A MODELAGEM 3D DIGITAL DE JOIAS E O PROCESSO DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA

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1 A MODELAGEM 3D DIGITAL DE JOIAS E O PROCESSO DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA Claudia Regina Batista UFSC, Departamento de Expressão Gráfica claudia.batista@ufsc.br Resumo Este artigo apresenta o Estado da Arte na produção de joias. Realiza uma abordagem sobre a modelagem 3D digital de joias e o processo de prototipagem rápida. Aponta-se as vantagens e os obstáculos a serem transpostos pela indústria joalheira brasileira para migrar para esse novo padrão de produção. Palavras-chave: Modelagem 3D, prototipagem rápida, design de joias. Abstract This paper shows the State of Art in jewelry production. It performs an approach to digital 3D modeling of jewelry and rapid prototyping process. It presents the advantages and obstacles to be overcome by the Brazilian jewelry industry to migrate to this new pattern of production. Keywords: 3D modeling, rapid prototyping, jewelry design. 1 Introdução No passado, as joias eram criadas e confeccionadas por ourives. À medida que criava, o ourives ia modelando a nova peça através da forja e do recozimento do metal. Não havia a necessidade de uma representação gráfica da joia, pois a configuração da peça idealizada pelo ourives era impressa diretamente sobre o metal. Com o advento da industrialização surgiu a divisão do trabalho, então diferentes profissionais foram envolvidos na produção de joias, tais como: designers, modelistas de cera, fundidores de metal, montadores, cravadores de gemas e polidores. Atualmente, os designers concebem novas peças para joalheria e seus projetos são encaminhados à linha de produção, onde profissionais especializados partem para

2 2 a modelagem e acabamento desses produtos. Portanto, observa-se a importância da representação gráfica no projeto de joias para demonstrar a forma, o detalhamento e as dimensões das peças a serem produzidas. (BATISTA, 2008) Este artigo volta a atenção aos aspectos relacionados à representação gráfica, especificamente, no Design de Joias. Realiza uma abordagem sobre a modelagem 3D digital de joias e o processo de prototipagem rápida. Faz-se uma reflexão apontando as vantagens e os obstáculos a serem transpostos pela indústria joalheira brasileira para migrar para esse novo padrão de produção. 2 Modelagem Digital A partir dos anos de 1980, os softwares CAD (Computer Aided Design) tem sido a ferramenta mais utilizada nas representações gráficas, pois possibilitam maior precisão, rapidez e facilidade de comunicação entre os diversos setores produtivos. Assim como em outras áreas, a joalheria também se beneficia do uso da tecnologia para projetar e modelar tridimensionalmente com maior rapidez e precisão as peças que serão produzidas. (BATISTA, 2008) O Rhinoceros (com plugin RhinoGold), o Jewel CAD, o Flamingo 3D e o 3D Max são exemplos de softwares CAD específicos para modelagem 3D digital de joias. As imagens apresentadas nas figuras 1 e 2 são exemplos das possibilidades oferecidas pelos softwares para modelagem 3D digital de joias. Figura 1: Modelagem 3D de um anel detalhe da cravação das gemas. Fonte: Weidinger (2013).

3 3 Figura 2: Modelagem 3D Digital vistas de um anel. Fonte: Joseph Jewelry (2013). É oportuno ressaltar que a modelagem 3D digital de joias demanda conhecimento avançado em computação gráfica, considerando que a maioria das peças possuem formas orgânicas. Por isso, são recomendados os softwares específicos para modelagem 3D digital de joias, pois eles possuem ferramentas para facilitar a tarefa do designer. A modelagem 3D digital de produtos para a indústria joalheira constitui uma inovação tecnológica e uma tendência mundial que, segundo Fonseca et al. (2006, p. 6), a médio prazo poderá fazer com que a criação de joias, passe a ser uma atividade quase que exclusivamente exercida por designers especializados. 3 Visualização em 3D A visualização em 3D permite a observação da peça sob vários ângulos; também, é possível reduzir e ampliar para perceber os detalhes. Torna-se possível simular a realidade e os clientes visualizam a peça como se ela já estivesse pronta. Tem-se a vantagem de executar com rapidez qualquer modificação sugerida pelo cliente, por exemplo, no momento em que o projeto está sendo discutido. Os plugins usados para renderização propiciam imagens com alta qualidade e fotorealismo. Na figura 3, pode-se visualizar a qualidade gráfica das peças modeladas no software Rhinoceros e renderizada no Flamingo.

4 4 Figura 3: Anel e pingente desenvolvidos pelo designer Marko Osala. Fonte: Rhinoceros (2008). 4 O ESTADO DA ARTE NA PRODUÇÃO DE JOIAS A estampagem, a eletroformação ou eletrólise e a fundição por cera perdida, são processos para produção de joias utilizados pela indústria joalheira. A fundição por cera perdida é um processo conhecido desde a Antiguidade, foi aperfeiçoado e, atualmente, é o mais utilizado para produzir peças com maior complexidade geométrica e que demandam acabamento detalhado e perfeito. (BATISTA, 2008) Na fundição por cera perdida, torna-se necessário esculpir o modelo da joia na cera para ourivesaria. A partir do modelo em cera confecciona-se um molde em silicone. Com esse molde torna-se possível clonar, ou seja, produzir em cera várias peças idênticas ao modelo inicial (esculpido pelo modelista). Todas as peças clonadas são espetadas num bastão de cera (tronco da árvore), resultando numa árvore de cera. Esta é imersa num recipiente com gesso (estado líquido) que vai para o forno elétrico para secar. Com o calor a cera derrete e sai do recipiente através de uma abertura. O metal incandescente é injetado no interior do gesso. Depois de resfriado, dissolve-se o gesso na água e obtém-se uma árvore de metal. As peças são cortadas da árvore e seguem para linha de montagem e acabamento. Esse processo é descrito esquematicamente na figura 4.

5 5 Figura 4: Processo de fundição por cera perdida Fonte: Pompei (2005). A modelagem em cera é um trabalho artesanal (ver figura 5), demorado, que exige precisão e habilidade do modelista. Segundo Fonseca et al.: Na produção tradicional de joias, a etapa de modelagem física é predominantemente artesanal, realizada em ceras sólidas especiais, próprias para esculpir, utilizando inúmeras ferramentas, quase todas manuais, que vão de brocas e buris até a esculpidores dentários, onde por vezes, é necessária uma habilidade e perícia só presentes em alguns artesãos. Um artesão modelista pode, na modelagem tradicional, consumir horas, frequentemente dias ou até mesmo semanas de trabalho para modelar uma peça/modelo de joia, retardando e, sobretudo, encarecendo a produção da joia. (FONSECA et al., 2006) Figura 5: Modelagem de cera artesanal Fonte: Salem (2002). Atualmente, as indústrias joalheiras buscam otimizar o processo de fabricação de joias, visando obter melhor qualidade do produto e maior produtividade. Por isso, a modelagem em cera artesanal vem sendo substituída pela prototipagem computadorizada ou prototipagem rápida.

6 6 4.1 O PROCESSO DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA O processo de Prototipagem Rápida (PR) inicia a partir da modelagem tridimensional do objeto a ser produzido, utilizando software de CAD (Computer Aided Design). Posteriormente, os desenhos 3D devem ser exportados como arquivos STL e SLC dos sistemas de prototipagem rápida. Na Prototipagem Rápida (PR) podem ser adotadas duas técnicas: a subtrativa e a aditiva. A técnica subtrativa promove o desbaste de blocos de diferentes materiais e as mais comuns são as fresadoras CNC (Controle Numérico Computadorizado). A figura 6, apresenta uma sequência de imagens para exemplificar o processo que inicia com o desenho 3D, posteriormente a produção do protótipo que será o molde para o produto final em metal: (1) (2) (3) (4) (5) (6) Figura 6: Prototipagem rápida com fresadora CNC Fonte: Deskproto (2008).

7 7 Os processos através da técnica aditiva somam e fundem materiais em estado laminar, em pó ou líquido. Estes materiais, principalmente os polímeros, se fundem em determinadas temperaturas formando modelos físicos positivos, que podem ser processados para obter as formas negativas para serem usadas como moldes. Dentre essas técnicas, tem-se a Estereolitografia (STL), a Sinterização Seletiva a Laser (SLS Selective Laser Sintering) e a Modelagem por Deposição de material Fundido (FDM). A figura 7 apresenta o desenho aprovado e o protótipo produzido em termoplástico através do equipamento SolidScape T66 que funciona como um tipo de FDM. A impressão de camadas finíssimas (0,0125mm de espessura e precisão de 0,025mm) resultou o modelo extremamente preciso, com grande riqueza de detalhes e superfícies lisas. Tal como a cera, o termo-plástico queima sem deixar resíduos, propiciando a fundição por métodos tradicionais. (MODELLISTICA, 2008) Figura 7: Modelo 3D digital e Protótipo em Termo-Plástico Fonte: Modellistica (2008). As vantagens da Prototipagem Rápida na indústria joalheira, segundo Fonseca et al. (2006), são: Precisão: os encaixes e os detalhes são perfeitos; Qualidade: a forma geométrica é produzida corretamente e as superfícies são bem acabadas; Agilidade: possibilita visualizar e avaliar/testar a peça antes da produção; Flexibilidade: propicia a realização de formas complexas; Competitividade: reduz significativamente o tempo e o custo de produção; aumenta a produtividade. Em relação a Prototipagem Rápida na indústria joalheira, Amorim e Teixeira (2007) comentam:

8 8 Hoje as novas tecnologias que possibilitam o desenvolvimento integrado do produto já permitem prever o comportamento real de um produto, pela modelagem matemática e física (prototipagem). Na modelagem matemática um modelo computacional é simulado a partir de características como forma, dimensão e material. Nesse ambiente a simulação possibilita a avaliação e testes, impraticáveis em laboratórios tradicionais, como os efeitos de forças, conexões, juntas, etc., que dão a informação necessária para as correções e alterações antes da construção do protótipo físico. No estágio do protótipo físico, pela forma tradicional, é necessária uma grande e diversificada quantidade de ferramentas, pessoal especializado e maior tempo disponível para os vários modelos até o protótipo final. Pela prototipagem rápida é possível produzir com precisão peças de geometria e formas complexas em menor tempo e com maior qualidade e fidelidade à concepção projetual. (AMORIM, TEIXEIRA, 2007, p. 2) 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Em vários séculos, houve pouca transformação no processo de produção de joias. Entretanto, a partir do ano 2000, ocorreu um grande salto em inovação tecnológica no setor da indústria joalheira, com a inserção de softwares e hardwares voltados a produção de joias. No processo de fundição por cera perdida, o uso da prototipagem rápida para produção de modelos em cera ou termo-plásticos estão contribuindo para elevar os padrões de competitividade das indústrias joalheiras, pois reduz o tempo e o custo de fabricação, além de aumentar a produtividade. Ressalta-se que a prototipagem rápida é dependente da modelagem 3D digital do objeto a ser produzido. Portanto, evidencia-se a relevância da representação gráfica nesse cenário. Incentiva-se a produção de joias para exportação, entretanto para competir com concorrentes internacionais será necessária a incorporação da alta tecnologia. Contudo, o investimento para a modernização tecnológica do setor joalheiro é alto e há escassez de mão de obra qualificada, principalmente na área de modelagem 3D digital. Conforme aponta Konzen et al.: No Brasil ainda se observa à resistência de uma parte das empresas joalheiras e designers em utilizarem este tipo de ferramentas para projetar e fabricar suas joias, fato que ocorre devido a pouca disponibilidade em equipamentos e cursos de capacitação específicos sobre os softwares no Brasil, assim como o alto custo dos mesmos. Em contrapartida, algumas empresas pioneiras já estão percebendo as vantagens proporcionadas pelo investimento nestas tecnologias. (KONZEN et al., 2008)

9 9 Para as empresas brasileiras do setor de joias e semi-joias (folheados), inovação vem sendo a palavra-chave. Renovação de saberes ou re-capacitação são exigências voltadas aos designers brasileiros, que também terão ser serviços alavancados pelas novas tecnologias. No âmbito da produção de joias, o design propicia a geração de novos conceitos, estilos e qualidade para atender as exigências do mercado consumidor. Referências AMORIM, Wadson Gomes; TEIXEIRA, Maria Bernadete Santos. Integração de tecnologias na fundição simulada de joias de ouro. In: Anais do II Encuentro Latinoamericano de Diseño, Palermo, BATISTA, Claudia Regina. A Ergonomia no Design de Joias. In: ABERGO Anais do XII Congresso Brasileiro de Ergonomia, II Fórum Brasileiro de Ergonomia, I Congresso Brasileiro de Iniciação Científica em Ergonomia - Abergo Jovem. Fortaleza: ABERGO - Associação Brasileira de Ergonomia, BATISTA, Claudia Regina. Sistema de representação e modelagem digital: uma abordagem voltada ao projeto de joias, Monografia apresentada à Comissão Examinadora do Concurso Público edital nº 031/DDPP/2008, para o cargo de professor da Carreira do Magistério Superior, Classe Adjunto, campo de conhecimento na área de Sistema de Representação e Modelagem Digital, para o quadro permanente no Departamento de Expressão Gráfica, do Centro de Comunicação e Expressão, da Universidade Federal de Santa Catarina. CODINA, Carles. A joalharia: A técnica e a arte da joalharia explicadas com rigor e clareza. Coleção Artes e Ofícios. Lisboa: Estampa, DESKPROTO. Double Technology. Disponível em acesso em 30/07/2008. FONSECA, Joaquim da H. O; XAVIER, Leydervan de S; PEIXOTO, José A. As possíveis contribuições da prototipagem rápida para a melhoria da competitividade na produção joalheira da cidade do Rio de Janeiro. Anais do ENEGEP 2006 XXVI Encontro Nacional de Engenharia de Produção. Fortaleza, CE, Brasil, 9 a 11 de outubro de KONZEN, Júlia Schwarzer; BRUXEL, Eduardo; ETCHEPARE, Hélio Dorneles. Estudo da Utilização de Softwares 3D e Tecnologias de Prototipagem CNC em gemas. Disponível em: acesso em 30/07/2008. MODELLISTICA. Joalheria digital. Disponível em acesso em 30/07/2008. NOGUCHI, Liza Dantas; ECHTERNACHT, Eliza Helena de Oliveira. O ourives e os ossos do ofício: a qualidade da joia a partir da interface entre projeto e execução na produção joalheira artesanal. In: Anais do ENEGEP XXIII Encontro Nacional de Engenharia de Produção. Ouro Preto MG, de 21 a 24 de out., 2003.

10 10 RHINOCEROS. Jewelry design gallery. Disponível on-line em acesso em 23/04/2008. RPWAX. CAD means "computer aided design". Disponível em acesso em 30/07/2008. SOUZA, Simoni. Projeto vai dinamizar vendas externas de joias brasileiras. Disponível em acesso em 28/11/2007. WEIDINGER, William A. jewelry creations. Disponível em acesso em 20/02/2013.