CONSTRUINDO UMA IMPRESSORA 3D DIDÁTICA – UMA INTERAÇÃO ENTRE UNIVERSIDADE E COMUNIDADE

Alisson Henrique Silva – alisson000silva@gmail.com Programa de Educação Tutorial em Física - Universidade Estadual de Maringá – Departamento de Física Maringá - Paraná Danilo Ricardo Rosa de Sá – danilo_ricardo360@hotmail.com Enrico Doherty Andrade – enrico700@hotmail.com Jaqueline Letícia do Carmo – jaquelinelcarmo@gmail.com Resumo: No trabalho corrente nos utilizamos de um artifício tecnológico recente para disseminar o ensino de ciência e estimular o interesse pela mesma. Sabendo que grande parte da população encara a física como um tabu, idealizamos este projeto como parte do PET(Programa de Educação Tutorial) Física-UEM, pois sentimos a necessidade de tornar o ensino de física mais democrático e instigante. A partir de um projeto Open Source chamado RepRap, estudamos a estrutura de uma impressora 3D de modo que o projeto apresentasse baixo custo e que em sua finalidade demonstrasse fácil montagem e aquisição da mesma. Escolhemos esta forma de abordar o problema, pois esta é uma tecnologia relativamente nova, chamando atenção inclusive de pessoas fora do meio cientifico, sendo este um dos nossos principais objetivos. Além disso, esta é uma tecnologia que torna a confecção de experimentos de nossa necessidade mais simples e precisos. Palavras-chave: Impressora 3D, inovação tecnológica, divulgação científica.

1 INTRODUÇÃO

Um dos alicerces do grupo tutorial em física é a interação da graduação com a comunidade, para isto nos utilizamos de experimentos de fácil acesso para estimular o interesse pela ciência e tecnologia, e, consequentemente, quebrar o tabu do ensino de ciências e especialmente no nosso caso, o ensino de física. Temos como experiência a utilização de vários experimentos para a divulgação científica. Notando um desinteresse exponencial por parte da comunidade, resolvemos buscar novas alternativas para

aumentar a visibilidade da tecnologia no âmbito social. O instrumento escolhido para alcançar o objetivo em questão foi a impressora 3D, já que a mesma apresenta aspectos condizentes com a filosofia do projeto, sendo sua construção totalmente modular, ou seja, podemos fazer alterações necessárias conforme a necessidade. Através da utilização da impressora 3D nosso maior objetivo é atrair a atenção e interação da sociedade com a tecnologia, e analogamente construir uma visão de “ciência para todos”.

2 ABORDAGEM HISTÓRICA

Impressoras 3D são baseadas em uma tecnologia conhecida por FFF/FDM (Fused Filament Fabrication / Fused Deposition Manufacturing) que consiste em uma forma de fabricação aditiva, ao contrario dos métodos até então existentes, que se baseavam em subtrair camadas de um bloco de certo material ate formar a escultura da peça desejada. Com a manufatura aditiva, a fabricação se tornou muito mais econômica, pois só é adicionado material onde realmente é necessário e muito mais precisa e eficiente, pois constrói o objeto até em seu interior, sendo possível configurar sua geometria interna e densidade.

Esta tecnologia conhecida por FDM é patenteada por uma empresa conhecida por Stratasys e existe desde os anos 90. Outra forma de manufatura tecnicamente aditiva, é o SLS (Selective Laser Sintering), foi desenvolvida por Chuck Hull da empresa 3D Systems. Chuck Hull foi responsável por desenvolver um formato de arquivo conhecido por STL (STereoLitrography), que muito usado hoje em dia nas impressões 3D.

Com a queda na patente da tecnologia FDM, Dr. Adrian Bowyer, professor de engenharia mecânica da Universidade de Bath no Reino Unido em 2005 fundou um projeto conhecido por RepRap, um termo abreviando: Replicating Rapid Prototyper, o projeto rebatizou o termo FDM para FFF. O projeto RepRap é totalmente de código aberto, qualquer um pode reproduzir sob licença GPL. Ou seja, é possível montar em sua casa, comprar, vender, editar, modificar, contando que não seja vendido ou usado em projetos de código fechado, essa ideia de código aberto é compartilhada desde suas placas controladoras, até firmware e outros programas necessários.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente foi discutida com o grupo em suas reuniões semanais uma maneira de tornar os experimentos de extensão mais interativos e práticos, como o tema da manufatura aditiva está em alta, casar esta forma de criação de objetos digitais com a nossa necessidade foi à ideia mais adequada. De início, pesquisamos um modelo a ser montado que fosse compatível com a necessidade do grupo, ter suas peças de fácil acesso e baixo custo foi um dos principais objetivos. Em seguida, estudamos a parte eletrônica que compõe a máquina (figura 1) e, consequentemente, a parte dos softwares que comunicam com a eletrônica.

Figura 1: Ilustração da máquina completamente montada. Fonte: Arquivo dos autores

Tipos de filamentos: ABS: É o mais barato e comum, não é indicado para peças grandes, pois o coeficiente de dilatação é grande, então, peças grandes podem empenar. PLA: É um pouco mais caro, pois é mais recente então é menos popular. Tem a grande vantagem de ser biodegradável e o coeficiente de dilatação ser menor, oferecendo a peça, um empenamento quase nulo. Tendo isso em mente, o material escolhido foi o ABS, por ser mais barato e servir para nossos propósitos.

3.1 Montagem estrutural

A estrutura da máquina (figura 2) é composta por guias lineares, rosca sem fim (parafuso infinito), rolamentos lineares e rolamentos de esferas, correias, polias, porcas e arruelas. Todos esses materiais foram comprados em lojas de parafusos na cidade e foi completamente montada pelo grupo.

Figura 2: Imagem ilustrando a montagem da estrutura do modelo escolhido.

Fonte: Garyhodgson.com

Além deste modelo, existem outros com diferentes propósitos, porém isto implica em outras peças estruturais, aumentando o custo final. Todos os outros modelos compartilham da filosofia do projeto, são totalmente livres para montagem.

3.2 Montagem da eletrônica e outras peças

A eletrônica (figura 3) é formada por uma placa controladora, que consiste em um arduino, motores de passo, fonte de computador, mesa aquecida, termistores, cartucho aquecedor e bico aquecido. Estes itens foram comprados na China via internet.

Figura 3: Exemplo de placa controladora.

Fonte: Arquivo dos autores

Existe uma infinidade de outros modelos de placas controladoras, todas elas podem ser confeccionadas em casa, adquirindo os componentes necessários e fazendo a PCB. Podemos citar: Rumba, ultimaker, gen7, gen7Br, Melzi, 4Pi, Sanguinolu e inúmeras outras.

Quantidade Descrição 83 Porca 8mm 93 Arruelas 8mm 6 Arruela 8mm aba larga 2 Parafusos 4mm 2 Porcas 4mm 2 Arruelas 4mm 22 Parafusos 3x10mm 16 Parafusos 3x25mm 4 Parafusos 3x40mm 70 Arruelas 3mm 40 Porcas 3mm 2 Parafusos sem cabeça 3mm 5 Rolamentos 608 (skate) 6 Rosca sem fim 8x370mm 4 Rosca sem fim 8x294mm 3 Rosca sem fim 8x440mm 2 Rosca sem fim 8x210mm 1 Rosca sem fim 8x50mm 2 Guia linear 8x420mm 2 Guia linear 8x406mm 2 Guia linear 8x350mm 2 Correia gt2 (2x1metro) 50 Abraçadeira de nylon 5 Nema 17 1 Arduino Mega 1 Shield Ramps 5 Driver a4899 2 Termistores NTC 100k Ω 1 Hotend 1 Cartucho aquecedor X Fios 1 Mesa aquecida 5 Motores de passo 1 Fonte ATX 350W 3 Chave fim de curso

Tabela 1: Relação de peças necessárias.

3.3 Configuração do firmware

Ao escolher a placa controladora é preciso ter em mente qual firmware irá usar, pois variando a placa, irá variar as entradas de sinal configuradas no firmware. Um firmware compatível com a controladora escolhida é chamado de Marlin. Após instalar o driver do arduino foi feito alterações no Marlin e o firmware foi upado para a placa controladora.

4 APLICAÇÕES

Com todo o processo físico necessário para montar a impressora 3D realizado, nos utilizamos de eventos realizados pela universidade que abrangem além dos graduandos, a comunidade. Exemplos deste: PET na Praça, evento realizado no Shopping Cidade - Maringá PR; Mostra de Profissões UEM 2014; e Workshops realizados pelo grupo. Através desses eventos foi possível interagir com a comunidade em geral e demonstrar em tempo real o funcionamento da mesma. Desta forma, conseguimos aproximar a relação entre a sociedade e as recentes tecnologias. Buscamos dessa forma diminuir o analfabetismo tecnológico e cientifico existentes nos dias atuais, mostrando que mesmo um experimento que normalmente pessoas comuns não teriam contato, a mesma pode ser confeccionada e trabalhada com um pouco de esforço. Nesta atividade, o que mais nos interessa é estimular curiosidade na população quando a mesma se depara com algo inovador. Podemos então dizer pelo fluxo de pessoas e pelo numero questões levantadas, um alto interesse por parte das pessoas que visitaram nosso estande.

Algumas imagens (figuras 4,5 e 6) relacionadas aos eventos podem ser vistas a seguir:

Figura 4: Impressora 3D montada pelo grupo PET Física – PET na Praça Fonte: Arquivo dos autores

Figura 5: Evento do grupo tutorial em física na Praça Fonte: Arquivo dos autores

Figura 6: Reconhecimento pela mídia local. Fonte: Arquivos dos autores

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao longo deste trabalho conseguimos atingir com grande satisfação nossos objetivos, pois a interação percebida durante os eventos foi avaliado como positivo. O questionamento por parte dos visitantes que compareceram ao estande de mostra na praça é algo a se destacar, de modo que donas de casa, autônomos, pessoas que não têm grande contato com este mundo puderam tirar suas dúvidas e se mostraram interessadas pelo assunto deveras excepcional. Este foi apenas um caminho em que esta máquina foi utilizada, porém, a tecnologia permite uma vasta aplicação, abrindo mais os leques de acesso à comunidade em geral.

Agradecimentos

Gostariamos de agradecer ao MEC pelo custeio enviado semestralmente para os grupos PET, este financiamento foi fundamental para a conclus

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Internet 3dmachine <www.3dmachine.blogspot.com.br> Acessado em 28 de abril de 2014. 3dprinting <www.3dprinting.com> Acessado em 15 de abril de 2014. 3dprintingindustry.com <www.3dprintingindustry.com> Acessado em 14 de abril de 2014. Garyhodgson.com <http://garyhodgson.com/reprap/prusa-mendel-visual-instructions/> Acessado em 25 de novembro de 2013. RepRapMagazine <www.reprapmagazine.com> Acessado em 22 de julho de 2014. RepRap.org <www.reprap.org> Acessado em 20 de novembro de 2013. RepRapBR <https://groups.google.com/forum/#!forum/reprapbr> Acessado inúmeras vezes. RichRap <www.richrap.blogspot.com.br> Acessado em 1 setembro de 2014.

BUILDING A DIDATIC 3D PRINTER – AN INTERACTION BETWEEN UNIVERSITY AND COMMUNITY

Abstract: In the current work we used in a recent technological artifice to spread the teaching of science and stimulate interest in same. Knowing that much of the population sees physics as a taboo, we designed this project as part of PET (Tutorial Education Program) Physics-UEM because we feel the need to make teaching Physics more democratic and exciting. From an Open Source project called RepRap, we study the structure of a 3D printer choosing a project that show low cost and demonstrate easy assembly and acquisition of same. We chose this approach to the problem, as this is a relatively new technology, it draws attention of people outside the scientific environment, this being one of our main goals. Furthermore, this is a technology which makes the manufacture of our experiments needs more simple and accurate. Key-words: 3D Printer, technological innovation, scientific dissemination.