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Departamento de Artes e Design

MODELAGEM E SIMULAÇÃO 3D EM PROJETOS

INTERDISCIPLINARES DE DESIGN

Aluno: Gerson Ribeiro

Orientador: Claudio Freitas de Magalhaes

Introdução

O projeto trata de Modelagem e Simulação 3D em projetos interdisciplinares de design

realizados no Laboratório de Modelagem e Simulação 3D do Departamento de Artes e Design

da PUC-Rio. Visa introduzir e difundir a modelagem e simulação tridimensional digital -

virtual e física em projetos de natureza multidisciplinar no âmbito do curso de pós graduação

e graduação em Design da PUC-Rio. Inclui pesquisas em desenvolvimento de produtos,

moda, ergonomia, design gráfico e digital. No escopo do projeto inclui-se o aprendizado de

equipamentos a serem utilizados na captura de superfícies tridimensionais (scanner a laser e

luz branca para obtenção digital de geometrias tridimensionais), equipamento para simulação

e modelagem interativa sensorial (haptic device), equipamentos para impressão tridimensional

física (sistema de Prototipagem Rápida, frezadora CNC e cortadora a laser), material

computacional e acessórios eletrônicos para construção de protótipos com funções interativas.

O projeto justifica-se para que estudantes do curso de Design possam auxiliar nas atividades

de pesquisa a serem desenvolvidas neste laboratório. Torna-se importante ressaltar, também, a

inovação e originalidade da presente proposta de um laboratório de simulação e modelagem

3D em uma instituição de ensino superior em Design no Brasil, integrando diversas áreas de

conhecimento e disciplinas do design.

Objetivos

O presente projeto tem por objetivo viabilizar a utilização integrada do saber tecnológico em

modelagem e simulação tridimensional virtual e física na formação de profissionais e

pesquisadores aptos a atuarem em projetos nas diversas áreas do Design, tais como, Design de

Produtos, Mídia Interativa, Moda, Animação e Arquitetura, a serem desenvolvidas por alunos,

professores e pesquisadores do Departamento de Artes & Design da PUC-Rio e do Instituto

Nacional de Tecnologia.

Metodologia

Os métodos propostos no presente projeto estão relacionados a obtenção de superfícies, para a

representação 3D digital e para a representação física tridimensional de modelos e protótipos.

Com os avanços computacionais, novas possibilidades na transposição das ideias geradas no

desenvolvimento de projetos para o meio virtual podem ser feitas com tecnologias digitais

como a captura de imagens de superfícies através de scanners 3D (a laser ou luz branca). Com

esta tecnologia, o modelo físico construído manualmente tem sua geometria transferida para o

computador através da captura digital da superfície, o que garante a fidelidade geométrica e

dimensional desenvolvida pelo aluno / projetista / pesquisador e sua posterior manipulação.

Esta manipulação pode passar por ajustes de superfície, alterações de escala, mudança de

cores, inserção de aplicações gráficas, animações e outros. Essas manipulações permitem o

desenvolvimento de variantes utilizadas no processo de simulação e testes adequados a

multidisciplinaridade dos processos de design. Também a interface entre usuário e o hardware

passa por novas tecnologias de interação de uso além dos habituais mouses, tais como as

tecnologias “haptic” que simulam sensações táteis durante o procedimento de modelagem

virtual entre o usuário e a tela dos computadores e os monitores de intervenção direta na tela


(Wacom Cintiq). Estes equipamentos por possuírem interação tátil sensorial entre o hardware

e a modelagem virtual, possibilitarão a realização de simulações de testes diversos. No

desenvolvimento de projetos, após as alternativas serem modeladas em softwares de

modelagem 3D e (ou) capturadas através de scanners 3D, a etapa da materialização física será

feita através de sistemas convencionais ou sistemas automatizados que seguem genericamente

dois processos básicos: 1 - por remoção de matéria prima através de frezadoras operadas por

controle numérico computacional - CNC e corte a laser para superfícies bidimensionais

(planas) em matérias primas diversas. 2 - por deposição de matérias primas diversas –

tecnologias conhecidas como Prototipagem Rápida. Importante salientar que ambos os

sistemas se destacam pela precisão dimensional e velocidade de construção de modelos e

protótipos com alta complexidade geométrica, e são escolhidos conforme as características do

produto a ser representado/simulado.

Novos equipamentos foram adquiridos para o laboratório nesse segundo ano, ampliando

assim as opções de construção das formas e de novos estudos destas tecnologias para

atendimento dos projetos.

Cubify – Cube:

Mais uma tecnologia de impressão tridimensional,

mas com o diferencial de ser um modelo comercial e

doméstico. Ela possui resolução parecida com o da

FDM uPrint.

Robotic ARM:

Um braço mecânico que se comunica com o

computador via interface USB. Pretendemos fazer

estudos com ela, fazendo-a obedecer a uma arduíno e

assim um várias experimentações com sensores e

outros tipos de interfaces interajam e controlem ele.

3D Touch:

Esta é mais uma impressora 3D, da mesma fabricante

da Rap Man, ela é uma versão nova da que já

possuímos no laboratório, porém possui dois

cabeçotes de impressão o que a permite imprimir em

duas cores ou com suporte solúvel, tonando assim a

impressora equivalente a uPrint (impressora

industrial) que também possuímos no laboratório.


Em mais um ano de trabalhos, passaram a fazer parte do projeto novos bolsistas, e o

treinamento de capacitação para o uso das tecnologias presentes foi de minha

responsabilidade. Com o adicional de pessoal foi possível aumentar a capacidade de

atendimento, uma vez que, nesse período o NEXT expandiu as atividades para além dos

atendimentos às pesquisas. Passamos a dar suporte a aulas da graduação de novas tecnologias,

com demonstrações e workshops, em que os alunos criavam suas ideias e colocavam em

prática em nosso espaço. Damos suporte também a aulas da pós-graduação, sendo as aulas de

ministradas no Laboratório e dando suporte às pesquisas iniciadas e desenvolvidas pelos

alunos. Participamos também de quatro eventos, expondo e demostrando tecnologias em

eventos pelo país e até forma dele. Os eventos serão listados abaixo e descritos mais adiante

no relatório.

Bienal Brasileira de Design, edição 2012, que ocorreu em Belo Horizonte - MG

Rio + Design no MAM - Museu de Arte Moderna do Rio - RJ

Semana de Design da PUC-Rio, pelo segundo ano. Nesse estivemos presentes também

auxiliando no desenvolvimento da feira.

Milano "iSaloni"/ Rio+Design, edição 2013, em Milão – Itália

Alguns projetos atendidos:

Projeto de produto / pós graduação / prof Ana: Impressões de modelos de joias fruto dos

trabalhos da matéria de modelagem para joias da pós graduação

A esquerda, roda após a impressão e a direita o chassi já limpo.


Engenharia Mecânica/ Pesquisa / prof. Ana Rosa: Impressão de dois modelos de hélices

para um protótipo de turbinas eólicas para os alunos da Graduação de engenharia. Foram

impressas na uPrint;

Imagens do modelo digital. Imagens do modelo em uso


Projeto de produto / graduação / aluna Larissa Heringer: Trabalho de projeto de

conclusão em que foi feito o escaneamento de uma Pitaia, uma fruta com superfície irregular

que posteriormente foram aplicadas texturas no modelo virtual, simulando como seria uma

joia na forma da fruta. Foi utilizado o escâner Artec.

A esquerda, a fruta no momento da digitalização e a direita o modelo digitalizado

Engenharia Civil / pesquisa / Professora da Djenane: em seu projeto biomédico sobre

próteses para ganho de pele, dando continuidade ao projeto, foram feitos novos

escaneamentos 3D de experimentos de variação de volume para medição através de software

da área superficial.

Imagens das superfícies digitalizadas e tratadas


Projeto de Produto / graduação / aluna Joana Gamillscheg: em seu projeto de conclusão

de curso de uma prótese para cachorros com problemas de locomoção e idosos, solicitou-nos

o escaneamento do corpo de um cachorro. Mediante autorização especial por se tratar de

animais, foi feito escaneamento utilizando Kinect, um tratamento e fechamento do modelo

para posteriormente ser fresado.

Projeto de Produto / graduação / aluno Bernardo Magalhães: em seu projeto de conclusão

de curso de um tênis especial para prática esportiva de subir escadas, nos procurou para

impressão de parte do protótipo. Ele foi impresso na Rap-Man com material do próprio aluno.

Modelo digital da parte do protótipo que foi impresso

Esquerda digitalização, a direita Digitalização tratada


Paleontologia / pesquisa / Sergio Azevedo: Pesquisando um artefato do Museu Nacional,

nos procurou para digitalizarmos um gorila de barro, para fazer estudos da forma dele. Foi

utilizado o Scanner Artec.

Artefato digitalizado

Como informado do inicio, vamos descrever as participações nos eventos que fomos

convidados a participar.


Bienal Brasileira de Design, edição 2012, Belo Horizonte - MG

Participamos da quarta bienal brasileira de design, onde fomos mostrar as novas tecnologias

que estão a favor do design, e mostramos as tecnologias de impressão com a impressora Rap-

Man, capturas tridimensionais por meio da técnica desenvolvida pelo Prof. Jorge Lopes por

meio de tomografia expondo um trabalho feito com a casa de joão de barro convertida em

modelo 3D e por conseguinte feito um modelo de aproximadamente 1,5m de altura.

Expormos também alguns modelos impressos em outras tecnologia e experimentos feitos com

essas tecnologias.

Imagens dos modelos de exemplos levados, a esquerda superior a impressora instalada,

abaixo imagens da inauguração do espaço.

Participação na Semana de Design da PUC-Rio 2012

Em mais uma participação no evento, levamos para o pilotis da PUC-Rio as impressoras, a

Cube e Fab@Home que demonstraram o processo de impressão, a Fab@Home imprimia em

cima dos biscoitos utilizando chocolate como material e a Cube o brasão da PUC em plástico

ABS. Demonstramos também o escaneamento 3D com o Kinect escanceando voluntários que

visitavam a exposição, e, posteriormente enviamos os modelos 3D com um link para um

software gratuito para que as pessoas pudessem interagir com seus modelos


Participação na Rio+Design 2012

Na semana em que houve a feira Rio+Design no MAM do Rio de Janeiro, Demonstramos

para o público o que a PUC-Rio tem pesquisado dentro dessas novas tecnologias. Nós

levamos o Kinect como escâner e duas impressoras, a Rap-Man e Cube, além de e modelos de

pessoas impressos.

;;;

O espaço na feira, a direita os modelos e criança sendo digitalizada.

DESENVOLVIMENTO

Para essa participação, criamos uma obra de arte que utilizou as tecnologias que estávamos

demonstrando. Essa obra era um boneco em tamanho real que atravessava um biombo onde

estavam os logos, explicações e os participantes do projeto.O boneco fizemos a partir de um

escaneamento de mim feito pelo bolsista Marcus Filipe com um Kinect. Após a captura, eu fiz

o tratamento do modelo 3D redesenhando e ressaltando áreas que o scanner não conseguiu

atingir. Após a aluna de mestrado Nathalia Weidlich, os bolsistas Antônio Thiele e Marcus

Filipe, fizeram os cortes para serem enviados para a corte a lazer. As peças foram cortadas em

folhas de papelão, organizadas por mim e coladas por um grupo de pessoas que participaram

da montagem do estande.

Montagem do boneco


Semana de Design de Milão 2013

Após nossa participação no Rio+Design, fomos convidados por eles para participar expondo

na edição do evento na semana de Design de Milão em 2013.

Imagens do espaço

DESENVOLVIMENTO

Construímos “Arpoador”, instalação criada para ser apresentada no espaço do NEXT na feira.

As peças foram desenhadas por mim de acordo com as necessidades do prof. João Bonelli que

estava desenvolvendo a instalação. Foi usada a impressora RapMan com o material PLA-

Blue. Durante o trabalho, desenvolvi uma técnica para se obter um acabamento superior à

impressão feita, que consiste em colocar uma folha de papel entre a peça e a base que a

mantém colada a base.

Imagens da prototipagem das peças e a direita a montagem


Pesquisas e testes

Fab@home

Após os estudos feitos com essa impressora utilizando chocolate, conforme descrito no

relatório 2012, a aluna da Pós-graduação Nathalia Mussy, buscou trabalhar com outros

materiais como cola colorida, e tinta 3D. Eram feitos modelos em 3D, enviados para a

impressora, e após, comparávamos os resultados.

Esses materiais não se mostraram muito uteis para construção, uma vez que estes tinham

pouca consistência e pouco depois de serem depositados perdiam sua forma. Todavia o

resultado chegado foram formas e texturas bastante interessantes.

Testes com cola colorida


Com os outros bolsistas, trabalhamos em melhorias para a Fab@home, nós observamos que

haviam alguns pontos nas estruturas do cabeçote de impressão que não tinham muita firmeza

e o apoio para as seringas precisavam de algum tipo de trava para mantê-las fixas enquanto

puxava-se o embolo. Após um brainstorm Marcus e Marcella cuidaram das modelagens das

peças, e personarizaram colocando o nome do NEXT nelas. As peças foram pensadas e

desenhadas para terem um reforço de estrutura, para que desse mais à peça evitando assim

imprecisões na hora da impressão devida a flexibilidade do material usado.


RepMan

Após a exposição no MAM, iniciamos uma pesquisa para encontrar peças para repor e

expandir a Rap Rap, nossa intenção inicial era encontrar uma forma de construir dentro do

laboratório uma segunda cabeça de impressão que funcionasse como material para suporte.

Encontramos um par de engrenagens otimizadas que substituíam as que trabalham na parte de

extrusão de material, elas prometiam fazer menos barulho. Imprimimos as peças na uPrint, e

instalamos. Ao desmontarmos, vimos que duas peças de acrílico da RapMan estavam

quebradas, sendo que seria impossível recolocá-las no local pois haviam se partido pequenas

alças que se encaixariam na parte maior. Pegamos as duas peças e enquanto Marcus procurava

na internet, Gabriel tentava modelar uma delas pois seria um exercício de treinamento em

modelagem com precisão muito interessante para trabalhar com prototipagem. Imprimimos as

novas peças também na uPrint, e substituímos as peças concluindo a montagem da RepRap.


Conclusão:

Ao longo de mais um ano de trabalhos, foram feitos diversos atendimentos a professores,

pesquisadores e alunos, e continuando além do previsto, a parceria com outras áreas como a

engenharia arquitetura, criando assim uma cooperação interdepartamental, da qual resultaram

trabalhos interessantes para ambos os lados. Nesse período, outras atividades ainda dentro do

tema foram feitas.

O NEXT passou a expor os trabalhos e os conhecimentos desenvolvidos no laboratório em

feiras e congressos no Brasil e no exterior, e, como pesquisador do projeto, também fiz parte

do desenvolvimento dos materiais expostos e em alguns dos eventos como monitor e como

técnico cuidando dos equipamentos levados. Estas novas atividades estão dentro do escopo do

projeto uma vez que estávamos lá para difundir as tecnologias existentes e pesquisadas no

NEXT.

Após tudo isso e os novos conhecimentos somados aos do ano passado reflete a confirmação

de que os objetivos desse projeto continuam sendo atingidos.

É muito gratificante o fato de ter a oportunidade de trabalhar com essas tecnologias que

somente agora tem ganhado espaço na mídia e também no mercado de trabalho. Poder ajudar

aos pesquisadores, ajudando eles a encontrar soluções para alguns poucos entre os vários

desafios enfrentados por eles me deixa muito feliz. Como o caso de uma aluna, que em sua

pesquisa precisava escanear pessoas, mesmo após o treinamento dado por mim, ao comprar os

componentes que seriam necessários, não conseguia instalar em seu dispositivo, e então

pedindo minha ajuda, fui pesquisar alguma forma de resolver e quando o problema foi

solucionado, a felicidade dela foi muito gratificante, não só pela alegria, mas por colaborar

com o desenvolvimento de sabedoria, tão importante para nosso país.

Os trabalhos de exposição também são de grande importância pois permite contatos com

várias pessoas, e cada uma tem uma questão que ali no momento nós discutimos gerando uma

troca muito rica.

Dessa forma por toda as oportunidades que venho tendo, quero agradecer a todos, entre

professores, pesquisadores, avaliadores e colegas de laboratório.

Bibliografia:

Neri Volpato, "PROTOTIPAGEM RÁPIDA: Tecnologias e Aplicações", editora Edgard Blucher, Lda, (2007);

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