USO DA FABRICAÇÃO DIGITAL PARA CONFECCIONAR...

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

USO DA FABRICAÇÃO DIGITAL PARA CONFECCIONAR TOPOGRAFIA E VIAS NO PROJETO MAQUETE DA UFBA

REGINA, Maria Emília R. (1); CHECCUCCI, Érica de S. (2); ALBAN, Naia (3); SANTANA, Daniella S. (4); SILVA, Vivian O. 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

O “Projeto Maquete da UFBA” iniciou seus trabalhos em abril de 2016 e visa representar os campi da universidade de diferentes formas, utilizando técnicas computacionais de modelagem e fabricação digital (FD). Dentre estas representações, está sendo confeccionada uma maquete física, na escala 1/500, em um trabalho colaborativo que se divide em três eixos: a) a fabricação das edificações; b) a fabricação das vias e topografia; c) a confecção de vegetação e montagem da maquete. Este artigo objetiva discutir os processos subtrativos de FD e seu uso, especificamente os processos de corte na produção do campus de Ondina – Salvador, representado em 10 módulos de 78 x 78 cm, com tamanho final 3,90 x 2,56 m. Ele aborda: 1) os processos de preparação dos arquivos para corte da topografia e das vias; 2) a exportação para os programas das cortadoras e, 3) os processos de corte, discutindo questões relacionadas com as máquinas utilizadas e seus parâmetros de uso, os problemas que surgiram e como foram resolvidos. O trabalho também discute as vantagens constatadas na adoção do uso destas tecnologias em comparação com o processo tradicional de construção de maquetes.

Palavras-chave: Fabricação Digital. Processo subtrativo. Corte à laser. Corte à lâmina. Maquete.

ABSTRACT

The project “Maquete da UFBA” began in April 2016 and aims to represent the campuses of the university in different ways, using computational modeling and digital fabrication techniques. Among these representations, a physical model, in scale 1/500, is being made in a collaborative work that is divided into three complementary axes: a) the fabrication of the buildings; B) the manufacture of roads and topography; C) the construction of vegetation and assembly of the model. This paper aims to discuss the processes of subtractive FD and its use, specifically the cutting processes in the production of the Ondina-Salvador campus, represented in 10 modules of 78 x 78 cm, with final size 3,90 x 2,56 m. It addresses: 1) the processes of preparing files for cutting topography and pathways; 2) export to the cutter programs, and 3) cutting processes, discussing issues related to the machines used and their parameters of use, problems that have arisen and how they were solved. The paper also discusses the advantages of using these technologies in comparison to the traditional modeling process.

Keywords: Digital manufacturing. Subtractive process. Laser cut. Cut to the blade. Model.

1 INTRODUÇÃO

Dentro do escopo do “Projeto Maquete da UFBA” está a construção de maquetes físicas dos diferentes campi da Universidade Federal da Bahia (UFBA. O projeto iniciou em abril de 2016 e se configura como um trabalho colaborativo e multidisciplinar que envolve dois institutos da Universidade: a Escola de Belas Artes (EBA) e a Faculdade de Arquitetura (FAUFBA), e uma equipe de trabalho com 05 professores e 20 estudantes de graduação, entre bolsistas e voluntários.

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

Este artigo apresenta e discute uma parte do trabalho desenvolvido por esta equipe na confecção do campus Ondina – Salvador, mais especificamente a utilização dos processos subtrativos de fabricação digital (FD) (PUPO, 2008), que executaram a topografia e as vias da maquete através de cortadoras CNC (computer numeric control): à laser e à lâmina.

A topografia do terreno foi confeccionada utilizando a cortadora a laser Glorystar GLC1080 e o papel couro nº 50 (que possui altura de aproximadamente 1 metro, na escala da maquete). As vias foram confeccionadas utilizando a cortadora à lâmina Silhouette Cameo para cortar o papel ColorPlus Sahara 180g/m² (que representa as vias e alguns outros elementos, como campos e áreas de estacionamento).

A maquete física do campus Ondina – Salvador foi executada em 10 módulos de 78 x 78 cm na escala de 1/500, resultando em um tamanho final de 3,90 x 1,56 m. Para a topografia foi utilizada a mesma escala horizontal da vertical, pois não houve a necessidade de ênfase na declividade do terreno, como é comum em maquetes de áreas urbanas (MATSUBARA et al., 2009). A Figura 1 mostra a maquete no seu estado atual.

Figura 1 – maquete física – Campus Ondina – Salvador

Fonte: Projeto Maquete da UFBA, 2017

O trabalho de confecção da maquete física foi divido em 3 eixos: (a) processos aditivos de FD caracterizados pela modelagem numérica e impressão 3D (FDM - fused deposition modeling) das edificações da UFBA em PLA branco (filamento biodegradável de ácido polilático), e do seu entorno imediato em PLA marrom; (b) processos subtrativos para a representação da topografia e vias através das cortadoras; e, (c) finalização e montagem da maquete que envolveu a produção de árvores, colagem, elaboração de legenda, etc.

2 MÉTODOS SUBTRATIVOS DE FABRICAÇÃO DIGITAL

Uma das premissas para a realização da maquete era utilizar tecnologias de fabricação digital (FD). De acordo com Celani e Pupo (2008, p. 32) estas tecnologias podem ser definidas como “... métodos de produção automatizada de peças modeladas digitalmente”. Estes métodos podem ser classificados segundo sua finalidade, o número de eixos com que trabalham ou de acordo com maneira como produzem os objetos, sendo esta última categoria dividida nos métodos subtrativos, formativos ou aditivos (CELANI; PUPO, 2008).

Os métodos aditivos são aqueles que adicionam matéria para formar um objeto. Os métodos formativos são aqueles que utilizam como base a força mecânica (AZEVEDO,

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2013) para moldar ou conformar a peça, assemelhando-se “... a um molde versátil, com a capacidade de se adaptar a diferentes formas” (CELANI; PUPO, 2008, p. 33). Finalmente, os métodos subtrativos são os processos automatizados digitais nos quais a fabricação é feita através da retirada de material. Este último é o método discutido nas seções a seguir.

2.1 Cortadora à Laser

A cortadora à laser foi utilizada para fabricar as curvas de nível com o papel couro, que representa a topografia. Além de cortar o papel no formato de cada curva, ela também fez a marcação de elementos que seriam colados posteriormente, como por exemplo, as vias e as edificações do entorno do campus, além de identificações para facilitar a montagem.

Sinteticamente, a máquina trabalha com base em duas configurações essenciais: velocidade e potência. A velocidade vai depender da densidade do material, enquanto a potência irá influenciar na profundidade do corte. A área de corte máximo da máquina é de 100 x 80 cm (mesma dimensão de uma folha de papel couro), sendo determinante para a escolha das dimensões dos módulos da maquete. Por questões de segurança, deixou-se uma margem de 1cm ao longo do papel, permitindo que fossem cortadas imperfeições ou desgastes das placas fornecidas.

2.2 Cortadora à Lâmina

A cortadora à lâmina Silhouette Cameo foi utilizada para todo o corte e marcações do papel que representa as vias e alguns outros elementos, como os campos e áreas de estacionamento. Apresenta como vantagens a facilidade de manipulação e rapidez no corte. Esta máquina tem área de corte máximo com largura de 30,5 cm por extensão de 300 cm e 2 mm de espessura. No entanto, foi utilizado um papel A3 para corte.

Para funcionar adequadamente é importante limpar a lâmina e a base periodicamente; no caso da lâmina, recomenda-se remover a estrutura branca da cortadora de modo a facilitar a retirada de qualquer material preso; já para retirar os resquícios de material da base basta usar uma régua ou limpar com lenço umedecido, lembrando também de guardá-la com o papel laminado protetor. A Figura 2 apresenta exemplos de objetos da maquete realizados com as cortadoras à laser e à lâmina, respectivamente.

Figura 2 – exemplos de objetos produzidos com as cortadoras


3 A PREPARAÇÃO DOS ARQUIVOS PARA CORTE

A primeira etapa do trabalho foi entender a topografia do campus a partir de informações que já haviam sido compiladas (curvas de nível, vias, entorno, etc.) e fazer uma limpeza nos arquivos para gerar apenas a representação das formas que seriam cortadas ou

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marcadas. A base da informação gráfica veio do Sistema Cartográfico da Região de Salvador, Bahia (SICAR).

Utilizando o software AutoCAD e as informações da base SICAR, as curvas de nível foram separadas em uma camada específica de trabalho (layer). Foi necessário agrupar todas as linhas que representavam cada curva, tendo o cuidado de completar partes que estavam faltando através da interpolação de dados. Foram também separadas as edificações externas à UFBA, as vias, canteiros e calçadas.

A representação das edificações foram atualizadas com ajuda do Google Earth. As vias também foram agrupadas e reconstituídas. Finalmente, para complementar as informações, também foram utilizadas informações disponibilizadas pela Superintendência de Meio Ambiente e Infraestrutura da UFBA (SUMAI).

Com a base da topografia atualizada e limpa, o campus foi dividido em 10 módulos com dimensões de 78 x 78 cm. Os módulos 06 e 07 são menores e possuem apenas edificações de entorno. Eles foram inseridos na maquete para ressaltar o relacionamento da universidade com a cidade de Salvador e representar o mar. Os módulos 07, 08 e 09 foram cortados para inserir na maquete a legenda explicativa do projeto. A Figura 3 ilustra a divisão dos módulos e a representação da topografia e entorno.

Figura 3 – Divisão dos módulos após a limpeza da base topográfica


Após a primeira etapa de limpeza e organização, iniciou-se o processo de implantação dos prédios da UFBA. Foi definido que estas edificações teriam uma base de encaixe que permitisse que os modelos impressos 3D pudessem ser colocados na maquete de tal forma a ser possível que fossem retirados e atualizados posteriormente pela Universidade.

Para a implantação destas edificações foi necessário analisar individualmente a configuração de cada prédio e suas cotas de implantação. A maioria dos arquivos referentes às edificações não possuía informação suficiente para realizar esta tarefa, sendo necessário recorrer a fotografias levantadas em campo ou imagens de satélite. Para auxiliar esta etapa, foi criada uma tabela para facilitar as marcações dos cortes que seriam feitos na topografia para encaixar as edificações. Nesta tabela foram inseridos todos os prédios, os módulos correspondentes, as cotas de implantação e a profundidade da base de encaixe. A Figura 4 exemplifica um corte realizado para encaixar uma edificação e apresenta um trecho da tabela de apoio.

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Figura 4 – Corte na topografia, edificação encaixada e trecho da tabela de apoio


Finalizada a etapa de representação da implantação dos prédios da UFBA, foi feito o tratamento dos arquivos para corte na cortadora a laser. Essa etapa se dividiu em duas partes: separação das curvas e otimização do corte organizando as folhas no papel couro.

A primeira parte consistiu em separar as curvas e fazer a diferenciação do que seria cortado e do que seria marcado. Para tal, foram criadas duas camadas (layers) no arquivo: uma para corte e outra para marcação. As curvas ainda foram nomeadas seguindo o padrão: MXX CYY. Essa nomenclatura incluía o número do módulo (MXX) e o número da curva (CYY). O objetivo era facilitar a montagem da topografia, evitar atrasos e possíveis confusões com as peças cortadas. A Figura 5 exemplifica curvas organizadas para corte e otimizadas no formato do papel couro (em azul, elementos a serem marcados e em magenta, a serem cortados).

Figura 5 – Arquivos tratados para o corte a laser

Curvas das cotas 50, 51, 55 e 56 do módulo 01 separadas.

Curvas das cotas 50 e 53 do módulo 01 inseridas no formato do papel couro (em preto).


Ao fim deste processo foram criados 5 arquivos diferentes para cada módulo da maquete, representando: (1) a topografia e as bases de encaixe dos prédios da UFBA; (2) o módulo apenas com as vias e edificações do entorno; (3) as curvas separadas, com recortes para implantação dos prédios da UFBA e representação do entorno e as vias; (4) representação da topografia para ser cortada à laser e, (5) representação das vias para o corte à lâmina.

M01C50 M01C51

M01C55 M01C56 M01C50

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4 CORTE DA BASE TOPOGRÁFICA

Finalizada a preparação dos arquivos digitais da topografia, a etapa seguinte foi realizar o corte. Para tal, foi preciso que os arquivos do AutoCAD fossem salvos em formato DXF para serem importados pelo software da cortadora (Engraving Cutting Embbeded RDCAM V5.0.20). Uma vez abertos neste programa, os objetos eram escalados para a unidade de medida da máquina (mm), pois os arquivos trabalhados no Autocad usavam medidas em metro. Após essa adequação eram ajustados os valores da potência (P) e velocidade (V) para realizar os cortes e as marcações. Os valores utilizados para o corte do papel couro foram P.35 e V.40, e para a marcação foram P.15 e V.40.

Durante o processo de importação dos arquivos DXF gerados em Autocad, percebeu-se que o software da cortadora à laser apresentava alguns erros de representação (por exemplo, no traçado nas curvas de nível e marcações) ou não reconhecia os arquivos. Estes problemas foram sanados ao realizar a importação do arquivo DXF através do software Illustrator, da Adobe.

No programa Illustrator, as entidades eram todas transformadas em linhas e depois agrupadas, voltando o arquivo a ser gravado na extensão DXF. Após esse procedimento o programa da cortadora foi capaz de reproduzir corretamente as configurações do traçado das curvas de nível e das marcações dos arquivos topográficos.

A cortadora é capaz de cortar e marcar todas as pranchas de um módulo inteiro (aproximadamente 50 pranchas de papel couro) em apenas um dia de trabalho. Durante o processo de corte duas questões chamaram a atenção: (a) é necessário sempre limpar os espelhos da cortadora antes de usá-la, para que a máquina tenha a correta precisão; (b) é importante observar a qualidade do papel a ser utilizado. Um lote do papel couro que foi adquirido estava úmido e ondulado, o que gerava marcações distorcidas no papel e dificultava o corte. Esses papéis foram deixados com pesos sobre eles para que pudessem melhorar seus alinhamentos, reduzindo as deformações e só então voltaram a ser colocados na linha de produção.

5 FABRICAÇÃO DAS VIAS

As vias para corte foram representadas no AutoCAD e organizadas em pranchas de formato A3, separadas em trechos e distribuídas de forma otimizada na base de corte.

Considerando que as vias não estão representadas em verdadeira grandeza na planta, por causa dos desníveis no terreno em que se implantam, elas tiveram seu comprimento estendido para poderem se adequar na topografia cortada e colada. Para tal, cada trecho de via teve suas extremidades acrescidas de 2,5 cm, medida considerada suficiente para o ajuste da implantação correta das vias na maquete, considerando o maior desnível topográfico. O tamanho final da via era obtido sobre a maquete, a partir do corte do trecho que excedia a indicação na base topográfica, considerando que a projeção da via já estava demarcada através da cortadora a laser.

Após a realização da separação das vias, extensão de extremidades e organização nas pranchas A3, o arquivo era também salvo no formato DXF para ser utilizado no software Silhouette Studio. No programa é feita a seleção do tamanho da base de corte (sobre o qual o papel é colocado), a escala do desenho, o ajuste do desenho nesta base e as configurações de corte que envolvem, dentre outros, se será utilizada a lâmina (para cortar) ou uma caneta (para fazer marcações); a velocidade e espessura do corte; o tipo de material a ser cortado (vinil, papel, cartolina, tecido); a ordem de objetos a serem cortados (pela sua cor ou espessura de preenchimento), etc. A Figura 6 mostra algumas etapas da confecção das vias.

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Figura 6 – Exemplo de etapas de confecção das vias

Organização das vias em trechos Distribuição das vias em folhas de tamanho A3

Formas representadas no programa da Silhouette Objetos cortados

Maquete com as vias inseridas na topografia, edifícios e árvores


6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A fabricação da topografia e das vias são processos intermediários para a construção da maquete. Os materiais, após cortados, precisam ainda ser colados, o que envolve a escolha da cola adequada, a locação dos objetos nos locais corretos, o cuidado em não dobrar ou rasgar os papéis, dentre outras questões.

Após o processo de integração entre a topografia e as vias, as edificações são inseridas na maquete, que é finalizada com as árvores e outros elementos. Estes processos complementares de produção da maquete são objeto de discussão de outros trabalhos.

É importante ressaltar que este projeto é um projeto exploratório e tem possibilitado a formação de alunos e professores no uso de novas tecnologias e permitido a montagem e ampliação de laboratórios nos institutos participantes, gerando como produtos não apenas

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a maquete física mas a execução de ações paralelas de capacitações, como palestras e minicursos e potencializado o desenvolvimento de outras ações de ensino, pesquisa e extensão na universidade.

Em relação aos processos tradicionais de produção de maquetes, o uso das tecnologias de FD permitiu maior precisão, agilidade e detalhamento, a marcação da inserção dos objetos, além de possibilitar a substituição de peças e correção de erros de forma mais fácil e rápida, confirmando que sua adoção otimiza a produção da maquete. Neste sentido, a equipe admite a possibilidade de um estudo de otimização de aproveitamento dos papéis através de um processo mais sistematizado, como o uso de software de nesting, ou seja, um software que dispõe os desenhos de corte de forma a maximizar o uso dos papéis.

Por fim, o processo colaborativo adotado na produção da maquete, com o envolvimento de diferentes professores e alunos, de duas instituições diferentes, tem estimulado a formação ativa dos estudantes, favorecendo o seu desenvolvimento crítico e criativo, estimulando-os a propor soluções para os problemas que aparecem e a participar das tomadas de decisão, e permitindo desenvolver outras competências, habilidades e atitudes, constituindo-se como um processo de formação complementar na sua graduação.

REFERÊNCIAS

Azevedo, J. V. P. (RE)Pensar o uso do Tijolo em Arquitetura através de Fabricação Digital. 2013. 115 p. Dissertação (Mestrado em Arquitetura). Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2013.

CELANI; G. PUPO, R. Prototipagem rápida e fabricação digital para arquitetura e construção: definições e estado da arte no Brasil. In: Cadernos de Pós-graduação em arquitetura e urbanismo, 2008, p. 31-41. Disponível em: <http://www.fec.unicamp.br/arqs/20090520023743-T3-proto.pdf>. Acesso em: 12 fev. 2017.

MATSUBARA et al. A cidade em miniatura: o uso de técnicas de prototipagem digital para a confeccção 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, R. T. Ensino da prototipagem rápida e fabricação digital para arquitetura e construção no Brasil: definições e estado da arte. PARC Pesquisa em arquitetura e construção. Campinas, v. 1, n. 3, 2008. Disponível em: <http://www.fec.unicamp.br/~parc/vol1/n3/vol1-n3-pupo.pdf>. Acesso em: 4 maio 2015.

ORIGEM DO ARTIGO

O presente artigo é originado da pesquisa institucional em andamento, iniciada em 2016, solicitada pelo Reitor da UFBA através da Pró-Reitoria de Planejamento e Orçamento PROPLAN / UFBA à Faculdade Arquitetura da UFBA.

AGRADECIMENTOS

À Reitoria e à PROPLAN / UFBA pelo apoio e financiamento ao projeto; à Pró-Reitoria de Pesquisa, Criação e Inovação PROPICI / UFBA, pelo Projeto Jovens Doutores; a SUMAI pelas informações fornecidas; à copiadora da FAUFBA pela disponibilização da cortadora Sillouette, e a toda equipe do projeto, os institutos parceiros: o Departamento de Ciência da Computação; o IHACLab-i e a Alinhavo (empresa júnior da EBA) pela colaboração e construção de conhecimentos coletivos.

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