Materialização Digital: Prototipagem e Fabricação Digitais
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- Aurélio Desconhecida Coimbra
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1 Materialização Digital: Prototipagem e Fabricação Digitais Adaptado da tese de doutoramento de Regiane Pupo, Unicamp, Brasil sob orientação: Gabriela Celani/José Duarte desenvolvida ao abrigo de um protocolo UNICAMP/UTL, Janeiro 2009
2 Problemática / Definições / Objetivos Meios digitais para arquitetura / Prototipagem digital / Fabricação Digital Inicio da delimitação do tema Na prática profissional / No ensino / Estudos de caso (ISTAR / LAPAC) Workshops / TFG (FEC) / Análise e interpretação dos dados 1. Inserção das novas tecnologias em cursos de arquitetura; 2. Diretrizes para implementação de um laboratório. 2
3 A tecnologia digital e a maneira de produzir arquitetura A tecnologia tem historicamente servido como um catalisador de novas idéias na arquitetura t (Klinger, 2007) p p j q Representação tridimensional e modelos físicos garantem maior êxito na comunicação espacial A prototipagem digital como aliada ao processo de projeto de arquitetura 3
4 Construção de protótipos e produção de elementos construtivos ti Foster & Partners ETHZ 4
5 CAD/ CAM : Computador Auxiliando Projeto / Computador Auxiliando Manufatura Importância do CAD/CAM para arquitetura: Chaszar (2006) Visualização Computação Manipulação geométrica Padronização Racionalização Novos nichos de atuação profissional NURBS: curvas e superfícies paramétricas de formas complexas 5
6 Problemática Desafio de introduzir Prototipagem e Fabricação digitais no ensino de arquitetura; A inovação tecnológica consiste num conjunto de processos. Sua utilização se justifica à medida em que tornam possível o desenvolvimento de formas arquitetônicas de tal complexidade que jamais poderiam ser pensadas com métodos tradicionais. 7
7 Definições Prototipagem Rápida: Mitchell e Produção automatizada de maquetes físicas Cullough como parte do processo de projeto, frequentemente por processo incremental; Kolarevic Parte de um grande campo definido como fabricação digital; it Sass Uso de técnicas que utilizam equipamentos e Oxman de pequeno porte; Volpato et al Processo de fabricação através da adição de material em forma de camadas. 8
8 Definições Fabricação Digital: Mitchell e Uso de modelos geométricos gerados por Cullough computador como base para instruções de processos de controle numérico; Kolarevic Campo que divide as aplicações de prototipagem ti para o projeto e para a construção (CAD/CAM); Sass Sistema de construção que utiliza e Oxman equipamento de peso para produzir modelos em escala 1:1; Volpato et al Ferramental rápido (moldes) / produção ou manufatura rápida 9
9 Definições Nesta tese 10
10 O desenvolvimento da indústria da computação introduziu novas técnicas, novos desafios, novas ferramentas na rotina dos profissionais. Maquete do Forum for Furniture, Art and Culture, Frank Gehry Pavilhão BMW, Bernhard Franken Museu Kunsthaus, Graz, Áustria, Peter Cook 12
11 Meios digitais para arquitetura Estrutura de relações entre as técnicas digitais e tradicionais para arquitetura e as possíveis conexões. Fonte: Adaptação de Mitchell e McCullough (1994)
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18 Diferenças entre métodos de produção digitais e tradicionais Mass Customization (personalização em massa) Interface de projeto de clarabóia on-line Fonte: 21
19 Do Digital ao Físico 22
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25 Do Digital ao Físico 28
26 Do Digital ao Físico 29
27 Do Digital ao Físico
28 Do Digital ao Físico 31
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30 Do Digital ao Físico 33
31 Do Digital ao Físico 34
32 Do Digital ao Físico 35
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35 Do Digital ao Físico 38
36 Do Digital ao Físico
37 Do Digital ao Físico 40
38 Do Digital ao Físico 41
39 Do Digital ao Físico 42
40 Do Digital ao Físico
41 Do Digital ao Físico * CAM-LEM 44
42 Do Digital ao Físico * CAM-LEM 45
43 A Prototipagem Digital Prototipagem Rápida = sistemas aditivos Cortadoras a laser Fresadoras 46
44 A Prototipagem Rápida Primeiras tentativas na década de 60; Na arquitetura: 1991 (Streich) com técnicas de estereolitografia e 2002 (Simondetti) técnicas CAD/CAM Fonte: Dados Wohlers Associates (2007 e 2008)
45 A Prototipagem Rápida do processo aditivo Fonte: Dados Wohlers Associates (2007 e 2008) 48
46 A Prototipagem Rápida Etapas do processo aditivo Fonte: Adaptação de Silva (2008) 49
47 A Prototipagem Rápida Fonte: Adaptação de Silva (2008) 50
48 A Prototipagem Rápida Fonte: Adaptação de Silva (2008) 51
49 A Prototipagem Rápida Fonte: Adaptação de Silva (2008) 52
50 A Prototipagem Rápida Fonte: Adaptação de Silva (2008) 53
51 A Prototipagem Rápida Fonte: Adaptação de Silva (2008) 54
52 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) Baseados em Sólidos Baseados em Líquidos Baseados em Pó Baseados em Lâminas FDM (Fused Deposition Modeling) - Modelagem por Fusão e Deposição MJM (Multi Jet Modeling) - Processo de Modelagem por Jato de Tinta SLA (Stereolithography) - Estereolitografia PolyJet Impressão à jato de fotopolímero SLS (Selective Laser Sintering) Sinterização Seletiva a Laser 3DP (3D Printer) Impressão 3D LOM (Laminated Object Manufacturing) Manufatura de objetos laminados PLT (Paper Lamination Technology) Tecnologia em Laminação de Papel BenchTop Processo de modelagem por jato de tinta CAM-LEM (Computer Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials) Coputador auxiliando a manufatura de materiais de engenharia laminados) EBM (Electron Beam Melting) Derretimento por feixe de eléctrons 55
53 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em SÓLIDOS FDM (Fused Deposition Modeling) Modelagem por Fusão e Deposição 56
54 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em SÓLIDOS FDM (Fused Deposition Modeling) Modelagem por Fusão e Deposição
55 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em SÓLIDOS MJM (Multi Jet Modeling) Processo de Modelagem por Jato de Tinta 58
56 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em SÓLIDOS BenchTop Processo de modelagem por jato de tinta
57 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em LÍQUIDOS SLA (Stereolithography) Estereolitografia Aparatus 60
58 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em LÍQUIDOS PolyJet Impressão à jato de fotopolímero
59 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em PÓ SLS (Selective Laser Sintering) Sinterização Seletiva a Laser 62
60 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em PÓ 3DP (3D Printer) Impressão 3D
61 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em PÓ CAM-LEM (Computer Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials) Coputador auxiliando a manufatura de materiais i de engenharia laminados) 64
62 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em PÓ EBM (Electron Beam Melting) Derretimento por feixe de eléctrons
63 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em LÂMINAS LOM (Laminated Object Manufacturing) Manufatura de objetos laminados
64 As Tecnologias de Prototipagem Rápida (Sistemas Aditivos) - Baseados em LÂMINAS PLT (Paper Lamination Technology) Tecnologia em Laminação de Papel 67
65 A Prototipagem Digital Prototipagem Rápida = sistemas aditivos Cortadoras a laser Fresadoras 68
66 A Prototipagem Digital Prototipagem Rápida = sistemas aditivos Cortadoras a laser Fresadoras 69
67 A Prototipagem Digital Prototipagem Rápida = sistemas aditivos Cortadoras a laser Fresadoras 70
68 A Fabricação Digital 71
69 A Fabricação Digital Fish Sculpture, Barcelona F. Gehry i WEB, Holanda Oosterhuis & Lènard Manilow Residence D. Garofalo
70 A Fabricação Digital 73
71 (1) Delimitação do tema através do método da Teoria Fundamentada nos Dados, nas bases de dados das universidades brasileiras e estrangeiras. (2) Exemplos de aplicações e estudos de caso Exemplos de aplicações da Prototipagem e Fabricação Digitais no ensino e na prática profissional da arquitetura. Estudos de caso desenvolvidos pelo método de imersão (ISTAR / LAPAC) (3) No LAPAC, com o objetivo de avaliar o impacto da introduções das novas tecnologias no processo de projeto. 74
72 Pesquisa entre julho e outubro de 2006; Exclusivamente por meio da internet; t Universidades estrangeiras e brasileiras; Trabalhos publicados em inglês e português; Total de 74 trabalhos analisados; Divididos idid entre 36 dissertações de mestrado e 38 teses de doutorado; Publicações entre 1999 e 2006; 26 trabalhos de universidades brasileiras e 48 de universidades estrangeiras; Método da Teoria Fundamentada dos Dados (Grounded Theory); Metodologia interpretativa que busca compreender a realidade a partir dos significados atribuídos pelos indivíduos às suas experiências. (GOUDING, 2002) 75
73 Comparação entre os temas abordados (Brasileiras e Estrangeiras) em % Quantidade CAD no ensino de projeto CAD no processo de projeto Geometria/Topolog ogia/3d/visualização CAD & Desenho CAD na Web / Colaborativo Inte teração CAD/usuário Processo de projeto Fases iniciais de projeto Ferra ramentas tradicionais x Ferramentas CAD Prototipagem rápida / Fabricação digital Programa mação / Algoritmos/ Modelos matemáticos Implementação Temas abordados Estrangeiras Brasileiras 78
74 na prática profissional Túnel de vento RWDI, Canadá Igreja Sagrada Família Barcelona 79
75 no ensino no Exterior UNIVERSIDADE Clemson University DEPARTMENTO School of Architecture Digital Design Shop SLA Aditivas FDM Printer 3D Printer Z-Corp CNC Route r Techn o-isel Subtrativas Modela Denfor Miller d Miller LASER Universal Laser systems Corte VINIL Jato d água Columbia University University of Califórnia Berkeley GSAPP Graduate School of Architecture, Planning and Preservation CAD/CAM Lab Stratasys Z-Corp Techn o-isel Universal Laser systems Oxman Estados Unidos Ball State University MIT I-Made Digital Design Fabrication Group Stratasys Z-Corp marca não informa da Techn o-isel Roland DG Corporati on Denford marca não informada Universal Laser systems Roland DG Corporat ion Oxman Harvard Penn State University Graduate School of Design Department of Architecture Z-Corp Z-Corp Techn o-isel Universal Laser systems Portugal Holanda Suíça University of Texas at Austin Instituto Superior Técnico de Lisboa TU Delft Zurich Federal Institute of Technology Design Fabrication DeCivil Architecture (CAMlab) Raplab Rapid Architectural Prototyping Laboratory Stratasys Z-Corp marca não informada Z-Corp Techn o-isel marca não informa da Techn o-isel Roland DG Corporati on marca não informada Universal Laser systems Universal Laser systems marca não informada Universal Laser systems Roland DG Corporat ion Austria University of applied Arts Vienna School of Architecture Gener al Laser General Laser Espanha International University of Catalunya ESARQ Techn o-isel Japão Chile The Hong Kong Polytechnic University Chile Rio de Janeiro Catholic University Rapid Product Development Resource Centre School of Architecture and Urban Design 3D Syste ms Stratasys Stratasys Techn o-isel Accuris
76 Estudos de caso ISTAR Laboratório de Investigação em Arquitetura do IST, Lisboa, Portugal
77 Estudos de caso ISTAR Laboratório de Investigação em Arquitetura do IST, Lisboa, Portugal
78 Estudos de caso LAPAC Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura e Construção, Unicamp, Campinas, Brasil Impressora 3D ZCorp 310 Cortadora a laser Universal Laser Systems Fresa de Controle Numérico Em aquisição
79 Estudos de caso LAPAC Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura e Construção, Unicamp, Campinas, Brasil
80 Transferência de tecnologia - Workshops Workshop para alunos de outras instituições Resultados Corte a laser Campus da Universidade Federal de Mato Grosso Outubro 2008 Impressão 3D Museu Gugenhein, NY Universidade Federal do Rio Grande do Sul Outubro 2008
81 Transferência de tecnologia - Workshops Workshop em Congresso P&D, Senac, São Paulo Impressões via WebCam em tempo real Resultados
82 Acompanhamento TFG da FEC após a transferência de tecnologia 1ª entrega Projeto: Terminal Intermodal para Córdoba Aluno: Luis Fernando Milan Última entrega
83 Acompanhamento TFG da FEC após a transferência de tecnologia Projeto: Novas cartografias em um conjunto habitacional Aluna: Maria Julia Mazetto
84 Acompanhamento TFG da FEC após a transferência de tecnologia Projeto: Teatro de Bonecos Aluna: Izabela Maciel
85 Análise e interpretação dos dados Questionários 1. Sobre a prototipagem digital 28% 6% Nunca tinha ouvido falar Já tinha ouvido falar mas nunca utilizou Já inha utilizado/feito algum curso 66%
86 Análise e interpretação dos dados Questionários 1. Sobre a prototipagem digital Em que (ou quais) fases do processo de projeto ela é mais indicada? 17% 11% Estudo de Viabilidade Estudo preliminar 19% 23% Ante-Projeto Detalhamento executivo 13% 17% Apresentação para cliente Apresentação em concursos
87 Análise e interpretação dos dados Questionários 1. Sobre a prototipagem digital Quais as principais limitações que você vê na utilização destas tecnologias, corte a laser? Não vê limitações 11% 11% Montagem 6% Planejamento da maquete 9% Custo 17% 3% 9% 34% Tamanho da plataforma Tempo de execução Acabamento do corte
88 Análise e interpretação dos dados Questionários 1. Sobre a prototipagem digital Quais as principais limitações que você vê na utilização da tecnologia 3DP? 23% 2% 16% 11% 7% 41% Não vê limitações Tamanho da peça Custo do material Tempo de produção Definição de superficies Fragilidade da peça
89 Análise e interpretação dos dados Questionários 2. Sobre as técnicas utilizadas Qual das duas técnicas disponíveis no LAPAC, em sua opinião, é a mais indicada para arquitetura? 16% 55% 29% 3DPrinter Corte a Laser As duas
90 Análise e interpretação dos dados Questionários 2. Sobre as técnicas utilizadas Em que fase do processo de projeto você acha que as seguintes técnicas são mais apropriadas? Detalhamento Apresentação Final Ante-Projeto Estudo Preliminar Volumetria Concepção Topografia DP Corte a laser
91 Análise e interpretação dos dados Questionários 3. Sobre a prototipagem digital no ensino de projeto Em que fase do currículo de arquitetura a prototipagem digital deveria ser inserida? 34% 9% 57% Início Final Meio
92 Análise e interpretação dos dados Questionários 3. Sobre a prototipagem digital no ensino de projeto Em que disciplinas do currículo de arquitetura a prototipagem digital poderia ser útil? 8% 3% 1% 7% 37% 2% 1% 2% 3% 2% 7% 4% 2% 3% 4% 14% Projeto Maquetes Estrutura Geometria Processo Criativo Urbanismo CAD TFG Paisagismo Topografia Plástica Conforto História Desenho Industrial Téc. de Fabr./Constr Ergonomia
93 Análise e interpretação dos dados Questionários 3. Sobre a prototipagem digital no ensino de projeto Em que etapas do desenvolvimento de uma disciplina de projeto os alunos deveriam utilizar as técnicas de prototipagem digital? 4% 1% 31% 8% 5% 31% Estudo Preliminar Ante-Projeto t Apresentação final Concepção de projeto Detalhamento Estudo Volumétrico Implantação 20%
94 Treinamento dos futuros arquitetos; Utilização das novas tecnologias durante o processo de projeto; Capacitação de transitar diretamente da modelagem tridimensional para sua impressão; Capacidade de produção com software, aplicativos e equipamentos de fabricação digital; Utilização contínua de novos procedimentos durante o processo de projeto; Introdução do Digital Chain (corrente digital) para a produção da arquitetura; PROJETO Processo transparente Aumento da qualidade de projeto Conhecimento sobre métodos e ferramentas envolvidas FABRICAÇÃO
95 1. Inserção da prototipagem e fabricação digitais em cursos de arquitetura 2. Diretrizes para implementação e operacionalização de um laboratório de prototipagem e fabricação digitais em um curso de arquitetura
96 1. Inserção da prototipagem e fabricação digitais em cursos de arquitetura t Necessidade de uma reorganização da grade curricular; Integração de tecnologia, projeto e construção; Seguir tendências e transformações ocorridas com o desenvolvimento de novas tecnologias; Posicionamento do aluno no cenário mundial.
97 Especificações curriculares: Posicionamento das novas tecnologias na grade curricular básica; Interdisciplinariedade com as disciplinas existentes; Envolvimento direto da disciplina de projeto no processo de informatização. Especificações operacionais: Obtenção de equipamento apropriado; Formação de professores e treinamento de alunos; Pessoal treinado para suporte e manutenção. Especificações culturais: Conhecimento e atualização de tecnologias disponíveis i e direcionadas i d à arquitetura; t
98 Fonte: Adaptação de Mitchell e McCullough (1994)
99 Modelos Paramétricos (Scripts)
100 Modelos Paramétricos (Scripts) Dissertação de Mestrado, FEC, 2007 Gelly Mendes
101 Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts)
102 Foto do edifício
103 Modelo físico feito a mão Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts)
104 Modelo físico feito a mão
105 Modelo físico feito a mão Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts) Modelo físico Protótipo
106 Modelo físico (Protótipo)
107 Modelo físico feito a mão Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts) Modelo físico Protótipo Manipulação modelo digital
108 Manipulação do modelo digital
109 Modelo físico feito a mão Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts) Modelo físico Protótipo Manipulação modelo digital Impressão 3D CNC Aplicação imagem Aplicação textura
110 Aplicação de textura
111 Modelo físico feito a mão Foto do edifício Modelos Paramétricos (Scripts) Modelo físico Protótipo Manipulação modelo digital Impressão 3D CNC Aplicação textura Planificação Aplicação imagem
112 Planificação, Corte a laser e Montagem
113
114 Esta proposta sugere: Que as tecnologias de prototipagem p e fabricação digitais se insiram como apoio às disciplinas já existentes; A possibilidade de novas alternativas na automatização e qualidade do processo de projeto; Que as disciplinas de projeto tenham participação ativa e intensa no uso das novas tecnologias; O envolvimento das demais disciplinas da grade curricular com as novas tecnologias;
115
116 2. Diretrizes para implementação e operacionalização de um laboratório de prototipagem e fabricação digitais em um curso de arquitetura O desenvolvimento de novas soluções para o processo de projeto; A discussão da importância do uso de maquetes para a melhor compreensão projetual; O estímulo à pesquisa em tecnologia da informação aplicada à arquitetura; A expansão da interdisciplinariedade dentro da grade curricular de um curso de arquitetura; A construção de um ambiente de pesquisa e colaboração entre laboratórios de diversas p instituições de ensino; O oferecimento de serviços à comunidade profissional, como consultorias e treinamentos; A utilização de novas técnicas de fabricação digital na produção de elementos construtivos.
117 2. Diretrizes para implementação e operacionalização de um laboratório de prototipagem e fabricação digitais em um curso de arquitetura Escolha dos equipamentos; Aquisição de suprimentos e manutenção de equipamentos; Treinamento de professores e monitores; Projetos de pesquisa e extensão; Convênios com outros laboratórios já implantados.
118 Necessidade imediata de interação entre o aluno de arquitetura e as novas tecnologias de CAD/CAM; A introdução do processo digital durante a formação do arquiteto t transforma e revela o perfil de um profissional capaz e consciente; A utilização de técnicas de prototipagem e fabricação digitais reduzem a dependência do arquiteto de projetos e construções estandardizados; Além de proporcionar novas possibilidades projetuais talvez impossíveis pelos métodos tradicionais; Que o alcance de bons resultados no ensino de arquitetura tenha a interação da tecnologia com as demais disciplinas da grade curricular. É papel da universidade introduzir as novas tecnologias no ensino e na pesquisa;
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