1 Método de Pesquisa

1.1 Estrutura do Projeto

O fluxo de trabalho foi estruturado para isolar a contribuição de cada etapa de fabricação—formação aditiva, usinagem CNC e acabamento. Um componente de teste cilíndrico com ombros escalonados e canais internos foi selecionado para garantir a sensibilidade à desvio geométrico. Todos os parâmetros de fabricação foram mantidos constantes em ensaios repetidos para garantir a replicabilidade.

1.2 Fontes de Dados

Dados dimensionais e de superfície foram obtidos de 30 amostras produzidas sob configurações de processo idênticas. As medições foram feitas com uma máquina de medição por coordenadas (CMM), um microscópio confocal a laser e sensores embutidos no processo que registraram temperatura e carga do fuso. A seleção desses dispositivos foi baseada em sua facilidade de calibração e capacidade de reproduzir a precisão da medição em diferentes sessões.

1.3 Equipamentos e Modelos

• Impressora 3D: Sistema SLM, laser de fibra de 200 W, espessura da camada de 30 µm
• Máquina CNC: Centro de usinagem de 5 eixos com compensação automática de ferramentas
• Ferramentas de Acabamento: Cabeça de fresagem CBN, mídia abrasiva de diamante
• Modelo de Dados: Modelos de regressão para predição de desvio, validados por ANOVA de medidas repetidas
• Todos os parâmetros usados nas etapas de usinagem e acabamento estão listados no Apêndice A para garantir a total reprodutibilidade experimental.

2 Resultados e Análise

2.1 Precisão Dimensional

Tabela 1 mostra o desvio dimensional médio nas três condições.
As amostras híbridas mantiveram um desvio abaixo de ±0,015 mm, em comparação com ±0,042 mm para peças apenas aditivas. Essa melhoria está alinhada com estudos que relatam que a redistribuição do material durante a pós-usinagem compensa os efeitos de acúmulo de calor em camadas [1].

2.2 Rugosidade da Superfície

O acabamento híbrido reduziu Ra de uma média de 12,4 µm para 1,8 µm, conforme resumido na Figura 1. A etapa de acabamento eliminou partículas parcialmente fundidas e reduziu artefatos de degrau.

2.3 Eficiência do Processo

A análise do tempo de ciclo indica uma redução de 23% no tempo total de processamento em comparação com a usinagem subtrativa convencional sozinha. Os registros de carga da ferramenta mostraram uma diminuição de 9 a 12% no torque do fuso devido à menor folga de usinagem deixada após a pré-formação aditiva.

2.4 Interpretação Comparativa

A referência cruzada com pesquisas anteriores [2,3] mostra que a melhoria dimensional está alinhada com as expectativas para a fabricação híbrida. No entanto, a magnitude da melhoria da qualidade da superfície é maior do que o relatado anteriormente, provavelmente devido ao controle refinado da temperatura na etapa aditiva.

3 Discussão

3.1 Interpretação dos Resultados

Os resultados demonstram que os fluxos de trabalho híbridos compensam a instabilidade térmica típica da fusão de pó metálico. A folga de usinagem projetada na geometria impressa remove efetivamente as zonas de deformação induzidas pelo calor. A menor carga da ferramenta sugere uma redução do estresse mecânico nas arestas de corte, contribuindo para a estabilidade do tempo de ciclo.

3.2 Limitações

O estudo se concentrou em uma única geometria e liga metálica. Os resultados podem variar com estruturas internas mais complexas ou materiais com diferentes comportamentos de coeficiente de expansão térmica. Além disso, apenas um tipo de ferramenta de acabamento foi avaliado.

3.3 Implicações Práticas

Indústrias que exigem iterações rápidas—como robótica, componentes aeroespaciais e dispositivos médicos personalizados—podem se beneficiar da fabricação híbrida para obter precisão sem fluxos de trabalho subtrativos completos. A redução no tempo de usinagem é particularmente relevante para pedidos personalizados de pequeno lote.

4 Conclusão

A abordagem integrada que combina impressão 3D, usinagem CNC e acabamento de superfície melhora a precisão dimensional e a consistência da superfície, ao mesmo tempo em que reduz o tempo de ciclo. O fluxo de trabalho aborda a distorção geométrica causada pela fabricação aditiva e suporta requisitos de tolerância mais rigorosos. Trabalhos futuros podem investigar componentes multimateriais, trajetórias de ferramentas de acabamento adaptativas e otimização de processos orientada por modelos.