FABRICAÇÃO DIGITAL PARA A CONFECÇÃO DE MAQUETES...

1º Simpósio Brasileiro de Tecnologia da Informação e Comunicação na Construção

10º Simpósio Brasileiro de Gestão e Economia da Construção

8 a 10 de novembro de 2017 - Fortaleza - Ceará - Brasil

FABRICAÇÃO DIGITAL PARA A CONFECÇÃO DE MAQUETES:

EXPERIÊNCIA DA UFBA

REGINA, Maria Emília R. (1); CHECCUCCI, Érica de S. (2); ALBAN, Naia (3);

SANTOS, Lívia D. (4); SANTANA, Elane B. dos S. (5)

(1) Mestre, UFBA, 71-987416571, e-mail: [email protected] (2) Doutor, UFBA, e-mail:

[email protected], (3) Doutor, UFBA, e-mail: [email protected], (4) Graduanda, UFBA, e-

mail: [email protected], (5) Graduanda, UFBA, e-mail: [email protected]

RESUMO

Em abril de 2016, a administração central da Universidade Federal da Bahia solicitou à Faculdade de

Arquitetura (FAUFBA) a elaboração de uma maquete física com o intuito de analisar e entender melhor

seus campi e fronteiras, com vistas a subsidiar o plano diretor da instituição. Tal solicitação estimulou a

implantação de novos processos, equipamentos e sistemas para a confecção da maquete, que foi realizada

em uma parceria entre a FAUFBA e a Escola de Belas Artes (EBA), contando ainda com o apoio do IhacLab-i. As edificações, topografia e vias foram elaboradas com técnicas de fabricação digital e os

elementos naturais, como as árvores e o mar, com técnicas artesanais. O objetivo deste artigo é discutir a

inserção da fabricação digital (uso de impressora 3D e cortadoras a laser e à lâmina) na produção da

maquete do campus de Ondina - Salvador. Mais especificamente, busca tratar da interação entre os

processos tradicionais e digitais na produção da maquete. A escala adotada foi a de 1/500 resultando em

uma maquete de 3,90 x 1,56 m. Foram utilizados os softwares Sketchup e Autocad para modelar as

edificações; impressora 3D da Cliever com filamento de PLA; e os softwares Autocad e Illustrator para

preparar os arquivos da topografia para as cortadoras (GLORYSTAR e Sillhoute Cameo). Verificou-se que

a adoção destas tecnologias aumentou a precisão e a rapidez em alguns procedimentos e permitiu realizar

processos que não seriam possíveis pelos métodos tradicionais de confecção de maquetes. O projeto agrega

uma equipe de mais de 30 pessoas, entre alunos, professores e técnicos administrativos e alcançou níveis

satisfatórios de difusão de conhecimento, tendo como produto não apenas a maquete do campus, mas a

realização de cursos e palestras. Este trabalho envolve ensino, pesquisa e extensão e é financiado pela Pró-

reitoria de planejamento e orçamento da UFBA.

Palavras-chave: Fabricação Digital. Maquete. Cortadora à laser. Impressão 3D.

ABSTRACT

In April 2016, the central administration of the Universidade Federal da Bahia asked the Faculdade de

Arquitetura (FAUFBA) to draw up a physical model to help analyze and understand better their campus

and borders, in order to subsidize the master plan of the institution. This request stimulated the

implementation of new processes, equipment and systems in the university. The mockup was made in a

partnership between FAUFBA and the Escola de Belas Artes, with the support of IhacLab-i. The buildings,

topography and pathways were elaborated with techniques of digital fabrication and the natural elements,

like trees and the sea, with craft techniques. The objective of this paper is to discuss the insertion of the

digital fabrication in the production of the model of Ondina campus. More specifically, it seeks to deal with

the interaction between traditional and digital processes in the production of the model. The scale adopted

was 1: 500 resulting in a mockup of 3.90 x 1.56 m. It was verified that the adoption of these technologies

increased the precision and speed in some procedures and allowed to realize processes that would not be

possible by the traditional methods of making models. The project brings together a team of more than 30

people, including students, teachers and administrative technicians, and has reached satisfactory levels of

knowledge diffusion, with courses and lectures.

Keywords: Digital Fabrication. Mockup. Laser cutting machine. 3D printing.

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SIBRAGEC - SBTIC 2017 – de 8 a 10 de Novembro – FORTALEZA - CE

1 INTRODUÇÃO

O projeto “Projeto Maquete da UFBA” iniciou-se em abril de 2016 e visa representar os

diversos campi da Universidade Federal da Bahia (UFBA) e algumas unidades dispersas

na cidade de Salvador. Ao receber a demanda para construir a maquete, a equipe optou

por introduzir a fabricação digital (FD) na sua confecção, de forma a atualizar seus

laboratórios, suas técnicas, métodos e processos de trabalho e poder posteriormente

inserir resultados desta experiência nos seus cursos de graduação e pós-graduação.

A popularização da associação dos sistemas CAD/CAM está produzindo uma revolução

na forma como se concebe e produz objetos (PUPO, 2009). A associação de ferramentas

computacionais com a FD pode facilitar e agilizar a produção e, como atestam Celani e

Pupo (2008), a prototipagem é uma tendência mundial atual. Neste contexto, a UFBA

aproveita a demanda da construção da maquete para iniciar a construção e difusão de

conhecimentos nesta área de forma exploratória proporcionando uma “maior

familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito (...)”

(BOAVENTURA, 2004, p.57).

Este projeto é um trabalho colaborativo e multidisciplinar que atua em dois eixos

complementares entre si: a confecção da maquete virtual, desenvolvida pelo

Departamento de Ciência Computação (DCC), e da maquete física desenvolvida pela

Faculdade de Arquitetura (FAUFBA) e pela Escola de Belas Artes (EBA).

Este artigo trata dos materiais e métodos desenvolvidos ao longo desse ano, referentes a

confecção da maquete física do campus de Ondina - Salvador, e discute sobre as

vantagens e desvantagens da inserção da FD, uso de cortadoras a laser e a lâmina e

impressora 3D FDM (Fusion deposition modeling), e sua interação com os meios

tradicionais no processo de construção da maquete. É importante ressaltar que outros

artigos foram produzidos sobre a construção do campus Ondina, cada um deles

aprofundando mais determinada etapa de construção da maquete. Desta forma, algumas

questões tratadas neste espaço estão mais superficiais, pois o enfoque adotado neste

trabalho foi a relação entre as técnicas tradicionais e os processos digitais.

A escala escolhida para a maquete foi de 1/500, por conta da dimensão da folha de papel

couro (1,00 x 0,80 m), utilizado para construir a topografia e da capacidade da área de

corte da cortadora a laser. Foi definida a mesma escala horizontal e vertical para a

topografia, uma vez que em maquetes dessa dimensão, é comum optar por escalas

diferentes para enfatizar a declividade do terreno (MATSUBARA et al., 2009). Para

representar o campus de Ondina nesta escala foi necessário dividi-lo em 10 módulos de

78 x 78 cm. A Figura 1 mostra a maquete, que tem um tamanho final de 3,90 x 1,56 m.

Nas seções seguintes serão discutidos sobre os materiais, métodos e processos utilizados.

2 MATERIAIS, MÉTODOS E PROCESSOS

A construção da maquete física da UFBA foi dividida em quatro eixos de produção

(edificações, topografia, vias e árvores), e uma etapa final de colagem e montagem. O

processo de FD foi utilizado nos três primeiros eixos de produção, para confecção dos

edifícios e seu entorno através da fabricação aditiva (impressoras 3D FDM); e das curvas

de nível e vias através da fabricação subtrativa (cortadora a laser e cortadora a lâmina,

respectivamente). As árvores e a etapa final foram realizadas artesanalmente.

A colaboração foi um elemento determinante para a execução desta maquete, pois os

alunos e os professores envolvidos no projeto não dominavam o uso de todas as

tecnologias necessárias para sua confecção. O conhecimento especializado foi

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compartilhado e posteriormente construído conjuntamente: alguns conheciam a teoria,

mas não haviam trabalhado diretamente com os programas e as máquinas. Este processo

resultou na disseminação das técnicas, protocolos e métodos desenvolvidos entre os

participantes do projeto.

Figura 1 – Maquete do campus Ondina

Fonte: Projeto Maquete da UFBA, 2017

Como a maquete foi executada em dois diferentes institutos distantes entre si (EBA e

FAUFBA), foi fundamental a adoção de mecanismos para aproximar a equipe e favorecer

a troca de informações e a construção de conhecimentos. Podem ser citados como

principais elementos de colaboração: (a) reuniões periódicas com todos os envolvidos;

(b) minicursos para troca de informações sobre os processos de corte a laser e impressão

3D FDM; (c) uso de espaço compartilhado no Google Drive, e; (d) troca de mensagens,

imagens e vídeos através do aplicativo WhatsApp, permitindo a todo o grupo ir

documentando e discutindo questões, problemas e soluções.

A definição dos parâmetros de impressão 3D FDM e das cortadoras a laser e a lâmina

foram baseados em expertises anteriores de professores da universidade. Os parâmetros

iniciais para a impressão sofreram diversos ajustes no desenvolvimento do trabalho, para

se adequarem à fabricação na escala 1/500. Já os parâmetros da cortadora a laser foram

satisfatórios desde o início, tendo sido adotados os mesmos já usados em corte de papel

couro em experiências anteriores realizadas na EBA.

Os métodos artesanais foram inseridos nas duas últimas etapas, a confecção das árvores

e a montagem da maquete: colagem da topografia, das vias, dos edifícios e das árvores.

Constatou-se a importância da adoção complementar dos processos artesanal e

tecnológico, evidenciando-se vantagens em cada um deles. A FD permitiu: (1) uma

execução formal mais elaborada, com inserção de detalhes nas geometrias (reentrâncias

e saliências), apesar da escala reduzida 1/500; (2) rapidez e precisão no processo de corte

e marcação da topografia e vias; (3) precisão na modelagem do entorno, permitindo sua

inserção posterior na topografia já cortada; (4) possibilidade de realização de testes

rápidos e diversos. Já a escolha por confeccionar árvores utilizando métodos tradicionais

permitiu dotar a maquete com uma característica estética mais familiar ao observador e

variar nas representações de massa de vegetação do campus (o uso de buchas vegetais,

com formatos diferenciados permitiu representar diferentes tipos de árvores). A seguir,

são apresentadas sucintamente as etapas de produção.

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2.1 Edificações

A modelagem dos edifícios UFBA, realizada no SketchUP Make, iniciou com a coleta de

dados a partir de plantas disponibilizadas pela Superintendência de Meio Ambiente e

Infraestrutura da UFBA (SUMAI) em formato DWG. Estas informações foram

complementadas por: visitas a campo, imagens obtidas na Internet e no Google Earth.

Após a coleta de dados, os edifícios foram analisados para identificar as características

mais relevantes de sua geometria, de modo a selecionar o que deveria ser modelado,

considerando que a representação seria impressa na escala 1/500. Uma das configurações

adotadas foi modelar os elementos pequenos com pelo menos 30 cm (mesmo que

tivessem dimensão menor) para que tivessem bom acabamento na impressão nesta escala.

Diversos edifícios foram impressos de cabeça para baixo, de forma a evitar ou minorar a

construção de suporte, necessário quando existe grandes balanços. Alguns modelos foram

repartidos, para caber na mesa da impressora 3D FDM utilizada. Nos modelos da UFBA,

foi confeccionada uma base de encaixe do prédio na topografia, de forma a poder ser

retirado da mesma, se necessário. Nestes casos, foi criado um rasgo na topografia para

cada edificação.

Os modelos gerados foram exportados no formato STL (stereolithografy), e importados

no software Autodesk Netfabb para verificação e correção de erros nos modelos. Para a

impressão 3D FDM foi utilizada a impressora Cliever CL1 e PLA branco (filamento

biodegradável de ácido polilático). O modelo, após verificado, era importado para o

software Cliever Studio, no qual os parâmetros de impressão foram ajustados de acordo

com a qualidade requerida. A Figura 2 apresenta um exemplo destas etapas de produção.

Figura 2 – Exemplos de modelos geométricos (trecho do Instituto de Letras)

Modelo no SketchUP Modelo no Autodesk Netfabb

Modelo no software Cliever (de cabeça

para baixo, para reduzir o suporte)

Modelo impresso

(de cabeça para baixo)


Os edifícios do entorno foram modelados após a coleta de informações no Sistema

Cartográfico da Região de Salvador (SICAR) e imagens do Google Earth. O processo foi

dividido em quatro etapas, uma vez que a base cartográfica estava desatualizada: (a)

foram levantadas as novas construções e seus respectivos gabaritos através do Google

Earth; (b) foi realizada a atualização nas pranchas base através do software Autocad; (c)

os modelos foram confeccionados de forma prismática e, (d) foram adicionados aos

modelos o perfil das curvas de nível de forma que eles se sobrepusessem à topografia. O

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entorno foi impresso em PLA marrom. A Figura 3 apresenta um trecho do entorno e

ressalta a diferença em relação a um prédio UFBA.

Figura 3 – Edifícios do entorno x edifício da UFBA e recorte na topografia


2.2 Topografia e vias

A topografia foi desenvolvida a partir da SICAR e atualizada após visitas a campo e

verificações em imagens na internet e Google Earth. As informações dos arquivos, em

formato DWG, foram separadas por cotas de nível. As curvas de nível foram separadas e

representadas sempre com um nível inferior (a ser cortado) e o imediatamente superior (a

ser marcado) servindo de base para a curva que seria colada sobreposta. Também eram

marcadas na topografia o entorno e as vias. Recortes eram criados para o encaixe dos

edifícios UFBA. As curvas, após organizadas foram agrupadas para otimizar o papel. Foi

escolhido o papel couro n. 50, que possui espessura equivalente a 1m na escala 1/500. A

Figura 4 ilustra (a) o arquivo com informações das curvas de nível e edificações e, (b)

pranchas montadas para corte (em azul representando marcação e em magenta

representando corte) e (c) trecho da topografia montada.

Figura 4 – Exemplo de arquivos da topografia preparada para corte

(a) (b) (c)


A limpeza, separação e montagem dos arquivos de corte foram realizados com Autocad

e salvos em formato DXF. Estes arquivos foram abertos no programa Illustrator e todas

as entidades gráficas (incluindo os textos) foram transformadas em linhas para serem

importadas para o software da cortadora a laser (Glorystar GLC1080). Neste programa

também era realizada uma verificação das entidades, de modo a evitar falhas no processo

de corte. O papel é cortado ou simplesmente marcado com o laser a partir de

configurações da potência e velocidade da máquina. O uso da cortadora a laser foi

fundamental no resultado obtido, uma vez que o papel é espesso e denso, e seria difícil e

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lento realizar o corte manualmente com boa qualidade (foram cortadas 229 folhas de

papel couro no total).

Para a produção das vias foram adotados os mesmos procedimentos utilizados no

processo de produção da topografia. Contudo, para cortá-las foi utilizada a cortadora à

lâmina Silhouette Cameo. O papel escolhido para as vias e alguns outros elementos, foi

o papel Sahara 180gr. As vias foram organizadas em folhas de formato A3 e seus arquivos

importados para o software da máquina, para realizar o corte, como ilustra a Figura 5: (a)

marcação no papel couro para colar posteriormente as vias e, (b) objetos fixados com as

vias implantadas na maquete.

Figura 5 – Exemplo de produção das vias

(a) (b)


Como a topografia do campus é acidentada e a representação das vias não estão em

verdadeira grandeza, foi adotado um incremento de 2,5 cm na extensão da via para ser

possível adaptá-la à topografia durante o processo de colagem.

2.3 Árvores

A identificação do local e a quantidade de árvores foi determinada a partir de visitas aos

locais e pesquisas em imagens no Google Maps e Google Earth. Após um levantamento

inicial, era marcada no terreno a localização de cada árvore a lápis e posteriormente

furado com uma retífica ou furadeira convencional com broca 1/16”. As árvores foram

coladas nos furos realizados, com cola para isopor e EVA.

Os seus troncos foram confeccionados com ramos de árvores, tendo-se escolhido pedaços

em bom estado de conservação e sem umidade e com diâmetro e altura aproximada na

escala 1/500. As copas foram feitas com pedaços de buchas vegetais.

Inicialmente, as sementes e excessos de fibras das buchas eram removidas. Em seguida,

eram realizados cortes perpendiculares ao seu comprimento. Para uniformizar e clarear a

cor das buchas, estas foram higienizados com água sanitária. Na sequência, era realizado

o processo de secagem, enrolando e prensando os cortes em papel Kraft para retirar o

excesso de água e deixadas para secar ao natural. Depois de seco cada pedaço foi cortado

com tesoura em partes ainda menores e essas foram artesanalmente modeladas para que

sua forma se aproximasse com a copa de uma árvore, como pôde ser visto na Figura 3.

As árvores são os elementos mais frágeis da maquete, e está sendo pensada uma forma

de melhorar a resistência das mesmas para a confecção das próximas etapas do projeto.

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2.4 Colagem e montagem

A cola de silicone foi a utilizada para a colagem de prédios que haviam sido impressos

em partes. As curvas de níveis foram coladas sobrepostas umas sobre às outras. Foram

utilizadas a cola Cascorez extra e a cola adesivo spray super 77 da 3M. A cola spray foi

utilizada paras as bases maiores, que possuem aproximadamente o tamanho do módulo

da maquete. A cola branca foi utilizada para menores áreas, aplicada com o rolo pequeno

de espuma. Foi necessário inserir pregos para garantir a durabilidade da colagem.

Apesar da precisão do corte a laser, ela não foi suficiente para manter as camadas

totalmente alinhadas verticalmente a 90° nas laterais.

3 VANTAGENS E DIFICULDADES NA ADOÇÃO DA FD

Dentre as vantagens da adoção da impressão 3D FDM para fabricação das edificações,

pode ser citada a precisão e a possibilidade de representar as caraterísticas físicas

principais de cada edifício em uma escala pequena como a que foi utilizada. No processo

artesanal, aberturas e pequenos elementos arquitetônicos representados nessa escala

seriam difíceis de serem representados com a qualidade obtida.

No entanto, é importante ressaltar que esta tecnologia ainda demanda um grande tempo

para impressão e que os bicos extrusores das máquinas entopem com alguma frequência,

causando erros e atrasos de impressão. A Figura 6 exemplifica algumas questões de má

qualidade ou erro na impressão das edificações.

Figura 6 – Exemplos de objetos produzidos sem a qualidade desejada


O corte a laser e a lâmina são processos velozes e que apresentam menos erros. Uma

questão a ser analisada na adoção do corte a laser é alto custo da cortadora. Alguns

problemas apresentados foram a descalibração da máquina e decorrentes do uso de papel

couro ondulado, o que distorcia e prejudicava o resultado final da peça produzida.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A complementaridade apresentada nesta maquete foi conseguida para além das

combinações das técnicas utilizadas neste projeto, sendo percebida também no diálogo

entre a densidade e a textura dos materiais utilizados, sejam eles oriundos da FD ou não.

Como visto nas seções anteriores, alguns ajustes terão que ser realizados para a

elaboração dos outros campi para, por exemplo, aumentar a resistência das arvores. A

equipe estuda a possibilidade de imprimir em PLA os troncos das árvores, mantendo a

copa com a bucha vegetal.

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Uma questão importante do processo de fabricação aditiva por FDM é o acabamento

posterior a impressão. A equipe optou por não realizar este acabamento, configurando a

impressão de forma a permitir uma qualidade satisfatória para a representação das

edificações.

A provocação do Reitor foi além do pretendido ao propor uma rápida execução, pois a

meta era realizar a maquete para o Congresso da UFBA (momento comemorativo dos 70

anos da instituição), que determinou um tempo para a realização e implicou na escolha

da utilização de processos computacionais. Neste momento, quatro unidades começaram

um trabalho colaborativo, cada uma com sua expertise, demonstrando as possibilidades

universitárias quando se estabelece transversalidades entre os focos de conhecimento, em

um processo que foi estimulante para toda a equipe envolvida. O trabalho gerou nas

unidades de ensino partícipes a disseminação e domínio das técnicas de FD,

desenvolvendo ações de treinamento e capacitação, com o objetivo de desdobrar, ampliar

e envolver outros discentes para além da equipe do “Projeto Maquete da UFBA”,

incentivando novas parcerias e pesquisas na área de FD dentro e fora da comunidade

UFBA. Para finalizar, vale destacar que, com este projeto, a introdução das tecnologias

digitais no processo de confecção da maquete do campus de Ondina proporcionou a

montagem, ampliação e qualificação de laboratórios nos institutos participantes, e a

Universidade passa a perceber outras possibilidades para seus campi a partir da

materialidade da maquete física de seu patrimônio construído e da sua inserção no

contexto urbano de Salvador: um grande passo para a retomada e estruturação do Plano

Diretor da UFBA.

REFERÊNCIAS

BOAVENTURA, E. M. Metodologia da pesquisa: monografia, dissertação, tese. São Paulo: Atlas, 2004.

CELANI, Gabriela; PUPO, Regiane Trevisan. Prototipagem rápida e fabricação digital para

arquitetura e construção: definições e estado da arte no brasil. Cadernos de Pós-Graduação

em Arquitetura e Urbanismo, 2008. Disponível em:

<http://www.mackenzie.br/dhtm/seer/index.php/cpgau/article/download/244/103>. Acesso em:

14 jun. 2015.

MATSUBARA et al. A cidade em miniatura: o uso de técnicas de prototipagem digital para a

confecção de maquetes urbanas. In: Graphica’2009: VIII International Conference on

Graphics Engineering for Arts and Design & 19o Simpósio Nacional de Geometria

Descritiva e Desenho Técnico. Bauru, 2009. Disponível em:

http://www.fec.unicamp.br/~lapac/papers/matsubara-vaz-celani-favero-2009.pdf. Acesso em:

10 ago. 2017.

PUPO, Regiane Trevisan. Inserção da prototipagem e fabricação digitais no processo de projeto:

um novo desafio para o ensino de arquitetura. Tese (doutorado em Engenharia Civil, na área de

concentração de Arquitetura e Construção). Universidade Estadual de Campinas Faculdade de

Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, 2009.

ORIGEM DO ARTIGO

O presente artigo é originado da pesquisa institucional “Projeto Maquete da UFBA”, solicitada pelo Reitor

da UFBA através da PROPLAN / UFBA à Faculdade Arquitetura da UFBA.

AGRADECIMENTOS

À Reitoria, à PROPLAN; à PROPICI, pelo apoio através do Projeto Jovens Doutores; à SUMAI; aos

técnicos da FAUFBA, EBA e IhacLab-i, em particular à energia e juventude dos estudantes, que com

entusiasmo frente ao desafio e colaboração ativa transformaram essa ideia em realidade.

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