Bolsa de PD em Engenharia Mecânica

Post-doctoral Fellowship in Mechanical Engineering

Nº: 2551

Área de conhecimento: Engenharia

Field of knowledge: Engineering

Nº do processo FAPESP: 2016/11309-0

FAPESP process: 2016/11309-0

Título do projeto: Estudo, Desenvolvimento e Aplicação de Processo Híbrido: Manufatura Aditiva (MA) + High Speed Machining/Grinding (HSM/G)

Project title: The Study, Development and Application of a Hybrid Process: Additive Manufacturing (AM) plus High Speed Machining/Grinding (HSM/G)

Área de atuação: Engenharia Mecânica

Working area: Mechanical Engineering

Quantidade de vagas: 1

Number of places: 1

Pesquisador principal: Jorge Vicente Lopes da Silva

Principal investigator: Jorge Vicente Lopes da Silva

Unidade/Instituição: Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer

Unit/Instituition: Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer

Data limite para inscrições: 24/12/2018

Deadline for submissions: 2018-12-24

Publicado em: 04/12/2018

Publishing date: 2018-12-04

Localização: Rodovia Dom Pedro I, km 143,6, Terminal Intermodal de Cargas, Campinas

Locale: Rodovia Dom Pedro I, km 143,6, Terminal Intermodal de Cargas, Campinas

E-mail para inscrições: jorge.silva.cenpra@gmail.com

E-mail for proposal submission: jorge.silva.cenpra@gmail.com

  • Resumo Summary

    Este projeto visa desenvolver e implementar um ambiente de software capaz de integrar processos de manufatura aditiva (MA) baseados em DED (Direct Energy Deposition) com processos de usinagem de múltiplos eixos. DED é a nomenclatura da norma ISO 52900:2015 para tecnologias de manufatura aditiva que adaptam técnicas de soldagem para depositar energia e material diretamente sobre um leito ou peça base e assim construir geometrias por adição de material em camadas. Há diversos desafios no desenvolvimento desse tipo de ambiente, mas é possível identificar dois principais: usabilidade e interoperabilidade. As questões da usabilidade deverão abranger desde o ambiente de operação do software, se sua interface é amigável e autoexplicativa, se é capaz de identificar e automatizar etapas dos processos de planejamento, tanto para a MA quanto para a usinagem de múltiplos eixos, até a verificação da capacidade do sistema de hardware híbrido psra executar o planejamento. Já a interoperabilidade deverá abranger a capacidade de conexão do ambiente com equipamentos de MA e usinagem de múltiplos eixos conforme as especificações do projeto, leitura de dados e inserção de comandos específicos para obter movimentações exigidas pela hibridização dos processos, bem como identificação dos volumes de trabalho e configuração das características de cada processo, facilitando o desenvolvimento do planejamento. Este desenvolvimento exigirá levantamento de dados dos equipamentos, estudos em bibliografia diversas, desde manuais técnicos até artigos sobre métodos matemáticos para construção de trajetórias e otimização. Necessitará também de acesso pleno às características de funcionamento e parâmetros de configuração dos equipamentos de MA e de usinagem de múltiplos eixos, a fim de catalogá-los e conjugá-los de modo a permitir o planejamento do processo híbrido. Finalmente, o projeto exigirá proficiência, conforme as demandas técnicas, em soluções baseadas em software livre, as quais possam contribuir ou inspirar o desenvolvimento de soluções no contexto da implementação de código, bem como conhecimento de linguagens de programação mais comumente utilizadas em ambientes de desenvolvimento aplicados, como é o caso e Python, C#, C++, C, código G, Assembly, entre outros. Os métodos aplicáveis ao desenvolvimento do projeto compreenderão o estudo dos equipamentos, soluções disponíveis e ambientes desenvolvidos a fim de construir uma base de informações sobre a qual será desenvolvido o ambiente proposto. Além disso, compreenderá a utilização de soluções implementadas em software livre e sua potencial incorporação ao código fonte do ambiente proposto. Finalmente, compreenderá o desenvolvimento de algoritmos para solução de problemas específicos deste projeto, implementação, teste e integração em um ambiente profissional para  planejamento e controle de processo de manufatura híbrida. Os resultados serão módulos de controle, planejamento, simulação, integração e operação, todos integrados em ambiente específico, amigável e que atenda às especificações definidas pela equipe de desenvolvimento do projeto.

    Objetivo principal: desenvolver sistemas de interface e controle para novos processos de MA híbrida e integração hardware/software por meio de protocolos de comunicação, que poderão ser abertos ou de propriedade das empresas fabricantes dos dispositivos.

    Objetivos secundários:

    1 - Combinar especificações de hardware e software para integrar tecnologias de MA e usinagem num único equipamento.

    2 - Desenvolver sistema de interface software/hardware para o novo paradigma híbrido.

    3 - Desenvolver sistema de planejamento de processo, incluindo novas estratégias de varredura e sem varredura para construção com sistemas de mais de 3 eixos com base nos protocolos de comunicação definidos.

    Plano de trabalho (incluindo metodologia e cronograma de resultados previstos):

    O trabalho será realizado a partir da execução de atividades específicas conforme descrito à seguir:

    A execução do projeto proposto compreende o seguinte plano de atividades >>>

    1 - Estudo dos equipamentos especificados, características de operação e parâmetros de operação, bem como de soluções de software livre disponíveis, protocolos de comunicação e algoritmos ou estudos encontrados em levantamento bibliográfico para aplicação na solução dos problemas de implementação da proposta. 

    2 - Estudo dos processos de planejamento, simulação e operação dos equipamentos de MA e usinagem de múltiplos eixos.

    3 - Especificação do ambiente de software a ser desenvolvido para atender às demandas de controle, planejamento, simulação, integração e operação de um equipamento de manufatura híbrida.

    4 - Desenvolvimento de soluções para o planejamento integrado de MA. Há diversas características no planejamento de processos de MA, as quais são conhecidas e cujas influências no resultado final podem ser correlacionadas por meio de teorias ou estudos científicos. No entanto, este conhecimento está estabelecido para processos puros, nos quais características como a base para construção da peça é fixa e bem conhecida, o que pode não ocorrer em equipamentos híbridos. Assim, é necessário definir as novas condições de operação para adaptar as características e viabilizar o planejamento do processo.

    5 - Desenvolvimento de soluções para o planejamento integrado de usinagem de múltiplos eixos. De modo similar, o planejamento de processos de usinagem de múltiplos eixos tem características bem conhecidas e correlacionadas desde que sejam mantidas as características do processo puro. Num processo híbrido, no qual é possível adicionar material e construir partes da peça durante o processo, há necessidade de adaptar as soluções e definir novas condições para a operação no ambiente híbrido.

    6 - Integração dos processos de planejamento de MA e usinagem de múltiplos eixos.

    7 - Teste das soluções implementadas em simulações e nos equipamentos.

    8 - Desenvolvimento do ambiente de software.

    9 - Integração das soluções e testes.

    10 - Relatório.

    Justificativa para o plano:

    Trata-se de etapa fundamental para o desenvolvimento do projeto temático completo, integrando sistemas de hardware e software a partir de uma abordagem inédita, visando aproveitar o melhor de cada processo específico hibridizado.

    A vaga está aberta a brasileiros e estrangeiros. O selecionado receberá Bolsa de Pós-Doutorado da FAPESP no valor de R$ 7.373,10 mensais e Reserva Técnica equivalente a 15% do valor anual da bolsa para atender a despesas imprevistas e diretamente relacionadas à atividade de pesquisa.

    This project aims to develop and implement a software environment capable of integrating DED-based additive manufacturing processes with multi-axis machining processes. DED (Direct Energy Deposition) is the nomenclature of ISO 52900:2015 for additive manufacturing (AM) technologies that adapt welding techniques to deposit energy and material directly on a bed or base part and thus construct geometries by adding layer by layer material. There are several challenges in the development of this type of environment, but it is possible to identify two main ones: usability and interoperability. Usability issues should range from the software operating environment, if its interface is user-friendly and self-explanatory, if it is able to identify and automate planning process steps for both AM and multi-axis machining, up to verification of the ability of the hybrid hardware system to perform the planning. The interoperability should include the ability to connect the environment with AM equipment and multi-axis machining according to the project specifications, data reading and insertion of specific commands to obtain the required movements by the hybridization of processes, as well as identification of work volumes and configuration of the characteristics of each process, facilitating the development of planning. This development will require data collection from the equipment, studies in many bibliographies, from technical manuals to articles on mathematical methods for construction of trajectories and optimization paths. It will also need full access to the operating characteristics and configuration parameters of the AM equipment and multi-axis machine, in order to catalog them and to combine them to allow the planning of the hybrid process. Finally, the project will require proficiency, according to the technical demands, in solutions based on free software, which can contribute or inspire the development of solutions in the context of code implementation, as well as knowledge of programming languages most commonly used in development environments, such as Python, C#, C++, C, G code, Assembly, among others. The methods applicable to the development of the project will include the study of the equipment, available solutions and environments currently developed in order to build an information data base on which the proposed environment will be developed. In addition, one will understand the use of solutions implemented in free software and its potential incorporation into the source code of the proposed environment. Finally, one will understand the development of algorithms to solve specific problems of this project, implementation, testing and integration in a professional environment for planning and control of the hybrid manufacturing process. The results will be modules for control, planning, simulation, integration and operation, all integrated in a specific environment, user friendly and that meet the specifications defined by the project development team.

    Main objective: to develop interface and control systems for new hybrid AM processes and hardware/software integration through communication protocols, which may be opened or owned by the device manufacturers.

    Secondary objectives:

    1 - Combine hardware and software specifications to integrate AM and machining technologies into one device.

    2 - Develop software/hardware interface system for the new hybrid paradigm.

    3 - Develop process planning system, including new scanning and scanning strategies for construction with systems of more than 3 axes based on defined communication protocols.

    Work plan: (including methodology and schedule of expected results)

    The work will be carried out from the execution of specific activities as described below:

    The execution of the proposed project comprises the following business plan >>>

    1 - Study of the specified equipment, operating characteristics and operating parameters, as well as available free software solutions, communication protocols and algorithms or studies found in a bibliographic survey for application in solving the problems of proposed implementation.

    2 - Study of the processes of planning, simulation and operation of the AM equipment and machining using multiple axes.

    3 - Specification of the software environment to be developed to meet the demands of control, planning, simulation, integration and operation of a hybrid manufacturing equipment.

    4 - Development of solutions for integrated planning of AM. There are several characteristics in the planning of AM processes, which are known and whose influences on the final result can be correlated through theories or scientific studies. However, this knowledge is established for pure processes, in which characteristics as the basis for the construction of the part is fixed and well known, which may not occur in hybrid equipment. Thus, it is necessary to define the new operating conditions to adapt the characteristics and to make the process planning feasible.

    5 - Development of solutions for integrated planning of multi-axis machining. Similarly, the planning of multi-axis machining processes is well-known and correlated characteristics as long as the characteristics of the pure process are maintained. In a hybrid process in which it is possible to add material and construct parts of the part during the process, there is a need to adapt the solutions and define new conditions for operation in the hybrid environment.

    6 - Integration of the planning processes of AM and machining with multiple axes.

    7 - Test of the solutions implemented in computer simulated environment and real equipment.

    8 - Development of the software environment.

    9 - Integration of solutions and tests.

    10 - Report.

    Justification for the plan:

    It is a fundamental step for the development of the complete thematic project, integrating hardware and software systems from an unprecedented approach, in order to take advantage of the best of each specific hybrid process.

    This opportunity is open to candidates of any nationalities. The selected candidate will receive a FAPESP’s Post-Doctoral fellowship in the amount of R$ 7,373.10 monthly and a research contingency fund, equivalent to 15% of the annual value of the fellowship which should be spent in items directly related to the research activity.