I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul Soledade, RS 06 a 08/05/2009. http://www.upf.br/ctpedras/sdgem 0BPLATAFORMAS COMPUTADORIZADAS APLICADAS AO PROCESSO DE LAPIDAÇÃO DE RESÍDUOS DE MINERAÇÃO: ESTUDO DE CASO DE LAPIDAÇÃO DIFERENCIADA E APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE FELDSPATO DA CIDADE DE CORONEL MURTA - VALE DO JEQUITINHONHA. Edson Silva Xavier 1 ; Maria Bernadete Teixeira 2 ; Adriano Aguiar Mol 3 ; Mara guerra 4 1 UEMG HUedson.xavier@gmail.comUH ; 2 UEMG HUdesignjoias@gmail.comUH ; 3 UEMG HUmol.adriano@gmail.comUH ; 4 UEMG HUMaraguerrak@gmail.comU Resumo: O avanço da computação gráfica, principalmente das plataformas de modelagem tridimensional também é notável em áreas que utilizam processos de produção milenares. O setor produtivo joalheiro vem demonstrando que a aplicação de ferramentas computacionais de última geração, aliada a processos tradicionais, tais como fundição e lapidação de gemas, pode resultar em avanços no processo criativo e de manufatura de produtos joalheiros. O artigo aborda o potencial de aplicação das ferramentas CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing), CAE (Computer Aided Engineering), CAID (Computer Aided Industrial Design) na lapidação diferenciada de resíduos de mineração. Explana as possibilidades da aplicação de novas tecnologias no desenvolvimento de novos produtos e processos de manufatura de resíduos minerais. E como sua aplicação foi usada para motivar o desenvolvimento econômico e social da cidade de Coronel Murta na região do vale do Jequitinhonha. Como no Caso da linha de anéis com lapidação diferenciada denominada EXPEDIÇÃO. Palavras-Chave: Computer Aided( CAD,CAM,CAE,CAID); Engenharia de produção; Design de gemas e jóias; Eco Design e Sustentabilidade. Abstract :The advancement of computer graphics, particularly three-dimensional modeling of platforms is also notable in areas that use production processes millenary. The jewelry manufacturing industry is showing that the application of computational tools of last generation, combined with traditional processes, such as casting and cutting of stones, can result in progress in the creative process and manufacturing of products jewelers. The article discusses the potential application tools of CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing), CAE (Computer Aided Engineering), CAID (Computer Aided Industrial Design) in differentiated stoning of waste mining. Explained the possibilities of applying new technologies in developing new products and processes for manufacture of mineral waste. And as its application was used to motivate the economic and social development of the city of Coronel Murta in the Jequitinhonha Valley. If the line of cutting rings with differentiated called EXPEDIÇÃO. Keywords: Computer Aided( CAD,CAM,CAE,CAID), Production engineering, design gems and jewelry; Eco Design and Sustainability.
1. Introdução Este artigo resulta de projetos de inclusão do design de gemas e jóias no setor joalheiro na região do Vale do Jequitinhonha, cidades de Araçuaí, Coronel Murta, Teófilo Otoni e Belo Horizonte realizados pelo CEDGEM UEMG. O projeto Da Gema realizado pelo CMD, Centro Minas Design, num programa de atuação setorial. Com duração de seis meses, compostos por mestres e designers alunos do curso de Pós - graduação em Design de Gemas e Jóias Da UEMG, Universidade do Estado de Minas Gerais, e contemplando 20 empresas da região, gerou projetos de produtos e protótipos apresentados à secretária de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior do Estado de Minas Gerais em 11 de Dezembro de 2008. Aborda a continuação da atuação da Universidade do Estado de Minas Gerais, UEMG, com apoio da FAPEMIG e do Centro de Estudos em Design de Gemas e Jóias CEDGEM_UEMG na região do Vale Do Jequitinhonha e na cidade de Coronel Murta. Buscando a identificação da vocação, o treinamento de mão de obra local e estruturação instrumental e laboratorial da Associação de Garimpeiros de Coronel Murta e médio Jequitinhonha. Resultou em uma linha de produtos específicos, para cada empresa atendida pelo projeto e, em pedidos de registro de desenho industrial e aperfeiçoamento de patentes de equipamentos. Porém o foco principal deste artigo é aplicação da ferramenta CAE no contexto de abordagem do projeto e seus potenciais dentro da lapidação de resíduos minerais: que resultou na linha expedição ganhadora do 1 Prêmio Minas Design, na categoria resíduos profissional. Linha esta que visa ser uma continuação da linha base de projeto, conceito e treinamento de mão de obra qualificada a atuar no Laboratório de Lapidação e Artefatos Minerais da cidade de Coronel Murta, Vale do Jequitinhonha. Laboratório este implantado na fase de identificação de vocação e estruturação instrumental, com apoio da FAPEMIG, e do CEDGEM-UEMG; em projeto anterior ao projeto Da Gema. 1B2. Metodologia O método de trabalho proposto para o projeto e para os designers bolsistas foi baseado em metodologias já aplicadas em projetos de pesquisas desenvolvidos pelo Centro de Estudos e Pesquisas em Design de Gemas e Jóias CEDGEM- UEMG. Que consistiu na revisão bibliográfica, levantamento, estudo e domínio das ferramentas aplicadas ao desenvolvimento de lapidação com auxilio de ferramentas CAD, CAM e CAE visando sua aplicação à Concepção de Produtos de Joalheria. Para atingir os objetivos do projeto e o desenvolvimento de uma capacidade crítica dos designers bolsistas, a metodologia foi baseada no Modelo adotado por: XAVIER, S. TEIXEIRA, S. LANA, S, 2008 Modelos Matemáticos Tridimensionais Aplicados à Concepção de Produtos de Joalheria: Seminário de pesquisa e extensão da UEMG, novembro 2007. Doc 01479145661-20071022134736. E por se tratar de um APL, foi reestruturado nas seguintes etapas: Elucidação Teórica Buscou - se informação a respeitos das variáveis que compunham o campo de conhecimento teórico e técnico necessário no desenvolvimento de lapidações diferenciadas com auxilio de ferramentas computacionais. Conhecimentos tais como tipo de maquinário necessário, ferramentas computacionais gráficas aplicáveis, características da matéria prima e seus processos de manufatura, possibilidades de aplicação dessas tecnologias pela região e empresas envolvidas. Histórico de aplicação dessa tecnologia de desenvolvimento aberto recente. Isto possibilitou conhecimento das dimensões do projeto dos produtos. Levantamento Dos Dados. Nesta fase foram coletados os dados, estudos buscando um nivelamento teórico dos conceitos básicos mínimos, das respectivas áreas relacionadas e envolvidas no projeto tais como; engenharia de materiais, design de produtos, design gráfico, engenharia de produção, lapidação de gemas e artefatos minerais e reconhecimento e aprendizado da cultura, identidade local e sua iconografia. Esses dados importantes para o desenvolvimento da linha de produtos são resultado de pesquisa maior realizada por toda a equipe envolvida no projeto setorial Da Gema. Todos os testes laboratoriais citados abaixo foram realizados no CEDGEM UEMG e em seus laboratórios, laboratório de prototipagem rápida (PROLAB) e laboratório de lapidação. Testes Laboratoriais: 1 Teste de manipulação das geometrias, modelagem matemática, obtidas na etapa de levantamento iconográfico, buscando estabelecer critérios para controlar a geometria dos sólidos desenvolvidos. Desenvolvimento matemático e
imagens foto realísticas com auxilio de programas CAD, CAID que permitem uma simulação das propriedades óticas e estéticas das lapidações (produto). 2 Avaliação e testes a partir dos sólidos desenvolvidos junto ao laboratório de prototipagem PROLAB-CEDGEM- UEMG, para primeiro contato físico com as formas desenvolvidas com auxilio de ferramentas CAD. 3 Avaliação e testes a partir dos modelos prototipados para análise da viabilidade técnica e de lapidação, bem como acabamento final das peças, simulação da usinagem via programas CAE e lapidação dos produtos via CAM. 4 Interpretação dos dados e soluções. Análise dos dados obtidos ao longo da pesquisa para determinar se os resultados podem ser aproveitados pela indústria joalheira, levando-se em conta os recursos tecnológicos e humanos que envolvem o processo. Atividades realizadas: Levantamento do estado da arte, estado tecnológico; revisão bibliográfica e fichamento dos textos, artigos, capítulos de livros selecionados, julgados pertinentes ao trabalho. Levantamento de softwares CAD, CAM, CAE, CAID e de maquinário de capital humano necessário para a pesquisa e desenvolvimento dos produtos (lapidações), análise dos mesmos gerando um quadro comparativo com pontos necessários para o projeto. Simulação da lapidação via software (s) escolhido(s); Estudo das características gemológicas e óticas, do feldspato enquanto material lapidado; Concepção dos primeiros modelos matemáticos tridimensionais; Fechamento da linha de lapidação segundo briefing e estudos em pareceria com empresas de Coronel Murta, realizados no projeto Da Gema. 3. Aplicação de Plataformas Computadorizadas, CAD, CAM, CAE, no Segmento de Resíduos e Artefatos Minerais: A implantação e o uso de plataformas computadorizadas em empresas de grande e médio porte ainda se dão de maneira lenta e gradativa. A necessidade de melhoria continua de produtos: aumento da qualidade, diminuição do tempo de desenvolvimento e do ciclo de vida de produto e principalmente o fator custo vem motivando essa implantação. Na joalheria o uso de tais recursos já é uma realidade tão consolidada que varias empresas utilizam prototipagem rápida, que é um sistema de sinterização com uso de resina, da geometria obtida com auxilio da geometria matemática do modelo, o arquivo 3D. Mas quando o assunto é lapidação de gemas ou resíduos minerais essas tecnologias ainda são raramente exploradas no Brasil. O processo ainda é manual e depende única e exclusivamente da capacidade e habilidade do lapidário. Existe um estudo, da UNIVATES em parceria com empresas do Rio Grande do Sul, sobre a lapidação de pedras facetadas, que já está em estágio experimental, utilizando as máquinas CNC (Comando Numérico Computadorizado) e sistemas CAM. Mas como não se encontra no mercado brasileiro, disponível para comercialização, nenhum equipamento CNC específico, que realize a lapidação via sistema CAM de gemas, resíduos minerais, proporcionando lapidação facetada ou formas orgânicas. Todo o estudo foi realizado com equipamentos oriundo dos setores metal mecânico, e, usando ferramentas destinadas a lapidação de metais. Utilizou se tabelas dos fabricantes de ferramentas de corte, testes laboratoriais, e pesquisa em áreas similares para que se pudesse estimar uma ferramenta que obtivesse desempenho satisfatório também em minerais.
Figura 1: Usinagem de imagem em feldspato usando centro de usinagem, de pequeno porte, destinado ao setor metal mecânico. Digital Stone Project, Mercerville, NJ, USA Os testes demonstraram que a lapidação com auxílio de máquinas de comando numérico, de uso metal mecânicos atende as necessidades do setor de lapidação de resíduos minerais. Por possuírem custo acessível e uma gama enorme de tamanho de maquinário. Tais como exemplos citados na figura 2. Também demonstram a necessidade de uma abordagem e estudo específico de maquinários para o setor de lapidação de gemas e minerais. Figura 2. Usinagem de imagem em feldspato usando centro de usinagem, de grande porte, destinado ao setor metal mecânico. Digital Stone Project, Mercerville, NJ, USA 2B4. Testes de Simulação de Lapidação Diferenciada Com Auxílio de Ferramentas CAD (Computer Aided Design) e CAM ( Computer Aided Manufacturing). A simulação do processo de lapidação de formas orgânicas com ferramentas de projeto assistido por computador, CAM permite que se obtenha uma previa do produto final sem a necessidade de gastar a gema ou mineral em questão. Possibilita um estudo do melhor aproveitamento do mineral ou gema. Fornecem dados sobre áreas que se tornam mais frágeis devido à geometria da peça, ou se o mineral possui, ou não, possibilidade de executar tal forma. A figura 3 mostra a lapidação feita com ferramenta CAD e sua simulação de corte com ferramenta CAM e o erro obtido na simulação da amostra escaneada. O mineral não tem geometria suficiente para se executar tal lapidação.
Figura 3. Simulação virtual da lapidação, constatação de erro e lapidação final do produto. Digital Stone Project, Mercerville, NJ, USA Com o domínio dessa tecnologia e capacidade de simular geometrias lapidáveis começou a etapa de desenvolvimento da linha expedição. Que tem como objetivo acadêmico a comprovação da aplicação de ferramentas computadorizada no desenvolvimento de produtos de alta qualidade utilizando resíduo como matéria prima. 3B5. Testes de Simulação de Lapidação Diferenciada com Auxílio de Ferramentas CAE (Computer Aided engineering) e CAID ( Computer Aided Industrial Design). Com ajuda das ferramentas CAE, conseguimos avaliar os pontos mais frágeis das geometrias, seu volume, peso, área de superfície tempo de lapidação. Além da possibilidade de fomentar o banco de dados e análise com características relativas ao material. Possibilitando até mesmo simular o comportamento da sua estrutura após lapidação. Figura 4. Modelagem matemática e Simulações realizadas na linha expedição. Fonte: CEDGEM UEMG A ferramenta CAID possibilita a simulação de características sensoriais do objeto tais como: cor, acabamento superficial, reflexão luz sobre suas superfícies, dispersão da luz, reflexão e todos os parâmetros óticos que só seriam possíveis com a fabricação do produto. Figura 5. Render: Simulações foto realística das propriedades óticas da linha expedição. Fonte: CEDGEM UEMG
A ferramenta CAID que gerou as imagens da Figura 4 possui simuladores de física real que fornecem com fidelidade todos os parâmetros óticos do material, no caso das imagens, feldspato e cristais de quartzo lapidados, possibilitando prever se a lapidação terá grande apelo estético e suas qualidades óticas otimizadas. 6. Resultados Obtidos Constatação da possibilidade de utilizar ferramentas computacionais no processo de lapidação de resíduos minerais diversos; Constatação da possibilidade de encontrar a maior quilate (ct) de uma determinada amostra; Constatação da possível avaliação se determinada amostra pode contemplar determinado projeto de lapidação através da análise CAE do modelo digital da amostra mineral; Constatar a possibilidade de utilização de maquinário de comando numérico computadorizado (CNC) e de softwares CAM existentes poderem executar lapidação de gemas e resíduos minerais diversos. Comprovando a viabilidade de pesquisas e investimentos no desenvolvimento de maquinário específico para indústria joalheira; Simular uma linha de anéis de lapidação diferenciada que utiliza material considerado como resíduo; Simular a utilização consciente de material considerado resíduo e assim aumentar seu valor comercial; Simular todo o comportamento ótico, estético, técnico de material considerado resíduo (resto da extração de feldspato) dentro de um conceito que visa o desenvolvimento técnico instrumental e social da cidade de coronel murta; Simular o resultado da lapidação, sem a necessidade de correr o risco de queimar a amostrar, perder por erro ou dano o valor da gema, utilizando ferramentas CAID e CAD; Figura 6. Fotos linha EXPEDIÇÃO de anéis com lapidação diferenciada utilizando resíduos de feldspato. Fonte: CEDGEM 7. Conclusão A partir dos testes e pesquisas realizados a cerca da utilização de ferramentas computacionais no setor joalheiro podemos confirmar a hipótese da importância das ferramentas CAM (Computer Aided Manufacturing), CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Enngineering), CAID (Computer Aided Industrial Design) Aplicadas ao Processo de Lapidação de resíduos de mineração. Desenvolvendo produtos que comprovam essas melhorias de processos, desenvolvimento e fabricação de produtos joalheiros. Os testes mostraram que a lapidação com auxilio de ferramentas CAD, CAM, CAE, CAID diminuem o risco de lapidar gemas e artefatos minerais, pois possibilitam simular a execução da atividade e criar um plano de execução da mesma. O uso do CAE (Computer Aided engineering) e CAM (Computer Aided Manufacturing) agrega, além de novas possibilidades formais, novos métodos de análise da amostra mineral que será utilizada. Fornecendo ao profissional responsável pela lapidação parâmetros para escolha do melhor método de executar a atividade. Demonstrando assim a importância do estudo e aplicação de novas tecnologias no desenvolvimento econômico, social e de políticas de sustentabilidade para o uso dos recursos minerais e dos seus resíduos. 8. Referências bibliográficas HUSEMANN, R. ; SCHAEFFER, Robson Dagmar ; GASPARINI, G. ; TIGGEMANN, H.. Aperfeiçoamento do projeto de uma máquina de Facetamento de Gemas Semi - preciosas na Univates. In: II Workshop de Engenharia e Tecnologia - WET, 2006, Lajeado, RS. Anais do IV SICOMPI e II WET, 2006. v. 1.
MOL, A.A; DIAS, J.O, Estudo da valorização das gemas através do design de lapidação.2008: P&D 2008 Oitavo congresso de brasileiro de Pesquisa & Desenvolvimento em Design. CRICHIGNO FILHO, J. M. ; TEIXEIRA, Cleiton Rodrigues. Simulando a Capacibilidade do Processo na Usinagem. Máquinas e Metais, 2003 FOLETTO, C. B. G. ; ETCHEPARE, H. D.. Estudo da Inovação e Diferenciação no Design de Jóias, Lapidação e Tecnologia para Gemas e Coradas Gaúchas. In: 4 Congresso Internacional de Pesquisa em Design, 2006, Rio de Janeiro - RJ. Anais 4 Congresso Internacional de Pesquisa em Design, 2006. MARTINS FILHO, L. S. ; MOL, A. A. ; ROCHA, R.. Desenvolvimento de ferramenta computacional para auxílio ao projeto de gemas lapidadas. Revista da Escola de Minas, v. 58, p. 367-373, 2005.