Metodologia e aplicabilidade da digitalização 3D a laser no desenvolvimento de moldes para calçados e componentes

Abstract

Este trabalho discute a metodologia da aplicação e a importância do processo de Digitalização 3D em ambientes computacionais de suporte à Engenharia Simultânea aplicada ao setor de calçados. São apresentados os recursos de suporte computacional ao trabalho colaborativo em Engenharia e as tecnologias de digitalização disponíveis. A questão fundamental discutida é a forma de obtenção do arquivo de pontos (nuvem de pontos) e a transformação dos dados (coordenadas dos pontos), adquiridos com o equipamento de digitalização e a sua melhor forma de edição. As alternativas de aplicação da tecnologia são pesquisadas e discutidas, do ponto de vista de definição de produto, em contexto multidisciplinar, e não apenas de modelamento geométrico. São também apresentados e discutidos os materiais passíveis de utilização na prototipagem de calçados. Neste sentido, foram desenvolvidos padrões de geometria que representam as formas geométricas encontradas no mercado de calçado e aplicadas em solados. Os padrões foram digitalizados a laser utilizando o principio Conoscópico, que se mostrou adequado para a aplicação. As digitalizações foram comparadas com os padrões em modelo CAD onde se pode observar a importância dos parâmetros de digitalização escolhidos. Os arquivos digitalizados foram posteriormente editados em softwares de processamento de pontos, que resultou em modelos triangularizados de boa qualidade superficial e geométrica, bem como um tamanho de arquivo muito reduzido em relação à nuvem de pontos original. Os melhores resultados foram obtidos com as nuvens de pontos de uma digitalização com grande precisão e conseqüentemente um tamanho de arquivo elevado. Pode-se verificar que, quando editada em sua fase de pontos e posterior triangulação, com um software especifico para a aplicação, os resultados foram arquivos pequenos com fidelidade geométrica e precisão, demonstrando a necessidade de determinados procedimentos no processamento e edição dos pontos de uma digitalização.Uma das contribuições cientificas deste trabalho esta justamente no estudo da influencia da edição de pontos e triângulos de varias formas geométricas, desde representações extremante simples como um plano reto até geometrias complexas formadas por s-plines. Outra contribuição cientifica deste trabalho esta na relação estabelecida entre os arquivos digitalizados com e sem edição de pontos em relação a sua posterior usinagem em maquinas CNC “High Speed Milling”. Verificou-se a influência da edição das geometrias, em pontos e triângulos, nos tempos de processamento computacionais, dos softwares de CAM, e os tempos de simulação de usinagem em maquina também. A análise dos materiais utilizados no mercado de calçados também apresentou diferenças, principalmente em relação aos parâmetros de usinagem, pois os materiais que possibilitam as maiores velocidades de avanço e rotação são os mais beneficiados com arquivos leves e de geometrias suavizadas.

This research discusses about methodology application and importance of 3D Digitalization process in computer interface of support to Simultaneous Engineering applied to the footwear market. Computer support resources to a cooperating job in Engineering and the available digitalization technologies are presented. The fundamental point is the way of obtaining the dots files (dots cloud) and the data transformation (dots coordinates), acquired with the digitalization equipment, and its best edition. From the product definition point of view, the technology application methods are investigated and discussed, not only under a geometrical model, but also in a multidisciplinary context. In addition to this, we present and discuss the materials which may be used in the footwear prototypes. With this same goal, the geometrical standards that were developed represent the geometrical forms found in the footwear market and applied to soles. The standards were digitalized by laser, using the Conoscopic Principle, which resulted very adapted to the application. The digitals were compared with the CAD standards, and then it was possible to observe the importance of the digitalization parameters that were chosen. After that, the digital files were edited by a dot processing software, which left a result of triangular models with good superficial and geometric quality, as well as a very small file size if compared to the original dot cloud. The best results were obtained with a dot cloud of a high definition digitalization and, consequently, a large file size. It is possible to verify that, when edited during the dot phase, and later on triangular, with an specific software for this application, the results were small file sizes with fidelity and geometrical precision, demonstrating the need for certain proceedings during the processing and editing of the digitalization dots. One of the scientific contributions of this research is exactly the study is the influence of the dot and triangle edition of several geometrical forms, ranging from extremely simple representations such as a straight plain to complex geometrical forms formed by s-plines. Another scientific contribution is the relation that was established between the digital files with or without dot editing in regards to theposterior milling work in “High Speed Milling” CNC machines. In addition to this, is was possible to verify how the geometrical forms edition in dots and in triangles influence the computer time processing of the CAM software, and the time simulation of the milling work in the machine as well. The analysis of the materials used in the footwear market also presented differences, mainly in regards to the milling parameters, because the materials that offer high speed to advance and rotation are the most improved ones with light files and suave geometrical forms.