Exploração dos benefícios da utilização de manufatura aditiva na produção de joalharia

Abstract

No âmbito da unidade curricular Dissertação, do 2º ano do Mestrado em Engenharia do Produto da Universidade do Minho do ano lectivo 2022/2023 e em articulação com o CMEMS (Center for Microelectromecanical Systems) realizou-se um trabalho de desenvolvimento e produção de joalharia, com o propósito de explorar os benefícios que processos de CAM (Computer Aided Manufacturing), com auxilio de CAD (Computer Aided Design) e CAE (Computer Aided Engineering) poderiam trazer para o ramo da joalharia, considerando em especifico a produção de anéis. Os benefícios considerados foram: a precisão dimensional; e a capacidade para produzir geometrias de espessura reduzida. Já os processos considerados foram: manufactura aditiva (neste caso, de ceras que seriam posteriormente utilizadas em fundição por cera perdida); modelação tridimensional; e análises de elementos finitos. Analisou-se o estado da arte, explorando-se: os métodos tradicionais de produção de joalharia; a fundição e a sua relação com a joalharia; a utilização de CAD e CAM na joalharia; análises de elementos finitos; o mercado da joalharia; a história da joalharia; e o papel do designer. Iniciou-se um trabalho de idealização aonde se buscou inspiração a diferentes conceitos, correntes (em específico a Arte Nova) e ideias, começando-se assim a conceber diferentes conceitos de produto. Desenvolveu-se então dois conceitos de anel onde se explorou a cravação e a utilização de esmalte. Para a tomada de decisões relativas ao design dos anéis realizou-se análises de elementos finitos. Nestas análises considerou-se duas questões: a cravação da pedra num anel; e a fundição necessária para a produção dos anéis. Posteriormente realizou-se a fundição dos anéis, estando os anéis produzidos comparou-se o trabalho projectado com trabalho final, identificando as diferenças. Concluiu-se que a utilização de CAD, CAM e CAE foi possível produzir peças com desenhos altamente detalhados de espessura bastante reduzida que seria difícil de produzir utilizando métodos tradicionais, sendo estas peças: um anel com uma pedra cravada com recurso a garras que não necessita de um cravador para a realização da cravação; e um anel esmaltado que conjuga desenhos altamente detalhados com a transparência possível no esmalte. Ambos estes anéis seriam difíceis de produzir utilizando métodos tradicionais.

As part of the Dissertation curricular unit of the 2nd year of the Master's in Product Engineering at the University of Minho in the 2022/2023 academic year and in conjunction with CMEMS (Center for Microelectromechanical Systems), work was carried out on the development and production of jewellery, with the aim of exploring the benefits that CAM (Computer Aided Manufacturing) processes with the help of CAD (Computer Aided Design) and CAE (Computer Aided Engineering) could bring to the jewellery industry, looking specifically at the production of rings. The benefits considered were: dimensional precision; and the ability to produce geometries with reduced thickness. The processes considered were: additive manufacturing (in this case, of waxes that would later be used in investment casting); three dimensional modelling; and finite element analyses. An analysis of the state-of-the-art was made where: traditional jewellery production methods; casting and its relationship with jewellery; the use of CAD and CAM in jewellery; finite element analysis; the jewellery market; the history of jewellery; and the role of the designer where explored. A process of idealisation was carried out where inspiration was sought from different concepts, currents (specifically Art Nouveau) and ideas, thus beginning to conceive different product concepts. Two ring concepts were then developed, in which stone setting and the use of enamel were explored. In order to make decisions about the design of the rings, finite element analyses were carried out, these analyses considered two issues: the setting of the stone in a ring; and the casting required to produce the rings. Subsequently, the rings were cast, once produced the designed work was compared with the final work, identifying the differences. It was concluded that by using CAD, CAM and CAE it was possible to produce parts with highly detailed designs of a very reduced thickness that would be difficult to produce using traditional methods. These parts are: a ring with a stone set using claws that does not require a setter to carry out the setting; and an enamelled ring that combines highly detailed designs with the transparency possible in enamel. Both of these rings would be difficult to produce using traditional methods.