Combined 3D printing and part assembly manufacturing

Abstract

Despite its irrefutable potential to change the way goods are produced, 3D printing technologies are, nowadays, employed to an insignificant amount of manufacturing processes in the production chain. While additive manufacturing, as the technology is also known, can be used for building objects of any shapes in a wide range of materials, the resulting products usually require costly post-processing steps for the incorporation of nonprintable parts that provide the object with useful functionalities. Such technologies could play a more important role in the manufacturing sector if they were enhanced so that these post-processing steps would be addressed during the building process and the resulting object would already be equipped with its final set of features. Aiming to add more functionalities to the parts produced by 3D printing techniques, this study introduces improvements to be applied to additive manufacturing machines. The technology introduced and demonstrated in this research, named Combined 3D Printing and Part Assembly (CPPA), merges the versatility of 3D printing with techniques to assemble external parts to the printed object in building time, allowing the manufacturing of products with functionalities beyond the ones provided by classic additive methods. While traditional 3D printing technologies can only create objects in a limited variety of materials, CPPA machines are capable of merging any sort of external parts to 3D printed structures.

Apesar de seu irrefutável potencial de mudar o modo como bens são produzidos, a tecnologia de impressão 3D são empregadas em uma insignificante parcela dos processos de manufatura na cadeia produtiva. Ao mesmo tempo que a manufatura aditiva, como a tecnologia também é conhecida, é capaz de gerar objetos de qualquer formato em uma imensa gama de materiais, os produtos resultantes frequentemente necessitam de etapas de pós-processamento altamente custosas para a incorporação de partes não imprimíveis que proporcionam funcionalidades úteis ao objeto. Tais tecnologias poderiam exercer um papel mais importante no setor de manufatura se passassem por melhorias que permitissem que essas etapas de pós-processamento fossem executadas durante o próprio processo de impressão, de forma que o o objeto resultante já estivesse equipado com o seu conjunto de funcionalidades final. Visando adicionar mais funcionalidades aos objetos produzidos com técnicas de impressão 3D, esse estudo apresenta aperfeiçoamentos a serem aplicados em equipamentos de manufatura aditiva. A tecnologia denominada Combined 3D Printing and Part Assembly (CPPA) introduzida e demonstrada nessa pesquisa tem por objetivo combinar a versatilidade da impressão 3D com a anexação de peças externas ao objeto em tempo de impressão, de modo a criar produtos com funcionalidades além das fornecidas por métodos aditivos clássicos. Enquanto tecnologias tradicionais de impressão 3D criam objetos com uma variedade muito limitada de materiais, máquinas CPPA são capazes de incorporar peças externas de qualquer tipo a estruturas impressas em 3D.