Design, prototipagem rápida e seus meios-Parte III
Autor: Prof. Paulo Miranda | Publicado: 2009-09-26T05:04:00-07:00

Diferenças entre processosHa muitos outros sistemas, disponíveis comercialmente ou sob pesquisa e desenvolvimento, baseados em diferentes processos. Dentre estes se incluem o Shape Deposition Manufacturing (SDM) e Three Dimensional Printing (3DP). A tabela abaixo resume as características dos processos mais conhecidos e de Prototipagem Rápida atualmente disponíveis. A tabela abaixo resume as características dos processos mais comuns de Prototipagem Rápida atualmente disponíveis.Ferramentas de SoftwareO primeiro pré-requisito para a utilização de um sistema de Prototipagem Rápida e a modelagem das formas e geometrias pretendidas através de um ambiente CAD. O modelo 3D matemático é usualmente exportado pelo pré-processador CAD através de um arquivo, geralmente no formato STL. Este formato é a representação geométrica da peça a ser produzida, utilizando uma malha de triângulos. Em alguns casos irregularidades estão associadas a esta maneira de representar a geometria matemática, como furos, partes sobrepostas ou lacunas nos limites das superfícies, além das imperfeições que podem ocorrer devido ao numero limitado de triângulos na malha de representação das formas geométricas. Para tratar com estas irregularidades muitas ferramentas estão comercialmente disponíveis pare manipular arquivos STL, validando estes arquivos e reparando os problemas usualmente encontrados. A manipulação é possível através do uso de ferramentas de visualização com sombreamento e dimensionamento da peça. A quantidade e qualidade de triângulos em um arquivo STL pode ser otimizada, criando modelos mais precisos e realísticos. Outros formatos de arquivos são comumente utilizados para esse fim, como por exemplo, o de extensão IGES. Diferente do STL o IGES apresenta um maior número de informações do modelo em questão e por conseqüência um maior peso em seu tamanho.Várias ferramentas de conversão estão disponíveis, devido à diversidade de formatos para representação geométrica, permitindo a conversão de diferentes formatos em STL. A maioria dos padrões comuns para a representação geométrica de dados é: IGES, Initial Graphics Exchange Specification (Padrão ANSI), STEP - Slandard for the Exchange of Product Model Data (Padrão ISO 10303) e VDA-FS (Padrao DIN). Há também ferramentas para a conversão de imagens médicas, como Tomografias computadorizadas (CT) e Ressonância Magnética (MRT) em formato STL.Estas ferramentas incorporam recursos para compensar mudanças na forma do protótipo devido à contração e deformidades intrínsecas de alguns processos de Prototipagem Rápida ou para compensar um revestimento posterior ou trabalhos de acabamento. Outros recursos destas ferramentas permitem a união de diferentes modelos em STL e também criar um novo (editando), mudando a forma do modelo, inserir furos, criar pinos de união, cortar partes do modelo, etc. Com estas ferramentas é possível a criação de modelos ocos e superfícies finas, otimizando o tempo e material gasto, levando em consideração redução de problemas de deformação. Em alguns processos baseados em líquido, se faz necessário uma ferramenta para a geração automática de estruturas de suporte.Um exemplo de uma ferramenta muito especializada na área de Prototipagem Rápida é um sistema desenvolvido no Laboratório de Prototipagem Rápida do BIBA na Alemanha o qual apóia usuários na busca por melhores soluções na geração de protótipos baseados em dados matemáticos desenvolvidos em CAD. A seleção e baseada em informações sobre materiais, máquinas, processos e protótipos.Prototipagem Rápida, aplicações e limitaçõesAs técnicas de Prototipagem Rápidas têm sido aplicadas com sucesso na fabricação de protótipos funcionais e ferramentas para produção em massa. A produção de protótipos funcionais é ainda, em alguns casos, um processo caro e que consome muito tempo, devido à relação de tamanhos e maquinário.De acordo com Hilton, o uso das técnicas de Prototipagem Rápida na fabricação de ferramentas pode reduzir em 75% o tempo de desenvolvimento. Não reduzindo apenas o tempo, mas também o custo de desenvolvimento do produto. Como exemplo os fabricantes de brinquedo, poderiam utilizar tecnologias de Prototipagem Rápida para suprir suas necessidades de produção em larga escala do mesmo produto em um tempo limitado, com desenvolvimento de novos produtos pare cada época do ano.Peças produzidas através de técnicas de Prototipagem Rápida são cada vez mais usadas para produção de pré-séries e produção de alto e baixo volume. Por exemplo, a Ford Motor Co. , utiliza técnicas de Prototipagem Rápida para produzir moldes metálicos para uma peça plástica na linha Explorer.ASHLEY relata que a gerencia da Ford acredita que os novos processos resultaram em economia de 30% a 50% nos custos e tempo para produção de ferramentas. Tecnologia para fabricação de ferramentas para produção em massa já tem sido desenvolvida de forma bem sucedida.Outra principal aplicação para Prototipagem Rápida tem sido a produção rápida de modelos pare fazer peças para visualização, marketing visual, ou alguma outra aplicação onde o protótipo pode representar uma importante função para melhor comunicação, teste, simulação, ou simples visualização. Além disso, as tecnologias de Prototipagem Rápida possibilitam a produção de peça complexas que são impraticáveis ou impossíveis de construir com métodos tradicionais.O desenvolvimento de ferramentas para converter imagens CT ou MRT em formato STL propiciam a integração entre estas imagens com máquinas de Prototipagem Rápida, abrindo um novo campo de aplicações. Cirurgias e próteses podem ser mais bem planejadas implicando em menor tempo e sofrimento na recuperação de pacientes.Análise por computador - Elementos finitos e estática linear de tensõesOs softwares de CAE (Engenharia Assistida por Computador) utilizam modelos digitais para simular fenômenos físicos reais através de métodos numéricos aproximados. Os sistemas CAE mais difundidos atualmente são baseados no método dos elementos finitos, o qual deduz um modelo desenvolvido com auxílio do CAD em muitas partes pequenas, resolvendo então em um conjunto de equações algébricas para obter os resultados desejados, em função do carregamento e das condições de contornos aplicados.Os sistemas CAE já são razoavelmente difundidos entre os engenheiros mecânicos e civis, principalmente para a realização de cálculos estruturais envolvendo tensões estáticas lineares. Entretanto, existem inúmeras situações mais complexas em que este tipo de cálculo acarreta dificuldades práticas e imprecisões importantes.Por exemplo, para se analisar a resistência mecânica do quadro de uma bicicleta com o uso de um sistema CAE tradicional, seguiríamos as seguintes etapas: desenhar a geometria da bicicleta, definir os materiais envolvidos, definir as forças externas que a estrada exerce sobre a bicicleta enquanto esta se movimenta, definir as condições de contorno, processar os cálculos e interpretar os resultados. Tal exemplo evidencia uma pergunta inerente a este tipo de análise - "Quais são os valores das forças exercidas pela estrada sobre as rodas da bicicleta enquanto esta se movimenta?" A resposta a esta questão freqüentemente não está prontamente disponível, exigindo a realização de experiências práticas ou a adoção de hipóteses simplificadoras. Com a recente tecnologia de simulação de eventos mecânicos, não existe mais a necessidade de se encontrar uma resposta a esta pergunta para se executar a análise de tensões por elementos finitos.