Influence of idle path optimization of nozzle extruder in additive manufacturing process

Additive manufacturing is characterized by adding material layer by layer, thus presenting little geometric limitation. This technology has revolutionized the production process and can even be employed as part of the final product. One of the existing technologies is based on the material extrusion principle, which is characterized by adding a polymeric filament through an extruder head. One of the stage of the process planning in this principle is the path planning, where the strategy and the sequence of the material deposition is defined. In this process there are idle movements (without material deposition) of the extrusion head. Several studies have already been carried out to minimize the idle time, involving path optimization algorithms, but without considering the possible side effects caused by this optimization in the manufactured parts. Therefore, the aim of this work is to evaluate the influence of path planning with and without optimization on mechanical properties, dimensional and building time of manufactured parts based in the principle of material extrusion, using polylactic acid (PLA). An experiment also was performed where it was possible to analyze the influence of the idle time of the extruder head during the material deposition in the same layer. For that an interruption of the extruder head during the material deposition was programmed. Different numbers of specimens were fabricated using 3D Cloner printer. Building time and dimensional evaluation were performed, together with tensile and 3-point bending tests. The results of tensile and bending showed a variation of 7% and 10%, on tensile at break, respectively when compared to the different path planning tested. In the experiments with interruption of the nozzle extruder the variation reached up to 46% (decrease in flexural strength). Regarding the building time between the different path planning tested, there was a difference up to 42.7% and in the dimensional evaluation it was observed small variation between the tested methods.A manufatura aditiva é um processo de fabricação que se caracteriza por adicionar material camada a camada, apresentando assim pouca limitação geométrica. Esta tecnologia tem revolucionado os processos produtivos, podendo ser inclusive empregados como parte dos produtos finais. Uma das tecnologias existentes é baseada no princípio de extrusão de material, o qual se caracteriza por adicionar um filamento polimérico através de um cabeçote extrusor. Dentro do planejamento do processo deste princípio existe a etapa de planejamento da trajetória, onde é definida a estratégia de deposição de material e qual a sequência de deposição do mesmo. Neste processo observam-se movimentos ociosos (sem deposição de filamento) do cabeçote de extrusão. Vários estudos já foram realizados a fim de minimizar os tempos ociosos, envolvendo algoritmos de otimização de trajetória, porém sem a preocupação da verificação de possíveis efeitos dessa otimização nas peças produzidas. Portanto, esse trabalho tem por objetivo avaliar a influência do planejamento de trajetória sem e com otimização nas propriedades mecânicas, dimensional e no tempo de fabricação no princípio de extrusão de material utilizando o poli (ácido láctico - PLA) como material. Também foi realizado um experimento onde foi possível analisar a influência do tempo ocioso do cabeçote extrusor durante a deposição de filamento em uma mesma camada. Para isso foi programado uma interrupção do bico extrusor durante a deposição do filamento. Corpos de prova foram fabricados utilizando a impressora 3D Cloner em diferentes quantidades. Ensaios de tração, flexão a 3 pontos, comparação do tempo de fabricação e avaliação dimensional foram realizadas. Os resultados mostraram uma variação de 7% e 10% na tensão de ruptura a tração e flexão, respectivamente, entre os diferentes planejamentos de trajetória testados. Já para os experimentos com interrupção do bico extrusor a variação chegou até 46% (decréscimo na resistência a flexão). Em relação ao tempo de fabricação entre os diferentes planejamentos testados houve uma diferença de até 42,7% no tempo de fabricação e na avaliação dimensional observou-se pouca variação entre os métodos testados