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Estudos de casos de educação

Impressão 3D significa aprendizado prático e um futuro mais promissor

Com a impressão 3D nos laboratórios e nas salas de aula, os pesquisadores de hoje e os cientistas, engenheiros e designers de amanhã estão resolvendo os desafios do mundo moderno.

O uso de modelos 3D Objet vai além do CAD

Componente robótico

O interesse do BRML em cinemática e no design de mecanismos é motivado pela crença de que grande parte dos designers depende muito de ferramentas de design assistidas por computador e resultados de software. Por outro lado, o foco do BRML é fazer perguntas significativas e procurar entender os fundamentos dos problemas e processos que estão sendo estudados. Fascinado pela profundidade e complexidade da arte da análise e síntese de corpos em movimento e design de mecanismos, o Dr. Wolf e sua equipe usam ferramentas cinemáticas, como modelos 3D para analisar em detalhes seus modos de operação.

O BRML desenvolve estruturas mecânicas, estratégias de controle e planejamento de movimento para mecanismos hiper-redundantes. Um robô redundante possui pelo menos um grau de liberdade além do necessário para compensar restrições simples, como, por exemplo, usar uma configuração de cotovelo para cima versus cotovelo para baixo para atingir uma posição desejada. Robôs hiper-redundantes podem ter mais graus de liberdade que o necessário, o que os permite lidar com mais restrições, como aquelas apresentadas em volumes altamente convolutos, e, ao mesmo tempo, executar varias tarefas diferentes. O BRML usa a impressora 3D Connex350 da Objet para criar modelos robustos totalmente funcionais que investigam a cinemática, os critérios de design e a estratégia de controle desses mecanismos complexos. Sua ênfase é em robôs hiper-redundantes montados em uma base fixa (como um tronco de elefante) ou sem restrições (como uma cobra robô).

O laboratório dedica-se à cinemática e à robótica em áreas que podem afetar e contribuir diretamente para a ciência e a sociedade. Por exemplo, seu trabalho em robótica e dispositivos médicos aprimora e permite a execução de novos procedimentos médicos que até então não eram possíveis. E seu trabalho na área de robótica de busca e resgate permite uma detecção melhor e mais rápida de sobreviventes, reduzindo também o risco de ferimentos nas equipes de resgate. Para essas e outras aplicações, o BRML usa a impressora 3D Connex350 da Objet para criar os modelos robóticos funcionais de alta qualidade de que precisa.

Impressora 3D multimaterial Connex350 atende aos rigorosos requisitos do BRML

A impressora 3D multimaterial avançada Connex350 está sendo testada na faculdade de engenharia mecânica, principalmente em pesquisas em diversas áreas, atendendo não só a todos os pesquisadores da faculdade, mas também de outras faculdades do Technion. Outras áreas em que a Connex350 é usada incluem robótica médica, biorrobótica e biomecânica e aeronáutica. A Connex350 também é útil como ferramenta para vários projetos de alunos e para instrução.

Após um amplo estudo das tecnologias de impressão 3D disponíveis ao redor do mundo, o BRML concluiu que a impressora 3D Connex350 da Objet era o sistema ideal para atender a sua ampla gama de campos de pesquisa. Os motivos são as camadas de alta resolução e as superfícies suaves produzidas pela impressora. A combinação dessas vantagens com uma grande variedade de propriedades mecânicas, como resistência tênsil, de flexão e contra impactos, em um único processo de montagem resulta em uma resistência significativamente maior dos materiais de impressão. Essa resistência adicional permitiu ao BRML criar peças duráveis para testes físicos no mundo real e utilização funcional.

O sistema Connex350 permitiu ao BRML imprimir estruturas complexas que abrangem a maioria dos requisitos de designs e estruturais em um único processo de montagem. Por exemplo, o laboratório precisava produzir uma caixa rígida com um revestimento protetor. Para isso, utilizou o material FullCure720 para a caixa e o material do tipo borracha TangoPlus para o revestimento, conseguindo assim a absorção de choques, a resistência contra impactos e o coeficiente de atrito dinâmicos necessários (figura 1). De acordo com a pesquisa detalhada da equipe, a Connex350 é o único sistema de impressão 3D do mundo capaz de oferecer esse tipo de combinação de propriedades físicas em uma única montagem.

Tecnologia Objet aprimora os métodos de pesquisa

De acordo com Oded Salomon, engenheiro de pesquisa em biorrobótica, é importante “enfatizar o enorme salto na forma como estamos conduzindo nossas pesquisas hoje em comparação a anos atrás. O sistema Connex350 da Objet nos permite criar modelos funcionais reais, para testes físicos de verdade, em questão de dias. Com isso podemos obter os resultados desejados no menor tempo e com os menores custos possíveis”.

Hoje o BRML é capaz de produzir peças funcionais, enquanto que, no passado, usar as oficinas tradicionais era um processo muito demorado. O design para manufatura feito com a tecnologia Objet é totalmente diferente do CNC convencional, pois permite a criação de modelos sobremoldados complexos que não poderiam ser fabricados com outro tipo de tecnologia. Como Oded Salomon explica, “Projetar com CAD é bom, mas nada se compara a segurar com as mãos um modelo funcional produzido na Connex350”.

Hoje o BRML pode envolver considerações de construção mais complexas em seus designs -- um resultado de ter a “impressionante tecnologia matricial da Objet”.

Economizar tempo e dinheiro e obter resultados melhores ao mesmo tempo

A tecnologia da Objet reduz o tempo necessário para o BRML obter o produto final, o que em pesquisa robótica significa que muito mais conceitos podem ser verificados e comparados em um tempo consideravelmente menor. Isso permite criar modelos melhores mais rápido, o que, por sua vez, reduz os custos. Como resultado, o BRML agora pode aperfeiçoar o modelo escolhido em menos tempo, o que proporciona resultados gerais melhores.

Ao usar a Conneex350, o BRML pode localizar erros muito mais cedo no ciclo de design, o que é muito útil para desenvolver uma cobra robô que consiste em várias vértebras. Identificar todos os erros do design é crucial: descobri-los logo cedo economiza muito dinheiro no processo geral. Além disso, ter um sistema de prototipagem rápida que não requer nenhuma infraestrutura especial permite que o BRML o instale em uma área bastante acessível. Outros sistemas exigiriam uma sala separada compatível com requisitos ambientais específicos. O Dr. Alon Wolf explica que o BRML é grato pelo fato de a tecnologia da Objet dispensar tais restrições. “Instalar a Connex350 em um escritório como qualquer outro é ainda mais atraente e dá um significado mais forte às palavras «compactação de tempo e acessibilidade».”

A tecnologia Objet faz do BRML um vencedor

O BRML causou uma grande sensação ao apresentar suas cobras robôs fabricadas com o auxílio da tecnologia Objet na recente Conferência Israelense de Robótica (ICR 2008). Isso rendeu publicidade valiosa para o laboratório, o que atraiu a atenção de vários programas dedicados à ciência na TV e nas rádios israelenses. Além disso, alguns dos robôs que foram submetidos a um concurso de projetos de graduação no Technion conquistaram prêmios de prestígio.

Os cientistas individuais também ganharam graças ao uso dos modelos Objet. Suas pesquisas foram amplamente promovidas, enquanto que algumas de suas descobertas foram patenteadas graças aos protótipos funcionais manufaturados com essa tecnologia. Um fator importante para ajudar isso a acontecer é ter a própria Connex350, onde a confidencialidade restringe discussões adicionais.

O Dr. Wolf resume o valor de possuir os recursos de prototipagem 3D Objet internamente: “Por as mãos nesse tipo de tecnologia é OBRIGATÓRIO para a pesquisa em robótica. No que diz respeito à pesquisa em robótica, nada se compara à capacidade de segurar - sua ideia louca da noite anterior - com as mãos na manhã seguinte.”

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