Projeto e desenvolvimento de sistema de controle térmico ativo para gabinetes de impressora 3D

Abstract

O presente trabalho destaca a importância do controle automático na ciência e engenharia, particularmente em sistemas de controle térmico. Explora-se a aplicação dessa tecnologia na manufatura aditiva, notadamente na impressão 3D, e os desafios enfrentados devido à contração térmica, que afeta a integridade dimensional das peças produzidas. Diante da limitação no uso de materiais avançados na manufatura aditiva devido à falta de controle térmico nos gabinetes de impressão 3D, propõe-se o desenvolvimento de um sistema de controle térmico ativo em malha fechada para gabinetes de baixo e médio custo. Destaca-se a importância desse controle, especialmente ao lidar com materiais suscetíveis a contrações térmicas, visando a assegurar a qualidade das peças e evitar deformações. A pesquisa não apenas atende a uma demanda prática na manufatura aditiva, mas também contribui significativamente para a evolução dessa tecnologia. Ao superar a barreira do controle térmico, abre-se a possibilidade de utilizar materiais mais avançados, demonstrando sua relevância tanto para a academia quanto para a indústria c profissionais envolvidos na vanguarda da Engenharia Mecânica. O trabalho abrange os fundamentos do controle térmico, introduzindo sistemas de controle e controladores PID, e apresenta um caso de estudo detalhado sobre o sistema proposto. Como conclusões pode-se destacar e detalhar como opção mais desejada a aplicação de um sistema de controle PID com laço anti-windup como o sistema que atende todos os requisitos de operação desejados.

This work highlig his the importance of automatic control in science and engineering, particularly in thermal control systems. The application of this technology in additive manufacturing. notably in 3D printing, and the challenges faced due to thermal contraction, which affects the dimensional integrity of the produced parts, are explored. Given the limitation in using advanced materials in additive manufacturing due to the lack of thermal control in 3D printing enclosures, the development of an active thermal control system in a closed loop for low and medium-cost enclosures is proposed. The importance of this control is highlighted, especially when dealing with materials susceptible to thermal contractions, aiming to ensure the quality of the parts and prevent deformations. The research not only meets a practical demand in additive manufacturing but also significantly contributes to the evolution of this technology. By overcoming the barrier of thermal control, the possibility of using more advanced materials is surpassed, demonstrating its relevance to academia, industry, and professionals at the forefront of Mechanical Engineering. The work covers the fundamentals of thermal control, introducing control systems and PID controllers, and presents a detailed case study on the proposed system. It is concluded that the most suitable option is the application of a PID control system with anti-windup loop as the system that meets all the desired operational requirements.