plano, suas ligações tendem a se romper com mais facilidade, resultando em um processo de degradação diferente para os materiais plano, malha e não tecido.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica, A necessidade de materiais com propriedades mecânicas semelhantes às da articulação humana leva ao aparecimento de novas alternativas no que diz respeito a materiais para próteses. Os implantes de joelho convencionais apresentam diversas debilidades. A maioria são constituídos por Titânio ou ligas derivadas dele e, dessa forma, muitas vezes, ocorre o desenvolvimento de pressões de contacto deficientes na interface osso-implante. Além disso, o facto de não ser uma estrutura porosa, possibilita a existência de pressões elevadas na interface osso-implante provocadas pelo líquido sinovial. Por outro lado, ocorre a libertação de iões metálicos para o tecido circundante provocando, desse modo, reações nefastas no corpo humano. O presente trabalho surge com o objetivo de solucionar os problemas supracitados. Um implante composto por Zircónia e a liga Ti6Al4V possui características mecânicas interessantes que solucionam a maioria dos problemas dos implantes disponíveis no mercado. A Zircónia é um cerâmico que apresenta uma baixa toxicidade e propriedades antibacterianas, e a liga Ti6Al4V é um material que apresenta uma boa biocompatibilidade, excelente resistência mecânica e à corrosão. Um implante com estas propriedades pode apresentar uma maior longevidade. De modo a facilitar a união entre os dois materiais, foram realizadas texturas na superfície dos espécimes de Zircónia. Posteriormente, o pó da liga Ti6Al4V foi sinterizado nas texturas através da técnica de Hot Pressing. Posteriormente, realizaram-se ensaios de dureza e corte de modo a caracterizar as amostras obtidas. De forma a obter-se a dureza, utilizou-se uma carga de 3KgF durante 15 segundos. Por outro lado, os ensaios de corte foram executados com uma velocidade de 0,02 mm/s. Por fim, procedeu-se à produção de estruturas celulares de Ti6Al4V com recurso a técnicas de manufatura aditiva. A morfologia e caracterização química das amostras foi obtida através de microscopia eletrónica de varrimento. Feita a análise dos resultados obtidos, conclui-se que a dureza das amostras é condizente com a dureza da liga Ti6Al4V (503 HV). Por outro lado, a resistência ao corte dos espécimes mostrou-se inferior à da liga Ti6Al4V. Este resultado foi atribuído a vários fatores. Uma profundidade insuficiente das texturas produzidas nos compactos de Zircónia e a sinterização deficiente do pó de Titânio podem explicar os valores obtidos., The demand for materials with mechanical properties similar to those of human joints leads to the development new alternatives for prosthesis materials. Conventional knee implants have several weaknesses. Most of them are made of Titanium or alloys derived from it; thus, poor contact pressures often develop at the bone-implant interface. Moreover, the fact that it is not a porous structure leads to high pressures at the bone-implant interface caused by synovial fluid. On the other hand, metal ions are released into the surrounding tissue, causing harmful reactions in the human body. The present work emerges to solve the problems mentioned above. An implant composed of Zirconia and Ti6Al4V alloy has interesting mechanical characteristics that solve most of the issues of the implants available in the market. Zirconia is a ceramic that presents low toxicity and antibacterial properties, and Ti6Al4V alloy is a material that has good biocompatibility and excellent mechanical and corrosion resistance. An implant with these properties may have greater longevity. To facilitate the union between the two materials, textures were made on the surface of the Zirconia specimens. Subsequently, the Ti6Al4V alloy powder was sintered on the textures by hot pressing. Afterwards, hardness and shear tests were performed to characterize the obtained samples. A load of 3KgF for 15 seconds was used to get the hardness. On the other hand, the cutting tests were performed with a speed of 0.02 mm/s. Finally, Ti6Al4V cell structures were produced using additive manufacturing techniques. The morphology and chemical characterisation of the samples were obtained by scanning electron microscopy. After analyzing the results, it can be concluded that the hardness of the specimens is consistent with the hardness of Ti6Al4V alloy (503 HV). On the other hand, the cutting resistance of the samples proved to be lower than that of Ti6Al4V alloy. This result was attributed to several factors. An insufficient depth of the textures produced in the Zirconia compacts and the poor sintering of the Titanium powder may explain the obtained values.

Ciclones são equipamentos destinados à separação de partículas sólidas em suspensão num fluido. São vastamente utilizados, nos mais diversos ramos da indústria, devido ao seu baixo custo de produção, manutenção e simplicidade. O seu princípio básico de funcionamento decorre do balanço entre as forças gravitacional, de arrasto e de inércia que efetuam a separação das partículas através da formação de um vórtice ciclónico. O interesse no seu estudo foi reforçado nas últimas décadas com a crescente diligência com a emissão de partículas e consequente efeito no meio ambiente. O presente trabalho começa por apresentar uma revisão de alguns modelos de dimensionamento de Ciclones. Esta revisão serve para introduzir os conceitos teóricos necessários ao correto dimensionamento dos separadores ciclónico e correta utilização da aplicação informática desenvolvida. A aplicação, após ser alimentada com as variáveis que descrevem o escoamento bifásico, dimensiona o Ciclone, permite a seriação e consequente comparação dos modelos através de valores de rendimento, perda de carga e números adimensionais. A aplicação admite o dimensionamento por oito modelos de configuração geométrica, o cálculo de rendimento teórico é realizado por dez modelos, e o de perda de carga por dez. São ainda calculados o número de Euler, o número de Reynolds, as razões entre o diâmetro de corte e o diâmetro central do Ciclone, e entre a massa volúmica do fluido pela do material em suspensão. Após a avaliação dos resultados obtidos, pode ser feita a exportação da modelação 3D destes dispositivos, para posterior impressão pelo método de fabricação aditiva e/ou simulação CFD. É, também, disponibilizada a ferramenta que possibilita a criação de Ciclones com as variáveis geométricas livres, i.e., permitindo ao utilizador a possibilidade de as definir, todas, de forma independente. Os resultados de dimensionamento são concordantes com a literatura. A modelação produzida permite a impressão dos modelos. ABSTRACT: Cyclones are devices designed to separate solid particles in suspension from fluids. They are vastly used in the most different industry branches, due to their low cost of production, maintenance, and simplicity. The basic principle of operation depends on the gravitational, drag and inertial forces. The particle separation is accomplished by these forces through the formation of a cyclone vortex. This dissertation begins with a theoretical review of Cyclone sizing models. This revision has the purpose of presenting the theoretical concepts behind the sizing of a Cyclone separator and therefore the correct utilization of the developed informatic application in this work. After the input of the variables that describe the biphasic flow, the application computes the Cyclone sizing and allows the seriation and subsequent comparison of the models through the efficiency, pressure drop and dimensionless numbers. The application makes available eight geometrical configurations, ten different models can estimate efficiency, and nine different models can assess the pressure drop. The Euler number, the Reynolds number, the ratios between the cut-size diameter and the central diameter of the cyclone, and the density of the fluid and particles in suspension are still calculated by the application. After the results' evaluation, the user can export the 3D models of these devices for subsequent printing by additive manufacturing and/or CFD simulation. It has also made available a tool for creating cyclones with free geometrical variables. This way, the user has the possibility to define all of them in an independent way. The sizing results agree with the literature. The produced modulation enables a way to print the 3D models.

Dissertação de mestrado em Engenharia Civil, A renovação energética dos edifícios é, hoje, uma preocupação a nível europeu, essencial para apoiar a necessária transição energética para atingir a neutralidade carbónica até 2050. Uma forma eficiente de diminuir as emissões de carbono no setor dos edifícios é a redução das suas necessidades energéticas. A melhoria da eficiência energética através do isolamento térmico é uma das soluções mais eficientes, sendo que, por outro lado, a taxa de renovações energéticas do parque imobiliário da Europa tem sido lenta – abaixo de 1% por ano. Para além disso, Portugal tem sido apontado como um dos países mais vulneráveis da União Europeia no que se refere à situação de pobreza energética. Economicamente, os custos associados a uma reabilitação são muito inferiores aos custos de demolição e posterior reconstrução. A envolvente de um edifício representa uma parte importante dele no que diz respeito a garantir um determinado nível de conforto, sendo por esse motivo necessário que esta seja renovada e se mantenha atualizada ao longo do tempo. De acordo com Oktavia & Kususma (2020), uma correta seleção do material componente da fachada de um edifício é uma das decisões mais importantes que tem de ser tomada, ainda que numa fase precoce da conceção dele, pois é este mesmo material que vai entrar em contacto com o meio ambiente exterior. Globalmente são produzidas mais de trezentos milhões de toneladas de plástico, e a Europa é o segundo maior produtor desse material. Em Portugal, as baixas taxas de reciclagem – apenas um terço dos resíduos plásticos pós-consumo são reciclados – agravam os problemas ambientais e representam um desperdício de recursos significativo. Portanto, é urgente reduzir estes resíduos, integrando-os nas cadeias de valor para reutilização e reciclagem. Perante estes dois problemas iminentes, a manufatura aditiva pode ser uma solução adequada a ambos, pois pode contribuir para a reabilitação de edifícios utilizando resíduos plásticos. Ao controlar a geometria interna e as diferentes combinações de preenchimento interno (infill), a impressão 3D permite a otimização da condutividade térmica e desempenho mecânico. Com base no método de Modelagem por Deposição Fundida (FDM) este trabalho analisa o desempenho térmico de um conjunto de corpos de prova impressos em 3D com termoplástico PET-G. Diferentes estruturas e preenchimento foram testadas em laboratório para otimização energética e mecânica., Energy renovation of buildings is now a concern at the European level, essential to support the necessary energy transition to achieve carbon neutrality by 2050. An efficient way to reduce the amount of carbon emissionsin the building sector is to reduce its energy needs. Improving energy efficiency through thermal insulation is one of the most efficient solutions, and on the other hand, the rate of energy renovation of Europe's building stock has been slow - below 1% per year. In addition, Portugal has been pointed out as one of the most vulnerable countries in the European Union in terms of energy poverty. Economically, the costs associated with a renovation are much lower than the costs of demolition and subsequent reconstruction. The envelope of a building represents an important part of it in terms of ensuring a certain level of comfort, and for this reason it is necessary that they are renovated and kept up to date over time. According to Oktavia & Kususma (2020), a correct selection of the material component of the façade of a building is one of the most important decisions that must be made, even at an early stage of its design, because it is this material that will be in contact with the external environment. Globally, more than three hundred million tons of plastic are produced, and Europe is the second largest producer of this material. In Portugal, low recycling rates - only one third of post-consumer plastic waste is recycled - aggravate environmental problems and represent a significant waste of resources. Therefore, it is urgent to reduce plastic waste by integrating it into value chains for reuse and recycling. Faced with these two impending problems, additive manufacturing may be a solution that suits both, as it can contribute to the renovation of buildings using plastic waste. By controlling the internal geometry and different fill combinations, 3D printing enables optimization of thermal conductivity and mechanical performance. Based on the Fused Deposition Modeling (FDM) method this work analyzes the thermal performance of a set of 3D printed specimens with PET-G thermoplastic. Different structures and fill were tested in the laboratory for energy and mechanical optimization.

A manufatura aditiva é uma forma de produzir objetos tridimensionais que tem como vantagem mais assinalável a fabricação de componentes com elevado nível de complexidade geométrica, facto que faz as indústrias como a Porcelanas da Costa Verde S.A. a desenvolverem cada vez mais interesse relativamente a estas tecnologias, procurando obter produtos inovadores e explorar novos mercados. A tecnologia abordada neste trabalho foi a Sinterização Seletiva a Laser (SLS), explorando assim o potencial da tecnologia na indústria da porcelana. Foram estudadas várias formulações de matéria-prima para as impressões, com o objetivo de chegar a objetos que provassem ser possível a impressão sem defeitos de peças de porcelana através desta tecnologia. Foram testadas misturas de matéria-prima para impressão com poliamida comercial e polipropileno comercial. Também foi estudada a influência da adição de pó de porcelana tratado termicamente às mesmas misturas, variando a sua percentagem mássica nas misturas. Após toda a caraterização dos pós que serviram de matéria-prima (análise granulométrica, análise térmica, análise da morfologia das partículas, determinação do fluxo de escoabilidade e rácio de Hausner) e das impressões das misturas idealizadas, as amostras e as peças impressas foram sujeitas a várias avaliações: análise num sistema eletrónico de varrimento para analisar as microestruturas, ensaios de flexão, análise da densidade, análise do rigor de impressão, análise das retrações nas cozeduras e inclusive uma caraterização da taxa de imprimibilidade de cada mistura. Ficou provado que a impressão por via da sinterização seletiva a laser indireta é possível com porcelana, provou-se ainda que a adição de pó tratado termicamente é benéfica ao processo. A decisão do material sacrifial poliamida vs polipropileno nas misturas é algo que merece continuar a ser estudado visto ambas apresentarem vantagens e desvantagens e a decisão de utilizar um dos dois materiais deve ser feita consoante o objetivo pretendido. Embora as impressões com PP1200 terem apresentado excelentes indicadores, ao nível do detalhe da impressão, o melhor resultado foi atingido com uma mistura de 25 % PA12 L-1600, 35 % de pó atomizado para porcelana tratado termicamente e 40 % de pó atomizado para porcelana (percentagens mássicas). Additive manufacturing is a way of producing three-dimensional objects whose most notable advantage is the manufacture of components with a high level of geometric complexity, a fact that makes industries such as Porcelanas da Costa Verde S.A. to develop more and more interest in these technologies, seeking to obtain innovative products and explore new markets. The technology addressed in this work was Selective Laser Sintering (SLS), thus exploring the potential of the technology in the porcelain industry. Several formulations of raw material for the impressions were studied, with the objective of arriving at objects that proved to be possible to print without defects of porcelain pieces through this technology. Raw material mixtures for printing with commercial polyamide and commercial polypropylene were tested. The influence of the addition of heat-treated porcelain powder to the same mixtures was also studied, varying its mass percentage in the mixtures. After all the characterization of the powders that served as raw material (granule analysis, thermal analysis, analysis of the morphology of the particles, determination of the flowability flow and Hausner ratio) and the printings of the idealized mixtures, the samples and the printed pieces were subjected to several evaluations: analysis in an electronic scanning system to analyze the microstructures, bending tests, density analysis, analysis of printing accuracy, analysis of shrinkage during firings and even a characterization of the printability rate of each mixture. It has been proved that printing via selective indirect laser sintering is possible with porcelain, it has also been proved that the addition of heat treated powder is beneficial to the process. The decision of the sacrificial material polyamide vs polypropylene in the mixtures is something that deserves to be further studied since both have advantages and disadvantages and the decision to use one of the two materials must be made according to the intended objective. Although prints with PP1200 showed excellent indicators, in terms of print detail, the best result was achieved with a mixture of 25% PA12 L-1600, 35% heat-treated porcelain atomized powder and 40% porcelain atomized powder. (mass percentages). Mestrado em Manufatura Aditiva

A Manufatura Aditiva tem tido um crescimento sustentado do ponto de vista industrial ao longo dos últimos anos. Pelas vantagens que estas técnicas apresentam as empresas estão a demonstrar interesse na sua implementação para melhoria da sua cadeia de valor. A fábrica da Renault em Cacia, Aveiro, pretende incrementar o recurso à Manufatura Aditiva para produzir internamente peças de desgaste e de substituição para as suas linhas de produção. Isto permite a redução de custos, stock, e dependência de fornecedores externos. O presente trabalho foca-se num caso de estudo em que se pretende substituir uma peça, até então produzida por um processo subtrativo (maquinação), por uma peça produzida aditivamente. Neste contexto procedeu-se à caracterização mecânica de vários materiais comercialmente disponíveis para fabricação por filamento fundido (FFF), ao estudo dos parâmetros e estratégias de impressão e ao redesign da peça utilizando guidelines de Design for Additive Manufacturing. No final do trabalho fez-se uma análise de custos relativos à produção da peça em função dos diferentes materiais e selecionou-se aquele que apresentou melhor relação custo/beneficio. A FFF revelou-se uma técnica com potencial crescente para o setor industrial da Renault Cacia. Additive Manufacturing as seen a sustainable growth over the past few years in the industry. Currently, companies are beginning to show interest in implementing these techniques to improve their supply chain. The Renault factory at Cacia, Aveiro, intends to use Additive Manufacturing to manufacture wear and spare parts internally, for the reduction of costs, stock, and dependence on external suppliers. The present work focuses on a case study where it is intended to replace a part previously produced by a subtractive process (machining) by an additive manufactured part. The study proceeded with the mechanical characterization of several materials, the study of printing parameters and strategies along with the part redesign using Design for Additive Manufacturing guidelines. In the end, the costs related to the parts production in the different materials were analyzed and, ultimately, the material considered the most suitable was selected. The FFF technique presents an increasing potential in order to be used in companies like Renault Cacia. Mestrado em Manufatura Aditiva

To promote the inclusion of students with disabilities, it is possible to use personalized materials manufactured in a 3D printer to facilitate the understanding of contents taught during classes. In this context, this study aims to develop materials from three-dimensional scanning and additive manufacturing technologies that assist in the learning process and in the mobility of persons with disabilities. During the period from March 2019 to December 2021, nine students with disabilities were interviewed at a university. Subsequently, the researchers followed some classes taken by these students to understand their demands. Therefore, ideas were designed and materialized to be validated and improved. At the same time, to optimize the project management, methodologies were used to prioritize the demands with the establishment of deadlines to produce the pieces. It was observed that these materials were used by students with and without disabilities, showing contributions in the learning process and in social interaction. Para favorecer la inclusión de los alumnos con discapacidad, es posible utilizar materiales personalizados fabricados en impresora 3D, con el fin de facilitar la comprensión de los contenidos impartidos durante las clases. En este contexto, este estudio pretende desarrollar materiales que ayuden al aprendizaje y a la movilidad de las personas con discapacidad a partir de tecnologías de escaneo tridimensional y fabricación aditiva. En el período comprendido entre marzo de 2019 y diciembre de 2021, se entrevistó a nueve estudiantes con discapacidad en una universidad. Posteriormente, los investigadores hicieron un seguimiento de algunas clases de estos alumnos para conocer sus demandas. De este modo, las ideas se diseñaron y materializaron para ser validadas y mejoradas. Al mismo tiempo, para optimizar la gestión del proyecto, se utilizaron metodologías para priorizar las demandas con el establecimiento de plazos para la fabricación de piezas. Se observó que dichos materiales eran utilizados por alumnos con y sin discapacidad, mostrando aportaciones en el proceso de aprendizaje y en la interacción social. Para promover a inclusão de estudantes com deficiência, é possível utilizar materiais personalizados e fabricados na impressora 3D, com o intuito de facilitar o entendimento dos conteúdos ministrados durante as aulas. Nesse contexto, este estudo objetiva desenvolver materiais que auxiliem no aprendizado e na mobilidade de pessoas com deficiência a partir de tecnologias de escaneamento tridimensional e manufatura aditiva. No período de março de 2019 a dezembro de 2021, foram entrevistados nove alunos com deficiência em uma universidade. Posteriormente, os pesquisadores acompanharam algumas aulas destes alunos para compreender suas demandas. Desta forma, as ideias foram projetadas e materializadas para serem validadas e aprimoradas. Concomitantemente, para otimizar o gerenciamento dos projetos, foram empregadas metodologias de priorização das demandas com o estabelecimento de prazos para a confecção das peças. Observou-se que tais materiais foram utilizados por alunos com deficiência e sem deficiência, demonstrando contribuições no processo de aprendizagem e no convívio social.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (especialização em Manufatura Avançada), A realização deste trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma moldação capaz de promover o arrefecimento dirigido de um metal líquido quando vazado numa qualquer cavidade moldante em moldação metálica. Para tal recorrer-se-á a canais de arrefecimento conformados produzidos pela tecnologia de Manufatura Aditiva (MA). Este objetivo vem na sequência de diversos defeitos que são gerados nos processos de fundição atuais. Com a aplicação de um arrefecimento localizado gerado pela existência de canais conformados, haverá uma melhoria significativa nas peças produzidas. Este trabalho consistiu em 3 fases distintas. Inicialmente, fez-se um trabalho de pesquisa que passou pelo estudo das tecnologias de fundição por gravidade, fundição injetada e também de tecnologias de MA. Assim, foi possível compreender ao pormenor como funciona cada uma destas tecnologias de fundição, bem como a versatilidade que se pode obter pela aplicação da MA neste tipo de fundição. Quanto à MA fez-se um estudo prévio sobre as tecnologias existentes e quais as mais favoráveis para aplicar em moldações permanentes. Tendo conhecimento de todos os conceitos teóricos importantes para a realização deste trabalho passou-se para uma segunda fase onde se iniciou a conceção da moldação com a MA. Tendo a ideia do que se pretendia desenvolver, foram propostas 4 soluções que foram analisadas tendo em conta diversos fatores, entre eles os materiais da moldação e de MA. Construiu-se um modelo a utilizar na cavidade moldante, bem como a respetiva moldação. Utilizou-se um protótipo de coquilhadora concebido previamente pelos responsáveis do projeto à qual foram feitas algumas alterações. Por fim, foram feitos estudos experimentais e numéricos que permitem caracterizar a transferência de calor entre a cavidade moldante e os canais. Foi também validado numericamente o processo de fundição com e sem canais de arrefecimento, compreendendo assim a sua influência na transferência de calor., The work’s purpose is to develop a mold capable of promoting directed cooling of a melt when poured into any molding cavity in metal molding. For this, shaped cooling channels produced by Additive Manufacturing (AM) technology will be used. Several defects are generated in current casting processes, appearing the objective of this work. There will be a significant improvement in the parts produced due to the existence of conformal cooling channels that cools down specific and critical areas. This work consisted in 3 distinct phases. Initially, a research work was carried out including the study of gravity casting, die-casting and AM technologies. Thus, it was possible to understand in detail how each of these foundry technologies works, knowing what can be expected from each one and the versatility obtained by the application of AM in this type of foundry. As for AM, a previous study on the existing technologies and which are the most favourable to apply in permanent mouldings was carried out. Having the knowledge from the important theoretical concepts, we moved on to a second phase where the design of the moulding with the AM began. Based on one concept of what was intended to be developed, four solutions were proposed considering several factors, among them, the casting and AM materials. A model was constructed to be used in the mold cavity, as well as the respective mold. A prototype of a chiller was used, previously conceived by those responsible for the project, to which some changes were made. Finally, experimental and numerical studies were carried out to characterize the heat transfer between the moulding cavity and the channels. The casting process with and without cooling channels were also numerically validated, understanding their influence on heat transfer., Este trabalho é cofinanciado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), através do Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (COMPETE 2020) do Programa Portugal 2020 [Projeto nº 40271, de acrónimo “PRIDOP”; Referência de Financiamento: POCI-01-0247-FEDER-040271].

O presente projeto visa a exploração de estratégias de impressão de peças metálicas de Baixo Ponto de Fusão (BPF) utilizando uma impressora Tridimensional (3D) com a tecnologia de Fused Filament Fabrication (FFF). A tecnologia de impressão 3D por FFF é vastamente utilizada, aplicando-se inclusive ao nível do consumo doméstico, principalmente dado o seu baixo custo e velocidade relativamente elevada de processamento. No entanto, esta tecnologia apresenta desvantagens, por exemplo, no que diz respeito ao tipo de materiais utilizados, tratando-se por norma de polímeros. Estes materiais apresentam baixa resistência mecânica e completa ausência de condutividade elétrica, assim como elevada resistência térmica, o que limita a aplicação destes em alguns setores industriais. O grande diferencial deste projeto em relação às impressoras 3D já existentes no mercado centra-se na associação das vantagens inerentes ao processo de FFF com a utilização de outros materiais que não os polímeros, recorrendo, nomeadamente, a metais detentores de uma maior resistência mecânica e maiores condutividades elétrica e térmica. Desta ideia resulta o conceito de FFF metálico, cujas aplicações se estendem desde a produção de componentes metálicos à impressão de circuitos elétricos tridimensionais. A tecnologia FFF apresenta, contudo, algumas limitações: a cabeça de extrusão não é compatível com filamentos metálicos, o que pode colocar em causa a integridade de alguns componentes da impressora. Outra das limitações prende-se com o controlo da deposição do metal por parte do bico de extrusão, assim como com as características de fluidez e molhabilidade dos metais capazes de interferir com a qualidade do objeto impresso. O projeto realizado incluiu o estudo dos vários componentes da impressora, dos materiais utilizados, bem como a realização de operações de reparação e upgrade de uma impressora de FFF comum, com modelação da cabeça extrusora, bem como o seu projeto térmico. O objetivo final compreende a realização de testes de forma a otimizar os parâmetros de impressão recorrendo a um protótipo de cabeça de extrusão adaptado a uma impressora 3D comum. Os resultados obtidos comprovam que o projeto desenvolvido é capaz de imprimir primeiras camadas com geometrias simples de precisão semelhante a impressoras de FFF comuns, capazes de serem aplicadas na impressão de circuitos elétricos. This project aims to explore low melting point metal parts printing strategies using a three-dimensional (3D) printer with Fused Filament Fabrication (FFF) technology. FFF 3D printing technology is widely used, even being applied to domestic consumption, mainly given its low cost and relatively high processing speed. However, this technology has disadvantages, for example, regarding the type of materials used, which are normally polymers. These materials have low mechanical strength and complete absence of electrical conductivity, as well as high thermal resistance, which limits their application in some industrial sectors. The great differential of this project in relation to 3D printers already on the market is centered on the association of the inherent advantages of the FFF process with the use of materials other than polymers, using, in particular, metals with greater mechanical and higher electrical and thermal conductivity. This idea resulted in the concept of metallic FFF, whose applications range from the production of metal components to printing three-dimensional electrical circuits. However, FFF technology has some limitations: the extrusion head is not compatible with metallic filaments, which can jeopardize the integrity of some printer components. Another limitation is related to the control of metal deposition by the extruder nozzle, as well as the flow and wettability characteristics of the metals capable of interfering with the quality of the printed object. The project carried out included the study of various components of the printer, the materials used, as well as carrying out repair and improvement operations on a common FFF printer, with modeling of the extruder head, as well as its thermal design. The ultimate goal is to carry out tests to optimize print parameters using an adapted extrusion head prototype for a regular 3D printer. The results obtained prove that the developed project is capable of printing first layers with simple geometries with precision similar to common FFF printers, capable of being applied in the printing of electrical circuits. Mestrado em Engenharia Mecânica

Os cerâmicos à base de nitreto de silício (Si₃N₄) são materiais selecionados para várias aplicações estruturais, devido às suas propriedades, incluindo resistência mecânica, resistência ao choque térmico, elevada dureza e resistência ao desgaste. As tecnologias de manufatura aditiva podem ser uma solução promissora para fabricar peças de Si₃N₄, devido às suas capacidades para formarem peças com formas complexas e elevados níveis de detalhes. O fabrico destes cerâmicos por manufatura aditiva é ainda muito recente, tendo sido mencionadas várias dificuldades na obtenção de componentes com densidades elevadas e desempenho mecânico adequado para aplicações onde estas propriedades são essenciais. O trabalho desta dissertação teve como objetivo principal o fabrico de componentes à base de Si₃N₄ por uma técnica de manufatura aditiva com base na extrusão de material, o robocasting. Para atingir este objetivo foram desenvolvidas suspensões coloidais em meio aquoso e posteriormente pastas com diferentes concentrações de sólidos (36, 38 e 39 vol.%) com propriedades reológicas adequadas para a impressão. Com as pastas otimizadas foram fabricadas por robocasting amostras cilíndricas com 20 mm de diâmetro e 5 mm de espessura, fixando parâmetros de impressão, como por exemplo o diâmetro da ponta de impressão e preenchimento interno. Parte das amostras obtidas foi submetida a prensagem isostática a frio como pós-processamento para avaliar o seu efeito nas propriedades finais dos componentes. Os componentes sinterizados foram avaliados quanto à sua densidade relativa e desempenho mecânico (dureza e resistência à flexão) e microestrutural. Os resultados obtidos mostram que suspensões com concentrações elevadas de sólidos apresentam um comportamento dilatante muito acentuado, inadequado para a impressão por robocasting, limitando a concentração máxima de sólidos das pastas a 39 vol.%. O aumento da concentração de sólidos nas pastas e a utilização de prensagem isostática a frio como pós-processamento melhorou significativamente as densidades relativas das amostras e, consequentemente o seu desempenho mecânico. As amostras produzidas com pastas contendo 39 vol.% de concentração de sólidos e pós-processamento a 200 MPa exibiram uma densidade relativa média de 99%, um valor de 1475 HV₂ de microdureza e um valor de resistência à flexão de 650 MPa, valores bastante promissores para componentes de Si₃N₄ obtidos por uma técnica de manufatura aditiva, comparáveis a amostras de nitreto de silício produzidas por processos convencionais. Silicon nitride (Si₃N₄) based ceramics are selected materials for various structural applications due to their properties including mechanical strength, thermal shock resistance, high hardness, and wear resistance. Additive manufacturing technologies could be a promising solution to fabricate Si₃N₄ components, due to their abilities to form parts with complex shapes and high levels of detail. The fabrication of these ceramics by additive manufacturing is still very recent, and several difficulties in obtaining components with high densities and mechanical performance suitable for applications where these properties are essential have been mentioned. The main objective of this dissertation was the fabrication of Si₃N₄ based components by an extrusion-based additive manufacturing technique, the robocasting. To achieve this goal, colloidal suspensions were developed in aqueous media and subsequently pastes with different solid concentrations (36, 38 and 39 vol.%) with rheological properties suitable for printing. With the optimized pastes, cylindrical samples with 20 mm diameter and 5 mm thickness were fabricated by robocasting, fixing printing parameters such as tip size and infill. Part of the obtained samples was subjected to cold isostatic pressing as post processing to evaluate its effect on the final properties of the components. The sintered components were evaluated for their relative density, mechanical (hardness and flexural strength) and microstructural performance. The results obtained showed that suspensions with high solid concentrations exhibit a very pronounced dilatant behavior, unsuitable for robocasting printing, limiting the maximum solid concentration of the pastes to 39 vol.%. Increasing the solids concentration in the pastes and using cold isostatic pressing as post-processing significantly improved the relative densities of the samples and, consequently, their mechanical performance. The samples produced with pastes containing 39 vol.% solids concentration and post-processing at 200 MPa exhibited an average relative density of 99%, a microhardness value of 1475 HV₂, and a flexural strength value of 650 MPa, very promising values for Si₃N₄ components obtained by an additive manufacturing technique, comparable to silicon nitride samples produced by conventional processes. Mestrado em Engenharia de Materiais

A presente dissertação tem como objetivo identificar modelos numéricos para a inspeção não destrutiva de componentes, obtidos por Manufatura Aditiva, através da Termografia Ativa (TA). Um dos grandes desafios da aplicação dos Ensaios não destrutivos (END) é a capa- cidade de prever a profundidade e o tamanho do defeito. Tendo em conta que dois dos materiais estudados são compósitos poliméricos obtidos por manufatura aditiva, estes componentes têm baixa condutividade térmica o que apresenta um desafio na aplicação dos END. Recorrendo ao Ansys APDL foram desenvolvidos modelos em elementos finitos que simulam os fenómenos físicos da transmissão de calor. Estes modelos foram validados através de referências obtidas na literatura, nomeadamente resultados de simulações numéricas da termografia realizadas a modelos de provetes com delaminações inseridas a diferentes profundidades. Também se recorreu a expressões analíticas provenientes da literatura, para a determinação do tempo necessário para se obter o contraste máximo. O uso das expressões analíticas mostraram ser eficazes na previsão do momento de contraste máximo, o que apesar de terem um desvio relativo, é possível estimar o tamanho do defeito assim como a sua posição. A b s t r ac t The present dissertation aims to identify numerical models for the non-destructive inspec- tion of components, obtained by Additive Manufacturing, through Active Thermography (AT). One of the great challenges in the application of Non destructive Testing (NDT) is the ability to predict the depth and size of the defect. Considering that two of the materials studied are polymeric composites obtained by additive manufacturing, these components have low thermal conductivity, which presents a challenge in the application of NDT. Using Ansys APDL, finite element models were developed that simulate the highly complex physical phenomena resulting from thermography. These models were validated through references obtained in the literature, namely results of numerical simulations of thermography tests carried out on specimens with delaminations inserted at different depths. Analytical expressions from the literature were also used to determine the time needed to obtain maximum contrast. The uses of analytical expressions proved to be effective in predicting the instant of maximum contrast, which despite having a relative deviation, it is possible to estimate the size of the defect as well as its position.

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, tem verificado um crescimento exponencial, e como tal, várias indústrias o têm aplicado em diversas áreas nos seus processos de produção, permitindo-lhes obter diferentes tipos de peças com rapidez e a baixo custo. Assim, o principal objetivo do presente trabalho consiste em analisar a viabilidade da introdução da produção aditiva na produção de sobressalentes, de modo que seja possível alcançar um ciclo logístico mais eficiente, mais concretamente na fase de aquisição, uma vez que se estaria a adotar a produção Just-in-Time. Permitiria uma redução lead time dos artigos, e, consequentemente, no tempo de espera das Unidades Navais, não colocando em causa a sua prontidão. Por forma a alcançar este objetivo, num primeiro momento esta dissertação explica o conceito de impressão 3D, o seu surgimento e desenvolvimento, as suas diferentes tecnologias e materiais utilizados, e por fim as suas áreas de aplicação e respetivas vantagens e desvantagens. De seguida, partindo de uma base de dados de todos os sobressalentes da área de material G – sobressalentes eletromecânicos – adquiridos diretamente ao mercado e requisitados através de emergency requirement, foram selecionados, tendo em consideração critérios previamente estabelecidos e as limitações referentes à disponibilidade da informação e à existência dos sobressalentes em depósito, aqueles considerados como viáveis para a manufatura aditiva. Por fim, com recurso a softwares de modulação direcionados para a impressão 3D, serão realizadas estimativas do tempo e custo de impressão para as peças anteriormente selecionadas, e, posteriormente, comparadas ao lead-time e custo de aquisição ao fornecedor, de modo a reunir evidências que permitam demonstrar se que a impressão 3D é uma opção viável para a produção de alguns sobressalentes na Marinha. 3D printing, also known as additive manufacturing, has seen exponential growth, therefore, several industries have introduced it in their production processes, allowing them to obtain different types of parts quickly and at low cost in various areas. Thus, the main goal of the present work is to analyze the feasibility of introducing 3D printing in the production of spare parts, in order that it is possible to achieve a more efficient logistic cycle, more specifically in the acquisition phase. Since Just-in-Time production would be adopted, there would be a reduction in the spare parts lead time, and, consequently, in the waiting time of the Marine Units, not calling into question their readiness. As such, to achieve this goal, at first this dissertation explains the concept of 3D printing, its emergence and development, its different technologies and the materials used, and finally its areas of application, advantages, and disadvantages. Then, starting from a database of all spare parts in the G material area – electromechanical spares – purchased directly from the market and ordered through an emergency requirement, they were selected, considering previously established criteria and the limitations regarding the availability of information. and the existence of spare parts in storage, those considered viable for additive manufacturing. Finally, using modulation software for 3D printing, estimates will be made about the time and cost of printing, for the previously selected parts, thus compared to the provider cost and lead-time, in order to gather evidence to demonstrate whether 3D is a viable option, or not, for the spare parts production in the Portuguese Navy.