Nesta postagem ensinamos a projetar as dimensões de uma casa, criar um modelo 3D e usar uma cortadora a laser para montar um protótipo físico da mesma. Em postagens futuras iremos apresentar outras aspectos do projeto, como usar sensores para investigar características físicas que afetam uma casa como conforto térmico, conforto acústico, robustez, projetando dimensões e instalações elétricas
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Áreas/temas: Modelagem Geométrica; Tecnologia; Ciências.
Descrição do projeto: Ao longo do desenvolvimento da humanidade, encontrar ou construir locais seguros contra possíveis ameaças foi e é fator determinante para a manutenção da espécie humana na Terra. A qualidade de vida dos habitantes é diretamente impactada pelo conforto que possuem para realização de suas tarefas. Projetar uma casa ideal é uma das propostas que leva os estudantes a investigarem características importantes para planejar e materializar uma casa, como, por exemplo, conforto térmico (e sua relação com luz e cores) e acústico, análise dimensional e estrutural, e projeto elétrico.
Projetar uma casa ideal envolve conhecer o contexto em que a mesma será construída. Neste projeto escolhemos a cidade de Blumenau próximo ao espaço de Educação Maker do SESI/SC. A casa deve ser otimizada para aproveitar de modo eficiente os recursos que afetam o bem estar das pessoas, tais como: conforto térmico, conforto acústico, robustez, projetando dimensões e instalações elétricas. O protótipo montado será usado para testar algumas características associadas a essas grandezas e determinar a melhor forma de construção da casa.
PASSO 1 - Projetando as dimensões da casa ideal
Um dos pontos que envolve determinar as dimensões da casa está associado ao número de habitantes que ela deve atender. Por exemplo, imagina-se que uma casa em que viverá um casal ou um pai/mãe com um filho(a) atenda de modo a garantir certa privacidade a esta quantidade de pessoas. Nesta situação a casa possuiria um quarto para o casal ou adulto responsável e outro quarto para o filho(a). Além disso uma casa geralmente possui outros cômodos como sala, cozinha, banheiro e área de serviço.
As dimensões da casa foram planejadas com ajuda de um software online (floorplanner.com) que permite montar layouts com dimensões reais de móveis e de aberturas (portas e janelas). Isso garante que a casa fosse projetada com dimensões mais realísticas. A partir desse modelo (planta baixa) foi possível obter as dimensões reais da casa.
Imagem da interface do floorplanner.com com a planta baixa do primeiro piso de uma casa que contenha sala, cozinha, sala de jantar e banheiro. O mesmo layout foi feito para o segundo piso. Entretanto o banheiro foi excluído do protótipo físico que descreveremos a seguir.
Entretanto, como não iremos produzir uma casa em tamanho real, durante a modelagem (passo 2) será preciso reduzir sua escala, mas preservando a proporção entre as dimensões. Neste caso a escala usada será de 1:16 (lê-se um para dezesseis).
Uma forma de reduzir as dimensões em escala 1:16 é simplesmente pegar cada medida da casa em tamanho real e dividir por 16. Por exemplo, se a altura da casa em tamanho real (pé direito) for de 3 metros, a casa em escala 1:16 (ou seja, 16 vezes menor) terá: 3m / 16 = 0,1875m. Ou em centímetros: 300cm / 16 = 18,75cm.
Neste planejamento também já foi levado em conta a disposição de aberturas (portas e janelas) para o melhor aproveitamento de vento, luz e radiação solar.
PASSO 2 - Modelagem 3D
Abaixo aparece a versão criada em um software de modelagem 3D (Google Sketchup Make).
À esquerda apresentamos o modelo inicial. À direita o modelo reconfigurado com as partes a serem cortadas. Este modelo 3D foi feito considerando um pé direito (altura de cada andar da casa) de 18,75 cm. Sendo que o modelo ficou com uma altura final de aproximadamente 37,5 cm, desconsiderando a altura do térreo (4,5 cm) e já considerando a escala reduzida em 16 vezes.
Um protótipo físico pode ser montado usando mdf com 3 mm de espessura e uma cortadora a laser. É muito importante lembrar que o modelo 3D deve levar em conta a espessura do material a ser cortado. Nesse caso todo o modelamento 3D foi feito usando placas com 3 mm de espessura. Abaixo aparece as peças modelas no Google Sketchup.
Após realizar toda a modelagem 3D e verificar que todas as partes se encaixam perfeitamente no modelo, é preciso planificar as partes da casa para que possa ser cortada na cortadora a laser. Para isso usamos o próprio modelo 3D desenhando no Sketchup.
PASSO 3 - Planificar as partes da casa
As imagens abaixo mostram as partes planificadas. Essencialmente, planificar significa colocar as peças em um formado de duas dimensões, ou seja, significa desconsiderar a espessura das paredes. Como já mencionado, isso só é possível após realizar a montagem do modelo 3D considerando a espessura das paredes/chão. Caso contrário é muito provável que as peças não se encaixarem perfeitamente durante a montagem do modelo físico. Isso porque a cortadora a laser apenas corta as placas de mdf nas linhas projetadas. Abaixo segue uma versão de como fica a planificação de todas as peças que formam a casa.
PASSO 4 - Cortando as partes da casa
A cortadora a laser usada (Zumaq 1060) trabalha com um software de corte CNC. O Software que usamos é o RDWorkV8 disponibilizado no próprio site da fornecedora Zumaq. Os arquivos de corte devem ser carregados neste software. Entretanto ela não abre arquivos no formato padrão do Sketchup. Então é preciso converter as peças planificadas no Sketchup para um formato que o programa lê, no caso o formato .dxf. Para nossa sorte há um plugin para o Sketchup que permite esta conversão automática.
Nas imagens a seguir você pode verificar o procedimento.
Etapa 1 - selecionar as peças que foram planificadas no Sketchup e que se deseja converter para .dxf, ir em < Arquivo > no menu e clicar em < Export to DXF or STL >.
Etapa 2 - Escolha a unidade em milímetros.
Etapa 3 - Escolha o tipo de entidade que deseja exportar. Como a cortadora a laser irá realizar apenas cortes em linha, selecionamos “lines”.
Etapa 4 - Escolha o local de salvamento do arquivo.
Etapa 5 - Você verá uma mensagem de conclusão da conversão.
Pronto! A versão do arquivo que será lida pelo software da cortadora a laser (RDWorkV8) foi criado. Agora é preciso verificar os arquivos no RDWorkV8.
PASSO 5 - Configurando o arquivo de corte e cortando.
Vamos importar o arquivo .dxf criado no PASSO 4 para o RDWorkV8.
Escolhemos o arquivo a ser importado:
Clicando em “Open” o arquivo será aberto no software:
Observe que as linhas vermelhas correspondem às partes planificadas da casa. Bem no centro da imagem há um retângulo preto formado por uma linha um pouco mais espessa. Esse retângulo corresponde a mesa de trabalho da cortadora a laser. As dimensões da mesa de trabalho para a máquina que usamos deve ser 600 mm x 900 mm. Para realizar esta configuração você deve ir no menu < config(S) >, em seguida em < Page Setting >. No menu de configurações que irá abrir você deve ajustar as dimensões: “Page Width” corresponde a largura e “Page Height” corresponde a altura da mesa de corte.
Importante: essas dimensões também correspondem ao tamanho máximo da chapa de madeira mdf que a mesa suporta.
Feita esta configuração, você deverá ajustar todas as peças da casa no interior desse retângulo. Em nosso projeto isso não foi possível e tivemos que realizar o corte em mais vezes.
Após ajustar parte das peças no interior do retângulo, você deve deletar/pagar as demais peças. O resultado final pode ser visto a seguir. Note que só há peças no interior do retângulo.
Após realizar este processo, o arquivo está praticamente pronto para ser cortado. Só falta conferir a configuração de velocidade e potência de corte, no menu à direita do RDWorkV8. Para ajustar os valores, clique duas vezes com o botão direito do mouse sobre a linha indicada:
No menu que irá abrir configuramos da seguinte maneira:
Speed(mm/s) = 32
Min Power(%) = 75 Max Power(%) = 85
Clicando em OK os parâmetros devem ser alterados.
Após todos esses ajustes as peças estão prontas para ser cortadas. Se o computador já estiver conectado na cortadora a laser pelo cabo USB, se a cortadora estiver ligada e com a chapa de mdf já preparada e alinha na mesa, você pode mandar cortar o arquivo. Para isso basta clicar no botão START indicado:
Pronto! As peças já devem estar sendo cortadas!
Após realizar este procedimento para todas as peças, você terá o conjunto para montar a casa conforme a imagem abaixo:
As peças podem ser juntadas usando cola instantânea. Tenha bastante cuidado para colar as peças de modo bem alinhado, garantindo assim um bom acabamento.
#Dica 1: não se esqueça que as peças devem ser encaixadas de acordo com o modelo 3D. Se isso não foi feito certamente irão ocorrer erros de alinhamento na montagem, podendo comprometer a estrutura e a estética da casa. Lembre-se de que se trata de um grande quebra cabeça, só que em três dimensões.
#Dica 2: é comum que um pouco de cola instantânea fique grudada nos dedos. Uma modo simples de removê-la é mergulhar os dedos em água morna. Em poucos segundos a cola amolece e pode ser facilmente removida.
#Dica 3: faça a montagem por módulos. Por exemplo, monte o primeiro piso, o segundo piso e o térreo de modo independente. Assim você poderá manipular mais facilmente a casa, inclusive para realizar incrementos posteriores.
