Prototipagem

Prototipagem é um processo interativo entre projetista e cliente que parte de uma ideia, sugere, cria e testa diversos modelos, corrige imperfeições detectadas nos modelos e aprimora o design e a construção de um objeto por meio de sucessivas iterações até atingir o estágio desejado de aperfeiçoamento e usabilidade, quando então esse objeto pode passar a ser produzido em escala.

A Prototipagem envolve diversas áreas de conhecimento, e frequentemente implica no estudo e aquisição de novos conhecimentos para oferecer o necessário suporte ao processo de desenvolvimento de um determinado projeto, e é isso que a torna uma atividade tão interessante e envolvente.

Em um mesmo projeto é frequentemente necessário agregar conhecimentos tão distantes quanto tipos de plásticos e adesivos, modelos de parafusos e sistemas de fixação, sistemas de montagem em série que sejam viáveis economicamente, vedação, prevenção de erros de montador e operador incorporados ao projeto, diferentes opções de custo/benefício para um mesmo aspecto do projeto, facilidade de manutenção em campo, etc.

A partir da informação fornecida e discutida com o cliente (desenhos, esquemas, fotos ou o próprio hardware, como no exemplo abaixo), é feita uma modelagem básica dos componentes em 3D individualmente, com dimensões precisas, de modo que cada parte possa ser facilmente modificada, movimentada ou excluída do projeto. Isto feito, cria-se uma primeira proposta que é então mostrada ao cliente e discutida, iniciando o processo iterativo que culminará com o protótipo final.

O software a ser utilizado depende da natureza do projeto, ilustraremos aqui o inicio do desenvolvimento de um protótipo real (com a autorização do cliente) mediante o uso do CAD e de um software de Modelagem Paramétrica, no caso o Cubify Design, com o apoio da impressora 3D.

Hardware do protótipo

Hardware do protótipo fornecido pelo cliente

O modo “wireframe” do CAD permite visualizar tanto o interior quanto o exterior do objeto, mas nem sempre é fácil de compreender para quem não está acostumado a interpretar esse tipo de representação.

Diagrama do protótipo em "wireframe "

Diagrama do hardware e do protótipo em “wireframe “

O modo “shaded” oferece algum conforto visual para o estudo do projeto, mas ainda não é o ideal.

Visualização renderizada

Visualização “shaded”

Uma opção melhor é o uso de um software de Modelagem Paramétrica, como o Cubify Design, que permite o uso de transparências, vistas em corte e explodidas.

Cubify Design montagem completa

Cubify Design vista em corte

Cubify Design vista explodida

Contudo, em muitos casos nem mesmo a renderização ou a vista em transparência oferecem uma experiência adequada com o protótipo proposto, e é então que a impressão 3D se mostra a ferramenta ideal, pois permite em pouco tempo e de forma muito econômica ter o protótipo em mãos, testar o hardware, o manuseio, visualizar sequências de montagem, etc.

De posse do modelo 3D do protótipo, parte-se para uma primeira impressão 3D do objeto parcial, afim de verificar os detalhes.

Software de fatiamento e controle da impressora 3D

Software de fatiamento e controle da impressora 3D

O fatiamento permite por vezes detectar problemas antes mesmo da impressão, pois o programa permite examinar cada fatia individualmente.

Com a impressão 3D em mãos, pode-se então proceder à análise do primeiro protótipo, que de imediato revela alguns problemas no encaixe da placa.

Alguns ajustes menores no encaixe da placa e uma nova impressão 3D

Após a revisão e correção desses detalhes, prepara-se um novo modelo e uma nova impressão 3D, apenas da parte essencial.

Montagem

Montagem

Conjunto montado

Conjunto montado

Conjunto montado

Conjunto montado

Conjunto montado

Conjunto montado

Via de regra, a precisão da impressão 3D está na casa da fração de milímetro, e portanto as tolerâncias dimensionais podem ser avaliadas corretamente após a montagem, e corrigidas facilmente por meio de medições diretas no protótipo, caso necessário.

Detalhe do encaixe da placa

Detalhe do encaixe da placa

Verificado que as partes mecânicas internas se ajustam corretamente, decidiu-se por optar pela alteração no tipo de conector utilizado, mudando para um modelo menor, implicando em uma pequena alteração facilmente implementada.

É então produzida uma nova impressão em 3D, desta vez pelo processo SLA (resina), com alta precisão dimensional, para assegurar que tudo se encaixa como previsto no projeto. Nessa fase já se incluem os elementos de design e a logomarca.

Protótipo definitivo

Conectores menores

Uma tampa em INOX cortada a laser permite inclusive verificar a estanqueidade do conjunto, submergindo-o à profundidade e pelo tempo especificado na Norma do Índice de Proteção desejado (no caso, IP 67/68).

Teste da tampa

Revisados todos os detalhes, a etapa final consiste em converter o arquivo 3D para o formato STEP, que é como um formato padronizado de intercâmbio entre plataformas de projeto e de usinagem assistida por computador. Esse arquivo foi então enviado a um fabricante especializado em injeção plástica na China, afim de produzir um molde e fabricar a peça por injeção em ABS cinza escuro.

Arquivo STEP

Após o acerto dos detalhes necessários, o fabricante envia as primeiras amostras do produto final. Conferidas com as especificações, pode-se finalmente iniciar a produção em escala industrial do objeto.

Amostra de injeção