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Production of EDM Electrodesby Layer Manufacturing Technique (LMT)

PUCPR

Brazilian – GermanCollaborative Research Initiativeon Manufacturing Technology (BRAGECRIM)

Projeto 012/09:

Coordenação:

Prof. Dr.-Ing. N. Müller Prof. Dr.Eng. F. Amorim

Workshop Acompanhamento de ProjetosFlorianópolis, 12.março.2010

[email protected] [email protected]

Sinking – Electrical Discharge Machining

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Production of EDM Electrodes by Layer Manufacturing Technique (LMT)

PUCPRBRAGECRIM

Conteúdo (solicitação CAPES-FINEP)

Apresentação sucinta do projeto 012/09

Equipe envolvida na PUCPR e TUClausthal

Atividades realizadas (Out.2009 –Mar.2010)

Programação futura

Relatório executivo

Workshop Acompanhamento de ProjetosFlorianópolis, 12th.march.2010

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PUCPRBRAGECRIM

Apresentação do Projeto 012/09

Production of EDM Electrodes

by Layer Manufacturing Technique (LMT)


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PUCPRBRAGECRIM

Project Summary

PUCPR

Motivation for research project

Research Objective

Research Partners

Expected Technical Results

Cooperation Issues


5PUCPR

BRAGECRIM

????Increasingdemand of products withlimited space

Motivation for Research Project

Application Fields

Surgery tools for medicineMeasurement sensorsMicro motor and pumpsOptical industryElectro-electronic industry

Masuzawa, 2001 – ISEM XIII

Necessity of miniaturizedparts with complex 3D shapes

Production of EDM Electrodes by Layer Manufacturing Technique (LMT)Workshop Acompanhamento de ProjetosFlorianópolis, 12th.march.2010

6PUCPR

BRAGECRIM

PROCESS

Generator Process ControlSystems

Automatic workingsequence

Fields of RecentDevelopment in EDM

MicroMachining

Production

Machine conceptsFabrication of Electrodes

Clamping Systems

New Application

Fields


Motivation for Research Project


7PUCPR


BRAGECRIM

Electrode production:- Major time of EDM process- 50% of total process costs


Motivation for Research Project ………..PUCPR

MirrorPowder

Workpiece

Building platform

CO2-Laser

Motivation for Research Project ………..TUClausthal

SLS – Selective Laser SinteringTechnique

8PUCPR

BRAGECRIM

PUCPRProf. N. Müller (coordination)

Dr.-Ing. G. Schäfer

Prof. F. Amorim (coordination)

Prof. I. A. Bassani

Partners & General Tasks


Production ofSEDM Electrodes

using LMTechnique

Fabrication of SEDM Electrodes

SEDMachiningProcess Research


9PUCPR

BRAGECRIM

What we want is to …

Products

High accuracy components

SEDMachining

PUCPR

SEDM Electrodes


Powder

FZW@TUCAggregation

Layer Manufacturing TechniqueLMT

IMW@TUC


10PUCPR

BRAGECRIM


Wide-ranging Contribution

Technological Know how to produce EDM electrodes by LMTechnique

to Electro-Discharge Machining Small complex 3D components

Adequate new materials for EDM electrodes

Electrode performance correlating EDMachining and LMT variables

Envelope with adequate EDM process parameters settings

LMTechnique and EDM procedures to produce advanced 3D workpieces

Knowledge transfer to industry

Specific Results

Expected Technical Results (1 st term 2009-2011)


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PUCPRBRAGECRIM

Equipe Envolvida

TUClausthal e PUCPR


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Production of EDM Electrodes by Layer Manufacturing Technique (LMT)Project 012/09 - BRAGECRIM

PUCPRPPGEM – Prog. de Pós-Grad. Eng. Mec.

LAUS – Lab. Pesq. em UsinagemLab. Eng. e Ciências de Materiais

Lab. de Conf. Mecânica

IMW - Institut für Maschinenwesen

ZFW - Zentrum für Funktionswerkstoffe

Coordenação Prof. F. Amorim Prof. N. Mueller

ProfessoresPesquisadores

Prof. Bassani, Prof. Torres, Prof. Soares Jr., Prof. Weingaerter

Prof. V. Neubert,Dr.-Ing. G. Schaefer

MestradoDoutorado

Camila Higa (M)Konrad Bönish (M)Eric Siemann (D)Erik Bormann (D)

Graduação Mateus NoronhaTiago Czesluniak

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Equipe Envolvida (2009-2011)

- 1 master student- 2 undergraduate

students(12 months)

June 2009

Project launch

Intercâmbio efetivo de Recursos Humanos entre a PUCPR e a TUClausthal(formação de RH com visão global de pesquisa)

Tiago Czesluniak (Fev.2010 - Fev.2011)

Mateus Noronha (Fev.2010 - Fev.2011)

Alunos Graduação

Camila Higa (Mar.2010 – Mar.2011)

Alunos Mestrado

PUCPRBRAGECRIM

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Camila Higa - Tiago Czesluniak - Mateus Noronha

Equipe Envolvida (2009-2011)

Atividades Programadas

15PUCPR

BRAGECRIM


-1 post-doctoral researcher -2 doctorate

Student

Equipe Envolvida (2009-2011)Intercâmbio efetivo de Recursos Humanos entre a PUCPR e a TUClausthal(formação de RH com visão global de pesquisa)

Erik Bormann (em definição) ….jun.2010Eric Siemann (em definição)…. … jun.2010

Alunos Doutorado

Alunos Mestrado

Konrad Bönish (Abr.2010 - Aug.2010)

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PUCPRBRAGECRIM

Atividades realizadas do Projeto 012/09

Out.2009 - Mar.2010

Formação de Recursos Humanos (RH)

Missão de TrabalhoALE-BRA (out.2009 –Kickoff Meeting BRAGECRIM - Piracicaba)BRA – ALE (22.jan – 8.fev)

Resultados TécnicosProdução piloto de eletrodos por SLSEnsaios iniciais de EDM com eletrodos protótipos

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Workshop Acompanhamento de ProjetosFlorianópolis, 12th.march.2010 Production of EDM Electrodes by Layer Manufacturing Technique (LMT)

PUCPR

Formação de RH

Trabalho de Conclusão de Curso – TCCEngenharia Mecãnica - PUCPR

Layer Manufacturing Technique (LMT) Aplicadas à Confecçãode Eletrodos para Eletroerosão por Penetração

Autor: Alexandre G. KeilAno: Dez.2009Orientador: Prof. Soares Jr.

Fabricação de Eletrodos para Eletroerosão por Penetraçãopor Métodos Convencionais

Autor: Bernard SchmidtAno: Dez.2009Orientador: Prof. F. Amorim

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PUCPR

Formação de Recursos Humanos (RH)

166

PaperNumber

• Revisão bibliográfica específica- Selective Laser Sintering (SLS)- Eletrodos fabricados por SLS- Rendimento da EDM

• Criação de Banco de Dados(homepage em andamento)

Formação de RH (2 graduação e 1 Mestrado)

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Formação de RH (2 graduação e 1 Mestrado)

Mateus Noronha Graduação - PUCPR

Tiago CzesluniakGraduação - PUCPR

Camila HigaMestradoPUCPR

PUCPR

• Fundamentos Físicos do Processo de EDM

• Parâmetros de Rendimento da EDM• Materiais para eletrodos

• Métodos Tradicionais de Produção de Eletrodos

• Programação e operação de máquina de EDM• Fundamentos da técnica SLS

Máquina de EDM CNC Roboform 30

PUCPR

20PUCPR

BRAGECRIM


Missão de Trabalho - MT

MT 1ALE-BRA (out.2009 – Kickoff Meeting BRAGECRIM - Piracicaba)1 docente da Universidade Técnica de Clausthal (TUClausthal)

Apresentação oficial do Projeto 012/09 (Dr.-Ing. Schaefer) no Kick-Off Meeting

Definição alunos de mestrado/Doutorado/Pós-Doutorado da TUClausthal(número, período e atividades na PUCPR)

Reprogramação das atividades da 2ª missão de trabalho ALE/BRA

Refinamento das necessidades de RH das missões de estudo da PUCPR(1 mestrado e 2 graduação sanduíche)

Reunião com Prof. T. Pfeifer (RWTH-WZL-Aachen-Alemanha)

21PUCPR

BRAGECRIM



MT 2BRA – ALE (22.jan – 8.fev)

Reconhecimento da infraestrutura do IMW e ZFW

Equipe efetivamente envolvida no projeto 012/09- Professores, Assistentes, Mestrados, Graduação, Técnicos

22PUCPR

BRAGECRIM



MT 2BRA – ALE (22.jan – 8.fev)


Equipamentos para o Projeto 012/09- Máquina de SLS (produção de eletrodos)

- Máquina de EDM (Rform 505)

- Desenvolvimento de novos materias- Caracterização de Propriedades de Materiais

- Caracterização de Aspectos Integridade de Superfície

23PUCPR

BRAGECRIM


Equipamentos para o Projeto 012/09- Máquina de SLS (produção de eletrodos)- Máquina de EDM (Rform 505)



24PUCPR

BRAGECRIM



Discussão estado atual do Projeto 012/09

Palestra sobre o Estado-da-Arte e Tendência de Pesquisa Mundial em EDM

- Características da EDM- Aplicações da EDM (tradicionais e recentes)- Principais áreas de pesquisa em EDM

25PUCPR

BRAGECRIM



Discussão estado atual do Projeto 012/09

- Técnica de SLS (parâmetros do processo)

- Usinagem por EDM (parâmetros do processo)

- Resultados preliminares com eletrodos de cobre

- Propriedades de materiais para eletrodos

- Pesquisa e desenvolvimento de novos materiais

- Geometria adequada de eletrodos

- Realimentação das atividades de pesquisa

Resultados preliminares e Realimentação do Projeto

26PUCPR

BRAGECRIM


Resultados Técnicos …… out.2009 – mar.2010

Produção Piloto de Eletrodos por SLS

Paralelepípedo com cantos arredondados 3 mm de alturaMaterial: cobre e açoTamanho partícula: 20 - 60 µm

Geometria preliminar

Condições de SLS

Constantes: Laser CO2 , atmosfera gás N, 80oC, laser 0,4 mmVariável: velocidade laser (preenchimento) 150 – 350 mm/s

Bateria A

27PUCPR

BRAGECRIM



Resultados após EDM

Produção Piloto de Eletrodos por SLS Bateria A

Conclusões:

• Redução do tamanho de partícula promove

melhores condições de fabricação de eletrodo

• Redução do tamanho de partícula aumentarendimento da EDM e melhor precisão geométrica das peças

• Necessidade de otimizar parâmetros e estratégiade EDM e SLS

• Aço não apresenta bons resultadosde EDM e SLS

28PUCPR

BRAGECRIM



Produção Piloto de Eletrodos por SLS

Paralelepípedo com cantos arredondados 3 mm de alturaMaterial: cobre, bronze e cobre+bronzeTamanho partícula: 20 e 60 µm

Geometria preliminar

Condições de SLS

Constantes: Laser CO2 , atmosfera gás N, 80oC, laser 0,4 mmVariável: velocidade laser (preenchimento) 50 – 350 mm/s

Bateria B

29BRAGECRIM



Resultados após EDM

Produção Piloto de Eletrodos por SLS Bateria B

Conclusões:

• A composição de pós Bronze + Cobre pioramo desempenho do processo SLS

• Necessidade de otimizar parâmetros de EDM

• Os melhores resultados da EDM foram obtidoscom eletrodos de bronze puro

• Os materiais Cobre puro e Bronze puro promovemmelhores condições de fabricação de eletrodo

30PUCPR

BRAGECRIM



Produção Piloto de Eletrodos por SLS Bateria C

Formato CúbicoMaterial: cobre e bronzeTamanho partícula: 20 - 60 µm

Geometria

31


PUCPRBRAGECRIM


Programação Futura do Projeto 012/09

Mar.2010 – Jun.2011

Desenvolvimento de novos materias adequados para eletrodos de EDM

Definição de diferentes geometrias de eletrodos

Desempenho dos eletrodos correlacionando parâmetros de EDM e SLS

Envelope de parâmetros para EDM com eletrodos produzidos por SLS

Procedimento de SLS e EDM para produção de peças 3D Complexas

Transferência tecnológica para o ambiente industrial

32PUCPR

BRAGECRIM


Agradecimentos


Contato:

Dr.-Ing. G. Schäfer Prof. Dr.Eng. F. Amorim

Pontifícia Universidade Católica do Paraná – PUCPRRua Imaculada Conceição, 1155 – Prado velhoCurtiba – PR – 80.215-901 – BrasilPhone: +55 14 3271 1385 (PPGEM)Fax: +55 14 3271 [email protected]

Technische Universität Clausthal (TUClausthal)Fritz-Süchting-Institut für Maschinenwesen – IMWRobert-Koch-Str. 32 D-38678 Clausthal-Zellerfeld - DeutschlandPhone: +495323/72-2270Fax: +495323/[email protected]

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