Distribuições de Materiais de Impressão 3D

Se você alguma vez abriu uma aplicação de modelagem tridimensional (como Rhino, 3D Max, SolidWorks ou Sketchup), há chances de você ter tido alguma experiência com ‘Breps’ (abreviação de 'boundary representation'). Quer você soubesse seu nome técnico ou não, quase todas as ferramentas de Design Auxiliado por Computador são construídas no paradigma de Breps, onde um objeto "sólido" é aquele que é envolvido por um conjunto de contornos e superfícies.

A representação digital destes objetos "sólidos" é muitas vezes tratada como discreta e homogênea - onde há uma clara distinção entre o que está "dentro" e oque está "fora" deste envelope de contornos. No entanto, há outras maneiras de considerar material digital, mais notavelmente usando uma técnica chamada otimização de topologia.

Otimização de topologia é um método frequentemente usado na engenharia para produzir ótimas estruturas de peso leve. Começamos com um volume de material e redistribuímos [ou seja, enfraquecemos ou fortalecemos] o material em diferentes pontos através do volume até alcançarmos uma forma ótima.

Um efeito colateral deste procedimento é uma sugestão de uma estrutura que não é nem dura nem mole, mas é feita de 'material virtual' de rigidez gradualmente variante.

Alavancando a tecnologia de impressão 3D com múltiplos materiais (como a que é fornecida pela impressora 3D de múltiplos materiais Objet Connex), podemos materializar diretamente um novo tipo de sistema estrutrural ‘felpudo’ em que um material flexível transparente pode envolver uma série de volume aninhado de rigidez crescente. Essas partes aninhadas mais duras agem como um esqueleto embutido - mas com transições entre as partes duras e moles embaçadas.

Para os dois primeiros experimentos, queríamos visitar novamente algumas formas conhecidas e tentar reinterpretá-las através desta nova técnica de prototipagem [ou seja, otimização da topologia com impressão 3D com múltiplos materiais]. Nosso primeiro exemplo é uma das formas mais simples encontradas em todos os livros de engenharia - a treliça. Suportando uma carga de longa extensão distribuída entre suportes em cada ponta, o esboço tipo fantasma de uma treliça ainda é discernível, enquanto que seus contornos não são. Num sentido, a distribuição entre massa e reforço é embaçada.

[caption id="attachment_8347" align="aligncenter" width="440" caption="Usando impressão 3D com múltiplos materiais Objet Connex, pode-se criar uma estrutura felpuda tipo osso, mostrando o resultado do processo de otimização da topologia. Aqui há um gradiente de oito transições entre material tipo borracha transparente e material opaco rígido da Objet." frameborder="0" allowfullscreen>

Diagrama mostrando a carga distribuída na parte superior e os dois suportes em cada ponta e o formato ótimo da região reforçada.

 

O segundo experimento revê a folha como uma estrutura. Na natureza, um folha tem que sair em vigas de seu caule e carregar seu próprio peso enquanto maximiza a área útil. Por isso, o modelo de veias de ramificação familiar da folha é a resposta natural para este problema estrutural. Usando otimização da topologia para uma fatia grossa, o mesmo tipo de modelo emerge como visto em nosso exemplo. Novamente, o reforço não é apenas material rígido envolvido em material mole tipo borracha [algo que seria possível com técnicas de fundição tradicionais] - mas, em vez disso, é uma cascata de materiais aninhados de rigidez e opacidade crescentes.

 

A capacidade de variar continuamente a rigidez e a transparência do material impresso em 3D irá nos permitir repensar técnicas e tecnologias de design, ferramentas software e métodos de análise além do paradigma de modelagem superficial. Na escala de design de produtos, isto já é possível graças a tecnologias como impressão 3d com múltiplos materiais Objet Connex. Tais experimentos serão precedentes valiosos ao especular sobre novos tipos de sistemas de construção contínuos e felpudos.

Para mais informações sobre nossa pesquisa sobre distribuição de materiais impressos em 3D, visite http://www.liftarchitects.com/journal/2012/5/28/printing-material-distributions.html

[caption id="attachment_8349" align="aligncenter" width="440" caption="A impressão 3D com múltiplos materiais nos permite materializar sistemas estruturais semi-rígidos e semi-transparentes felpudos como um tipo de reforço gradual embutido no material onde as divisas entre partes mais moles e mais duras são embaçadas." frameborder="0" allowfullscreen>

Modelo impresso em 3D com Objet Connex mostrando a carga com vigas e estrutura de suporte.

Este post também está disponível em: Inglês

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