Pesquisa, desenvolvimento e difusão de novas tecnologias digitais de manufatura, modelagem e captura de superfícies.

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1 Pesquisa, desenvolvimento e difusão de novas tecnologias digitais de manufatura, modelagem e captura de superfícies. Introdução Aluno: FELIPE FAILLACE SALAZAR Orientador: JORGE ROBERTO LOPES DOS SANTOS A pesquisa trata, de desenvolvimento e difusão através de tecnologias de modelagem tridimensional virtual, tecnologias de obtenção de superfícies 3D (sistemas de escaneamento 3D através de tecnologias a laser ou luz branca estruturada) e tecnologias de manufatura digital (impressoras 3D, sistemas de corte a laser e equipamentos CNC de remoção de materiais) existentes e a serem adquiridos pelo NEXT - Núcleo de Experimentação Tridimensional do Departamento de Artes e Design da PUC-Rio, criado a partir do projeto selecionado do Edital FAPERJ No. 16/2009 Programa PensaRio Apoio ao Estudo de Temas Relevantes e Estratégicos para o Estado do Rio de Janeiro. O projeto visa apoiar e desenvolver pesquisas nas áreas acima descritas, difundindo e desenvolvendo novas tecnologias de 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. A gama de projetos inclui pesquisas em desenvolvimento de novos produtos em diversas áreas tais como: moda, ergonomia, design gráfico, digital e robótica. Objetivos A presente pesquisa tem por objetivo viabilizar a utilização integrada do saber tecnológico em modelagem, captura e simulação tridimensional virtual e física a atuarem em projetos nas diversas áreas do Design, tais como, Design de Produtos, Mídia Interativa, Moda, Animação, Arquitetura e Robótica, podendo ou não ser expostos em feiras de Design. Metodologia Os métodos propostos na presente pesquisa estão relacionados à 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 por sistemas convencionais 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 (malha poligonal), 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

2 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 digitais automatizados que seguem genericamente dois processos básicos: 1 - por remoção de matéria prima através de fresadoras 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 de manufatura aditiva 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. Pesquisas Desenvolvidas Com base nos aprendizados desenvolvidos no saber tecnológico em modelagem, captura e simulação tridimensional virtual e física desenvolvemos diversos projetos na área do Design interligando com ensinamentos da Robótica, também com o intuito de apresentação na semana Rio+Design - Rio de Janeiro 2013, e a semana Rio+Design - Milão O primeiro projeto desenvolvido no NEXT - Núcleo de Experimentação Tridimensional do Departamento de Artes e Design da PUC-Rio em parceria com o laboratório LIFE Laboratório de Interfaces Físicas Experimentais, foi o NextBot. Ele foi desenvolvido pelos alunos Marcella Guerra em parceria com o bolsista Antonio Carlos Thiele, e orientação dos professores Jorge Lopes e João Bonelli, onde Felipe teve a função de assistencia aos projetos de forma a aprender a utilizer as tecnologias aplicadas. para a semana Rio+Design realizada no Jockey Clube do Rio de Janeiro de 23 a 27 de Outubro de O Nextbot é um robô wi-fi controlado por gestos capturados pelo sensor Kinect (1) que traduz os movimentos das mãos do usuário (pra frente, pra trás, e pros lados) em desenhos únicos. Ele é composto por um arduino (2), que é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e placa única, um shield Xbee (3), placa de circuito impresso fixada no topo do Arduino através de uma conexão alimentada por pinos-conectores que faz a comunição wireless com o computador, 4 servo motores contínuos (4) responsáveis pela locomoção do robô, uma bateria (5) de LiPo 2S de 2100Ah, até 4 suportes para canetas hidrográficas, e 4 rodas omnidirecionais (6), que fazem com que ele se movimente em todas as direções e ângulos, sem a necessidade de rotacionar. Seu chassi é composto por 2 chapas de acrílico 3mm cortadas a laser.

3 2. Arduino 3. Shield Xbee 1. Kinect 6. Roda omnidirecional 4. Servo Motor 5. Bateria LiPo Introdução O referido aluno teve como tarefas prioritárias no período, auxiliar os Professores Jorge Lopes, o Prof. João Bonelli (também aluno de Doutorado do curso de Design) e a aluna PIBIC Marcella Guerra no desenvolvimento da impressora 3D móvel denominada 3&DBOT apresentada no Salão de Design de Milão, Itália em Abril deste ano (2014). Embora ainda pouco experiente, o aluno pode aprender e ter acesso a diversas tecnologias empregadas no desenvolvimento do robô sob supervisão dos Profs. dos laboratórios NEXT Núcleo de Experimentação Tridimensional e LIFE Laboratório de Interfaces Físicas Experimentais. Objetivos Como principio de aprendizado para o aluno, foi extremamente importante o contato com os diversos atores envolvidos no projeto cuja meta principal foi o desenvolvimento (elaboração de diversos protótipos de teste) do robô sem fio a tempo de ser apresentado na exposição Rio+Design em Milão.

4 Figura 1: Professor João Bonnelli do LIFE apresentando aos alunos o projeto 3&DBOT.(Prof, João Bonnelli na extrema esquerda e aluno Felipe Salazar na extrema direita) Metodologia A metodologia empregada foi direcionada para a experimentação tecnológica uma vez que esse projeto é pioneiro no mundo e desta forma foram utilizadas inúmeras tecnologias ainda em desenvolvimento. O referido aluno atuou como assistente dos professores e embora não tenha atuado diretamente na aplicação e testes dos protótipos, foi possível acompanhar todos os experimentos desenvolvidos. Figuras 2, 3 e 4: Experimentos1, 2 e 3 do robô 3&D BOT desenvolvidos pela equipe do NEXT (alunos Marcella Guerra e Antônio Thielles e Profs. Jorge Lopes e João Bonnelli ).

5 Para a sua apresentação no salão de Milão, assim como o Nextbot, já que foram expostos juntos, era exibido um vídeo mostrando seu funcionamento, enquanto ele e alguns modelos que foram impressos anteriormente ficavam expostos na área reservada a eles. Abaixo seguem algumas fotos dos modelos impressos e do 3&Dbot feitas durante a exposição em Milão no espaço reservado para designers e produtos do Rio de Janeiro. 3&Dbot extrudando Robôs expostos 3&Dbot extrudando e modelos Conclusões Embora o aluno não tenha diretamente desenvolvido o equipamento, como assistente dos laboratórios Felipe acompanhou todo o projeto ampliando certamente os conhecimentos na área, tornando-o apto a desenvolver os próximos equipamentos para modelagem e captura de superfícies a serem desenvolvidos pelos laboratórios NEXT e LIFE. Com o aprendizado das tecnologias digitais de escaneamento 3D, prototipagem rápida e softwares de pós-processamento de imagens existentes no Núcleo de Experimentação Tridimensional, foi possível adquirir experiência necessária para entender essas tecnologias e então propor projetos em que elas

6 fossem o ponto principal. O uso das novas tecnologias de fabricação digital aliadas a robótica permite maior rapidez, precisão e qualidade de acabamento não só na área de Artes e Design, como em outras diversas áreas, realizando protótipos complexos, em questão de horas, em diversos tipos materiais, e lugares em que o homem não consegue chegar. As pesquisas e principalmente o 3&Dbot, demostram a impressão 3D, tecnologia que permite a materialização física de qualquer modelo tridimensional virtual sem as limitações dos processos de fabricação tradicional. A tecnologia operada por deposição em camadas, permitindo a materialização de objetos de grande complexidade geométrica. A Robótica e a impressão 3D são consideradas parte da nova revolução industrial aliada aos conceitos de rede aberta (open source) e faca você mesmo (DYI - Do It Yourself). Referências: CELANI, Gabriela. Prototipagem rápida e fabricação digital para arquitetura e construção. Cadernos de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo. Universidade Estadual de Campinas, LIPSON, Hod ; KURMAN, Melba. Frabricated: the new Word of 3D printing. Indianápolis, Estados Unidos da América: Jonh Wiley & Sons, SANTOS, J. ; SILVA, J. V. L. ; FERREIRA, C. V. Exemplos de Aplicações da Prototipagem Rápida. São Paulo: Edgard Blucher, VOLPATO, Neri. Prototipagem rápida: tecnologias e aplicação. São Paulo: Edgard Blücher, 2007.