Departamento de Artes e Design 

PESQUISA, DESENVOLVIMENTO E DIFUSÃO DE NOVAS TECNOLOGIAS DIGITAIS DE MANUFATURA, MODELAGEM E 

CAPTURA DE SUPERFÍCIES. 

 

 

Aluno: Hugo Paes Simões 

Orientador: Jorge Roberto Lopes dos Santos 

 

 

1 ­ Introdução O projeto trata de pesquisa, 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). Um dos principais projetos executados foi o 3Dimensões: Arte,                       Tecnologia e Educação, em parceria com a Fundação Eva Klabin, onde 11 peças de seu                             acervo permanente tiveram suas superfícies 3D obtidas no local e reproduzidas                     posteriormente com tecnologias de manufatura digital. Completando assim duas das tres                     etapas do projeto, para incluir a educação ao projeto, escolas públicas e privadas foram                           convidadas a participarem do projeto. Estas escolas levaram turmas de cerca de 20 alunos,                           que receberam uma aula de história da artes sobre as peças escolhidas para o projeto e em                                 seguida nós do NEXT fazíamos uma apresentação sobre o como funciona o processo de                           escaneamento 3D e a manufatura digital, levando a prática às crianças, com uma impressora e                             um scaner 3D. Posteriormente as escolas visitaram a PUC­Rio para conhecer o NEXT e as                             tecnologias aqui aplicadas mais a fundo.  2 ­ Objetivos 

O presente projeto tem por objetivo viabilizar a utilização integrada do saber                       tecnológico em modelagem, captura e simulação tridimensional virtual e física na formação                       de profissionais e pesquisadores aptos a atuarem em projetos nas diversas áreas do Design,                           tais como, Design de Produtos, Mídia Interativa, Moda, Animação e Arquitetura, a serem                         desenvolvidas por alunos, professores e pesquisadores do Departamento de Artes & Design                       da PUC­Rio e do Instituto Nacional de Tecnologia pela parceria na utilização de maquinário                           e compartilhamento de informações. No caso do projeto com a Fundação Eva Klabin, havia o                             objetivo de preservar peças históricas por meio da obtenção e reprodução digital, permitindo                         um maior manuseio por parte do público sem por em risco as obras originais. Isso e a                                 aproximação das crianças com as tecnologias que estarão presentes no futuro e                       incentivando­as a pensar com essas possibilidades, talvez até seguindo uma carreira ligada a                         algum dos assuntos. 

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 3 ­ Metodologia 

Os métodos propostos no presente projeto 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 alem dos habituais mouses, tais como as tecnologias “haptic” que simulam                           sensações 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 e tratadas digitalmente, 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 frezadoras 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. Essa precisão permite o uso de forma fiel as obras e por isso foram os                               processos utilizados para as peças da Eva Klabin, as quais foram escaneadas com um scanner                             de luz branca de alta precisão, devida a complexidade das superfícies. Os arquivos foram                           tratados depois no NEXT através de programas de modelagem virtual e tratamento de scans.                           Com os arquivos prontos, as escalas puderam ser escolhidas para a produção das réplicas de                             acordo com as tecnologias disponíveis e melhor aplicáveis a complexidade de cada peça                         buscando uma maior fidelidade.  4 ­ 3Dimensões: Arte, Tecnologia e Educação 

Projeto junto a Fundação Eva Klabin com o objetivo de escanear e reproduzir                         tridimensionalmente peças históricas do acervo para preservação e também o uso na                       educação. Pois essas reproduções permitem maior manuseio por parte do público e dos                         próprios pesquisadores, sem apresentar riscos às peças originais. 

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 cartaz de exposição do projeto. 

4.1 ­ Escaneamento Como todos os processos de produção na indústria, precisávamos buscar o método                       

mais viável e eficiente para a realização do projeto. No caso do escaneamento, buscávamos                           uma alta fidelidade às superfícies e ao volume das peças, para que os modelos virtuais                             permitissem uma reprodução exata dos modelos com as tecnologias de manufatura digital                       (impressoras 3D e máquinas CNC) e a possibilidade de realizar este dentro da Fundação, para                             evitar o transporte das peças históricas. 

Para atender essas duas qualidades, utilizamos o RangeVision, um scanner de luz branca que conseguimos instalar in loco e fizemos a obtenção das imagens que seriam posteriormente tratadas no NEXT, pois o scanner captura frações do volume e essas partes 

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devem ser alinhadas e fundidas para termos um modelo virtual fechado, passível de reprodução. 

 RangeVision no processo de digitialização de uma Estela Funerária. 

 peça do acervo sendo escaneada. 

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Resultados do Escaneamento. 

 alguns dos arquivos fechados, prontos para reprodução. 

4.2 ­ Manufatura Digital Assim como com o escaneamento, a escolha da tecnologia para cada obra era definida                           

não apenas pela disponibilidade, mas pela precisão da tecnologia e a possibilidade de                         reprodução em tamanho real, sendo que algumas tiveram de serem feitas em escala. 

No caso da impressão 3D, possuímos algumas tecnologias distintas, onde o material, a                         resolução e o tamanho da impressão variam. 

 peça impressa em escala 1:1 em PMMA em parceria com o INT. 

A escolha desta tecnologia então depende de um conhecimento técnico aprofundado                     das tecnologias que foi possível devido a proximidade e a possibilidade de uso dessas                           tecnologias ao longo da pesquisa. 

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 modelo impresso em resina foto sensível em escala 1:10 

Quanto a máquinas CNC(comando numérico computadorizado), utilizamos nas               pesquisas dos NEXT um braço robo KUKA de 6 eixos, que permite a usinagem(técnica de                             manufatura por remoção de material) das peças não apenas na profundidade. Isso também                         permite o uso de outros materiais, como madeira, poliuretano(PU) e  poliestireno(PS). 

 usinagem em PU de um dos arquivos. 

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4.3 ­ Educação Porque o projeto tinha como um dos objetivos levar a jovens estudantes conhecimento                         

sobre a área histórica e das novas tecnologias aplicadas a produção, turmas de colégios foram                             até a fundação, onde a equipe da coordenação de educação Eva Klabin ministrava uma aula                             sobre a história das obras e importância do projeto e em seguida, nós do NEXT fazíamos uma                                 apresentação sobre o como foi o processo dentro deste projeto e o como são essas novas                               tecnologias de fabricação digital. 

Nessas apresentações mostramos o básico sobre escaneamento e impressão 3D com                     demonstrações por meio de um scanner Sense e uma impressora Cube, por serem portáteis e                             demonstrarem resultados imediatos, embora tenham resoluções precárias, são muito didáticas                   exatamente por mostrarem os resultados em tempo real para os alunos. 

 equipamento utilizado para a apresentação aos alunos das escolas na Fundação Eva Klabin. 

O segundo encontro com cada escola se deu dentro da própria PUC­Rio, onde                         demonstramos mais tecnologias utilizadas, apresentamos o laboratório e os tipos de pesquisa                       realizadas e abrimos discussões sobre processos os de design e desenvolvimento de                       tecnologias.  5 ­ Outros Projetos  5.1 ­ Bico de Tucano 

O Instituto Vida Livre, desenvolvido e organizado por Roched Jacobsson Seba nos                       procurou, por indicação do aluno de mestrado Gustavo Cleinman, com a ideia do                         desenvolvimento de uma prótese para o bico de um tucano que havia sofrido maus tratos e                               perdeu parte do bico 

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 a tucana ainda com o bico quebrado. 

Como o bico da tucana é muito escuro e não temos como restringir muito seus                             movimentos, o scan se tornou bem mais difícil, por isso tivemos de utilizar a fotogrametria,                             que permitiu que conseguíssemos pelo menos as dimensões de forma exata para modelar a                           prótese que seria impressa.  

 parte do bico escaneado por fotogrametria. 

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 a tucana após a cirurgia, com a prótese instalada. 

5.2 ­ Usinagem para engenharia Como um dos objetivos da pesquisa era a utilização das tecnologias, realizamos                       

diversos testes com as máquinas para ganhar experiencia com seus softwares e as                         peculiaridades de cada técnica. 

A manufatura de um contra­molde para o capô do carro da Reptiles, equipe Baja da                             PUC­Rio, em poliestireno usinado pelo braço robô foi um deles. Por ser uma usinagem                           grande, o braço se mostrava mais eficiente e por possuir pouca experiência em seu uso, se                               mostrou um grande desafio a programação desta usinagem. 

 usinagem no braço robô com poliestireno.