Otimização topológica de alavanca de freio de estacionamento veicular produzida em PLA PRO1 via manufatura aditiva

Abstract

O presente estudo desenvolveu, por meio da otimização topológica de uma alavanca de freio de estacionamento automotiva, geometrias com diferentes valores de redução de massa em comparação ao componente comercial. O componente comercial é fabricado em aço carbono e os componentes otimizados gerados foram produzidos em PLA PRO1 via processo de manufatura aditiva. A geometria inicial deste componente foi obtida a partir do desenho do modelo comercial pertencente ao veículo Volkswagen Gol G4. A otimização foi realizada no software Fusion360, com objetivo de maximização de rigidez respeitando um limitante de redução de massa. Comparando com o componente metálico original, a redução de massa variou de 38% até 70%. As diferentes geometrias foram impressas via manufatura aditiva FDM com a utilização de PLA PRO1, polímero de engenharia fabricado pela BASF. Para avaliação da resistência dos componentes, foi desenvolvido um dispositivo para fixação da alavanca de freio otimizada em uma bancada de ensaios mecânicos. Seguindo o proposto na NBR 10966-2, a carga vertical máxima de 400 N na manopla foi atingida com coeficientes de segurança entre 4 e 8. A geometria final apresentou redução de massa de 70,08% com coeficiente de segurança de 4,58.

The present study developed, through topology optimization of an automotive parking brake lever, geometries with different values of mass reduction in comparison to the commercial component. The commercial component is manufactured in carbon steel and the optimized components were produced in PLA PRO1 via additive manufacturing process. The initial geometry of this component was obtained from the design of the commercial model belonging to the Volkswagen Gol G4 vehicle. The optimization was carried out in Fusion360 software, with the objective of maximizing stiffness respecting a limit of mass reduction. In comparison with the original metallic component, the mass reduction ranged from 38% to 70%. The different geometries were printed through FDM additive manufacturing process using PLA PRO1, engineering polymer manufactured by BASF. To evaluate the mechanical resistance of the components, a device for assembling the optimized brake lever on a mechanical test bench was developed. Following the proposal in NBR 10966-2, the maximum vertical load of 400 N on the handle was reached with a safety factor between 4 and 8. The final geometry presented a 70.08% reduction of mass with a safety factor of 4.58.