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Doutorado - Tiago Rodrigues Weller

por dirppg-ct — publicado 12/11/2019 08h24, última modificação 12/11/2019 08h24
Framework para otimização dos movimentos de reposicionamento em manufatura aditiva por extrusão de material
Quando
29/11/2019
de 13h30 até 17h30
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Auditório Bloco B
Participantes
Prof. Neri Volpato, PhD Orientador - UTFPR
Luiz Carlos de Abreu Rodrigues, Dr. Coorientador - UTFPR
Banca Examinadora:
Prof. Neri Volpato, PhD Presidente - UTFPR
Prof. José Aguiomar Foggiatto, Dr. - UTFPR
Prof. Jorge Vicente Lopes da Silva, Dr. - CTI-Renato Archer
Prof. Paulo Henrique Siqueira, Dr. - UFPR
Prof. Leandro Magatão, Dr. - UTFPR
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Resumo: O tempo de fabricação é uma questão importante na manufatura aditiva baseada no princípio de extrusão de material, devido ao princípio de deposição e também a necessidade de um grande número de reposicionamento do cabeçote extrusor entre as trajetórias de deposição (contornos e trechos de rasters). O tempo gasto em reposicionamentos, geralmente chamado de tempo improdutivo, pode ser minimizado através da aplicação de algoritmos de otimização. Neste trabalho, o problema de otimização dos movimentos de reposicionamento é detalhado buscando aumentar o seu entendimento, propondo assim formas de reduzir sua complexidade computacional. A partir do entendimento do problema foi proposto um framework como método para estruturar, decompor e simplificar a sua solução. O framework foi dividido em quatro (4) etapas principais e foi idealizado de forma a permitir a aplicação de diferentes métodos de pesquisa operacional. A primeira etapa envolve alguns métodos inovadores para reduzir o tamanho do problema. Para testar o framework proposto as demais etapas foram implementadas, através de modelos de programação linear inteira mista híbrida (MILP) e metaheurísticas de busca tabu. Três casos de diferentes complexidades foram analisados e comparados com um algoritmo guloso clássico e um algoritmo de inserção do mais próximo com 2-opt. Os resultados mostraram que a estrutura foi eficaz em lidar com esse problema e, para os casos analisados, foi possível reduzir consideravelmente a distância de reposicionamento do cabeçote extrusor. A simplificação do problema para casos mais complexos ainda precisa ser analisada.

Palavras-chave: Manufatura Aditiva, Framework, Otimização movimentos de reposicionamento, Programação linear inteira mista, Busca tabu.

 

A Framework for Tool-Path Airtime Optimization in Material Extrusion Additive Manufacturing

Abstract: Building time is an important issue in material extrusion-based additive manufacturing due to the deposition principle and because head repositionings are always required between deposition segments (contours and rasters). The time waste in head repositioning, usually referred to as non-productive time can be minimized by applying optimization algorithms. In this work, the problem of repositioning movements optimization is detailed in order to increase its understanding, thus proposing ways to reduce its computational complexity. From the understanding of the problem a framework was proposed as a method to structure, decompose and simplify its solution. The framework has been divided into four (4) main steps and is designed to be used with different optimization methods. The first step was designed with some innovative methods to reduce the size of the problem. Hybrid mixed integer linear programming (MILP) models and tabu search metaheuristics were implemented to test the proposed framework. Three cases of different complexities were analyzed and compared with a classic greedy algorithm and the nearest insertion algorithm with 2-opt. The results show that the framework was effective to deal with this problem and, especially for the analyzed cases, it was possible to reduce the repositioning distance considerably. The simplification of the problem for more complex cases still needs to be analyzed.

Keywords: Additive Manufacturing, Framework, Tool-path airtime optimization, Hybrid mixed integer linear programming, Tabu search.

 

Lista de Publicações

WELLER, T.R.; WELLER, D.R.; VOLPATO, N.; RODRIGUES, L.C.A. Otimização do processo de manufatura aditiva por extrusão de material: revisão sobre os principais parâmetros de processo, linhas de pesquisa atuais e oportunidades futuras. 9º Congresso Brasileiro de engenharia de fabricação - COBEF, Joinville, 2019.

VOLPATO, N.; ZANOTTO, T.; WELLER, T.R. Influence of path optimization in the additive manufacturing process by material extrusion principle. 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, Curitiba, 2017.