Tomografia elétrica capacitiva planar aplicada à inspeção da qualidade de peças fabricadas pelo processo de manufatura aditiva: estudos preliminares

Abstract

A manufatura aditiva tem atraído cada vez mais o interesse de empresas e pesquisadores por apresentar diversas vantagens em relação aos processos de produção subtrativos. No entanto, como qualquer outro produto, uma peça fabricada utilizando impressão 3D também necessita de inspeção para verificar a sua qualidade pois pode apresentar defeitos provenientes de seu processo de fabricação. A Tomografia Capacitiva Elétrica (ECT) é uma técnica muito utilizada que tem como propósito gerar uma imagem levando em conta a permissividade relativa dos materiais presentes na área sensitiva do sensor. Através do algoritmo de Landweber aplicado para resolução do problema inverso, levando em conta as 𝑁 medições de capacitância influenciadas pela distribuição de permissividade dos materiais sobre o sensor reconstrói-se uma imagem. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o melhor arranjo de eletrodos que forneça a melhor sensibilidade para identificação de defeitos e otimizar os parâmetros geométricos de construção do sensor capacitivo elétrico para obter melhores resultados. Para tanto, foram utilizados os programas de simulação COMSOL e MATLAB com o intuito de avaliar a influência dos parâmetros de construção nas medidas das capacitâncias. Por fim, as imagens geradas a partir das 2 configurações (configuração 1 e 2) de sensores e suas respectivas alterações (configuração 2 – nova discretização e matriz 𝑆 com novo background) foi analisado a capacidade do sensor em reconstruir geometria e identificar posição dos defeitos no espaço. As imagens reconstruídas apresentaram resultados satisfatórios para o trabalho proposto tendo em vista que o sensor conseguiu reproduzir os defeitos nestas imagens.

Additive manufacturing has attracted more and more the interest of companies and researchers for presenting several advantages over subtractive production processes. However, like any other product, a part manufactured using 3D printing also needs inspection to verify its quality, as it may have defects from its manufacturing process. Electrical Capacitance Tomography (ECT) is a widely used technique that aims to generate an image considering the relative permittivity of the materials present in the sensor's sensitive area. Through the Landweber algorithm applied to solve the inverse problem, considering the 𝑁 capacitance measurements influenced by the permittivity distribution of the materials on the sensor, an image is reconstructed. The present work aims to evaluate the best electrode array that provides the best sensitivity for defect detection and optimize the geometrics parameters of the eletrical capacitive sensor construction to obtain better results. For that, the simulation programs COMSOL and MATLAB were used in order to evaluate the influence of the construction parameters on the capacitance measurements. Finally, the images generated from the 2 configurations (configuration 1 and 2) of sensors and their respective changes (configuration 2 - new discretization and 𝑆 matrix with new background) were analyzed for the sensor's ability to reconstruct geometry and detect defect form and positions. The reconstructed images presented satisfactory results for the proposed work, considering that the sensor was able to reproduce the flaws in these images.