Medial axis: an application to selective laser manufacturing

Abstract

O desenvolvimento de novas tecnologias em diferentes áreas da ciência tem impulsionado e mudado profundamente o modo de ser e estar no mundo industrial. Estas tecnologias, a globalização e a procura expõem a indústria a um mercado muito competitivo. Os clientes são cada vez mais seletivos e exigentes, um fato que leva a indústria a investir seriamente em tecnologias de ponta com o objetivo de ser mais eficiente, economicamente sustentável e satisfazer os seus clientes. Neste contexto, a indústria de moldes começou a investir em tecnologias, tais como, a tecnologia SLM (Selective Laser Melting) ou Fusão seletiva a laser. Fusão seletiva a laser, que é baseada no princípio de fabricação de objetos por adição sucessiva do material, é reconhecida como uma tecnologia de fabrico muito promissora. Esta tecnologia é adequada para o fabrico de objetos com elevada complexidade geométrica que seria impossível por outras formas. Esta tecnologia tem um ponto fraco relacionado com o acabamento superficial, portanto, há uma necessidade de fresar-se o objeto para a remoção do excesso do material ou seja a rugosidade. Para o efeito e com o objetivo de otimizar as sucessivas fases aditivas e subtrativas, propusemos o uso do eixo médio e suas extensões como uma forma prática de resolver o problema e obter um ótimo acabamento superficial. A noção do eixo médio está relacionada com a teoria dos diagramas de Voronoi e já foi proposto em diversos processos de fresagem. É neste contexto que precisamos encontrar a melhor técnica que melhor se adequa à nossa situação para determinar exata ou aproximadamente o eixo médio.

The emergence of new technologies in different scientific areas has been boosting and deeply changing the industrial world. Globalization and associated demand have been exposing the industry to a very competitive market. The clients are increasingly demanding and selective, which compels the industry to seriously investing in high-end technologies in order to be more efficient, economically sustainable and to be able to satisfy its clients. In recent years the mould industry has been investing in new technologies, such as Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS), Electron Beam Melting (EBM), Selective Laser Melting (SLM).Their differences are essentially in mechanical details. Selective laser melting, which is based on the principle of material incremental manufacturing, has been recognised as a promising additive manufacturing technology. The technology is suited for creating geometrically complex components that can not possibly or feasibly be made by any other means. Since this technique has a weak point related to the surface finishing, there is a need to use techniques such as milling to remove the surplus material. To plan and optimize the successive additive and subtractive phases, we propose to use the medial axis and certain extensions of it, as a practical way of determining the best possible finishing quality of the produced object. The notion of medial axis is closely related to the theory of Voronoi diagrams, and has been proposed in several milling applications that involve motion planning. To that end we have to find which of the available construction strategies best suits our needs to determine exactly or approximately the medial axis.