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Mestrado - Ricardo Casagrande Faust

por dirppg-ct publicado 03/12/2019 07h47, última modificação 03/12/2019 07h47
Método paralelo de cálculo da trajetória de preenchimento em zigue-zague para manufatura aditiva
Quando
06/12/2019
de 08h30 até 11h30
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Sala EK-104
Pessoa de contato
Prof. Neri Volpato
Participantes
Orientador(a): Prof. Neri Volpato, Ph.D. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Rodrigo Minetto, Ph.D. - UTFPR
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Neri Volpato, Ph.D. - UTFPR
Prof. Eduardo Todt, Dr. - UFPR
Prof. Milton Borsato, Dr. - UTFPR
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Resumo: A manufatura aditiva (Additive Manufacturing - AM) é um processo de fabricação através da adição sucessiva de camadas de material. O planejamento do processo é uma etapa computacional anterior à fabricação, na qual o modelo tridimensional CAD (Computer Aided Design) é processado e convertido em informações que serão utilizadas pela máquina de produção. Nesta fase, a peça é fatiada em camadas e, para cada camada, é identificada a área que deve ser preenchida com material. A escolha da estratégia de preenchimento e a definição de seus parâmetros de cálculo é de fundamental importância para a AM, pois confere diferentes propriedades mecânicas ao objeto, além de impactar no tempo e custo de fabricação da peça. O desenvolvimento das máquinas de AM, que permitem a fabricação de peças maiores e com camadas mais finas, faz com que a demanda computacional do planejamento do processo se torne cada vez maior, de modo que em alguns casos este processamento pode levar horas. O desenvolvimento de algoritmos mais eficientes para o planejamento do processo abre uma série de possibilidades, como por exemplo, a otimização de parâmetros via simulações. Atualmente, a paralelização de algoritmos e a aceleração da computação por placas gráficas são técnicas muito utilizadas na literatura. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um novo método paralelo para o cálculo de uma das principais estratégias de preenchimento utilizada na tecnologia de extrusão de material (tipo Modelagem por Fusão e Deposição - FDM), que é a estratégia zigue-zague (raster). Através de testes computacionais e de um estudo de aplicação, o método foi avaliado para verificar a sua capacidade em resolver o problema do cálculo do zigue-zague, medir o seu ganho computacional, e avaliar os benefícios da sua utilização na otimização de parâmetros do cálculo da trajetória. Os resultados mostraram que o método paralelo proposto é funcionalmente correto e que gera ganho computacional relevante, sendo até 22 vezes mais rápido que seu equivalente serial. O estudo de aplicação mostrou que a simulação de parâmetros da trajetória resulta em um aumento de até 38% no comprimento médio das retas de raster, reduzindo o tempo de fabricação da peça.
Palavras-chave: manufatura aditiva, planejamento do processo, zigue-zague, algoritmo, paralelismo, gpu, opencl

Parallel zigzag generation method for additive manufacturing
Abstract: Additive manufacturing (AM) is a manufacturing process by successively adding layers of material. Process planning is a pre-manufacturing computational step in which the three-dimensional CAD (Computer Aided Design) model is processed and converted into information that will be used by the machine. At this stage, the part is sliced ​​into layers and, for each layer, the area to be filled with material is identified. The choice of the filling strategy and the definition of its calculation parameters is of fundamental importance for AM, as it confers different mechanical properties to the object, also impacting the time and cost of manufacturing. The development of AM machines, which allow the manufacture of larger parts with thinner layers, increases the computational demand of the process planning, which in some cases can take hours. Developing more efficient algorithms for process planning opens up a number of possibilities, such as parameter optimization via simulations. Currently, the parallelization of algorithms and the acceleration using graphics processors are techniques widely used in the literature. This work aims to develop a new parallel method for the calculation of one of the main filling strategies used in material extrusion technology (Fused Deposition Modeling - FDM), which is the zigzag (raster) strategy. Through computational testing and an application study, the method was evaluated to verify its ability to solve the zigzag calculation problem, to measure its speedup, and to evaluate the benefits of its use in optimizing the parameters of the trajectory. The results showed that the proposed parallel method is functionally correct and generates relevant computational gain, being up to 22 times faster than its serial counterpart. The application study showed that simulating path parameters results in up to 38% increase in average length of raster lines, reducing manufacturing time.
Keywords: additive manufacturing, process planning, zigzag, toolpath, algorithm, parallel, gpu, opencl


Lista de publicações:
FAUST, R. C.; VOLPATO, N.; MINETTO, R. Métodos de cálculo de trajetória de preenchimento zigue-zague para manufatura aditiva. In: 9º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação, 2017, Joinville. Anais do 9º COBEF, 2017.

FAUST, R. C.; VOLPATO, N.; MINETTO, R. A review of zigzag toolpath generation methods for additive manufacturing. In: 39th International MATADOR Conference on Advanced Manufacturing, 2017, Manchester. Proceedings of the 39th MATADOR Conference. Manchester: The University of Manchester, 2017.