O design em 3D

Max Alberto Gonzales, da INFO

1 de junho de 2009

Engenheiros, técnicos e executivos da área comercial esperam o início da reunião no auditório do Polo de Desenvolvimento Gianni Agnelli, na fábrica da Fiat, em Betim, em Minas Gerais. Diante de uma tela de retroprojetor de 241 polegadas, um engenheiro começa a palestra usando óculos de realidade virtual. Então surge a imagem do protótipo do Fiat Bugster. Seu visual impressiona: carroceria verde com formas aerodinâmicas, suspensão aparente, pneus altos e uma coluna central que lhe dão um aspecto agressivamente esportivo. O engenheiro comanda o movimento do carro, em tamanho ampliado, com rotação, aproximação, zoom e cortes detalhados que permitem ver cada peça. O único detalhe é que o Bugster ainda não existe. O carro é apenas um projeto dentro de um computador.

Hoje, os designers das grandes empresas concebem um produto, rabiscam um esboço e o computador cuida do resto: formas, informações sobre seus componentes, propriedades de resistência de materiais, ergonomia de toque e aerodinâmica. “O que está na tela do PC será igual ao produto que vai ao mercado”, diz Peter Fassbender, diretor do Polo Gianni Agnelli.

A evolução da tecnologia de projeto computadorizado deu um salto bem maior que o pulo dimensional de 2D para 3D. Antigamente, os projetos de carros e outros objetos de nosso cotidiano começavam nos rabiscos a lápis em papel vegetal e quadriculado e terminavam sua concepção em modelos de argila ou papel. Hoje, o ápice para os projetistas é a sala de realidade virtual onde eles são capazes de entrar no interior de máquinas diminutas e percorrê-las minuciosamente, como se usassem a nave do filme Viagem Fantástica.

Segundo Fassbender, um alemão de 44 anos tão apaixonado pelo design automobilístico italiano que foi trabalhar na Fiat em Turim por 12 anos e mudou para Betim em 2002, o que mudou na tecnologia de projeto 3D não foi a velocidade de execução, mas a sua visão. “Quando você cria um objeto de quatro metros, um monitor de 19 polegadas não dá conta. Em uma tela de tamanho real você consegue simular tudo muito rápido e o feedback tem mais qualidade”, diz. Fassbender foi o encarregado de abrir o primeiro centro de design da Fiat fora da Itália. “O nosso objetivo é ter a capacidade de criar um carro 100% brasileiro”, afirma.
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Simulação da realidade
O que os designers e engenheiros têm hoje à mão supera a imaginação dos tempos heróicos do CAD/CAM/CAE, nos anos 80 e 90. A sigla significa projeto, manufatura e engenharia assistidos por computador. Cada etapa era atendida por um software específico, como se fossem silos separados ligados entre si por estreitos vasos comunicantes. Hoje, tudo isso funciona de modo integrado, em uma categoria de software chamada PLM (gerenciamento de ciclo de vida de produto). As fronteiras desapareceram em favor da agilidade, da precisão e, principalmente, do time to market: quanto mais rápido o produto chegar ao consumidor, melhor.

Os programas de projeto de engenharia 3D economizam meses de trabalho e milhões em investimentos simplesmente pelo seu poder de simulação da realidade. Na Fiat, por exemplo, cada novo carro entra em linha de produção após a construção de no máximo dois masters de estilo, nome dado ao protótipo em tamanho natural do modelo matemático definitivo. “Até oito anos atrás, como no projeto do modelo Fire, o padrão era fazer quatro masters”, diz Fassbender.

Produzir o modelo sólido em escala real é um subproduto típico do CAD à moda antiga. Pronto na concepção, o modelo matemático do sólido era materializado por máquinas de estereolitografia de cera ou limalhas de ferro. O recurso é menos usado, pois o objeto mostra apenas a forma externa da peça. Hoje, simulase o objeto real, com todas as suas peças e encaixes entre elas se movimentando na tela do PC.

É essa técnica que a Itautec usa para projetar seus ATMs, os caixas eletrônicos que contêm cofres de segurança que dispensam o dinheiro no saque. “A simulação em 3D é importante, porque errar o projeto é caro”, diz Wilton Ruas, diretor executivo de desenvolvimento de produtos da Itautec. “Precisamos ver a robustez do produto, e a precisão dos mecanismos de abertura e fechamento. Às vezes o 3D resolve 90% de nossos problemas.” Além de definir o local das peças, é preciso casar isso à ergonomia e testar a resistência a esforços. Isso vale de um ATM a uma cadeira de dentista da fabricante alemã Brunner GmbH. Programas de análise estrutural, como o NX, da Siemens PLM, permitem verificar isso em uma só imagem.
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A Itautec desenvolve seus produtos nos programas 3D Pro/Engineer (da PTC) e Alias (da Autodesk) com todas as peças já especificadas e alocadas em seus respectivos lugares. Os projetistas entregam o modelo matemático a Ruas, que aprova a primeira imagem. “As simulações já devem mostrar que as peças se encaixam perfeitamente e que a parte mecânica se encaixa no design do produto. Às vezes pode ocorrer uma interferência”, diz Ruas.

Em certos casos, o projeto em 3D é usado para gerar um modelo mockup na máquina de estereolitografia, mas isso acontece quase sempre quando o produto é grande. Um exemplo é um caixa eletrônico de mais de um metro de altura, para verificar detalhes como ergonomia e acabamento. “Antes investíamos muito tempo e dinheiro no mockup da parte interna. Tínhamos até um artesão para criar as peças mais complexas”, afirma Ruas. A decisão de fazer o modelo era crucial, pois a criação da peça culmina em outra etapa importante do projeto 3D: a ferramentaria.

A hora de fazer as peças
No processo de fabricação, seja uma peça de plástico ou seja de metal, a matéria-prima é moldada por uma ferramenta — não no sentido de martelo ou serrote, mas o instrumento usado pela máquina para fabricar um objeto, como uma prensa mecânica ou um sistema de injeção de plástico. Esse ferramental custa caro, pois é um molde que deve ser definitivo, e sem erros. Aí entra novamente o projeto 3D.

“Às vezes o molde para fazer a peça é muito caro. É preciso ter a certeza que vai funcionar”, diz Ruas. A Itautec fabrica seus próprios mecanismos internos de precisão para garantir o funcionamento correto e também uma vida útil mais duradoura para o produto. Isso diminui a dependência da fabricante de fornecedores externos e garante o segredo industrial — essencial em um aparelho que guarda dinheiro.
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Quando parte significativa das peças de um produto é fabricada por terceiros, por exemplo, em um carro, a montadora compartilha com os fornecedores as especificações originais e exatas de todo o conjunto. “Os componentes são discutidos com os fornecedores, que já estão instalados dentro da fábrica. Mandamos o modelo matemático para eles”, diz Fassbender. A empresa envia aos fabricantes de autopeças o projeto completo, até os últimos detalhes, até dois ou três meses antes do lançamento e início da linha de montagem. Na era pré-3D esse prazo era de no mínimo um ano.

“O tempo de desenvolvimento de uma peça já foi de até 18 meses”, diz Carlos Alberto Machado Ramos, diretor de TI para a América Latina da Visteon, fabricante de autopeças — sistemas de injeção eletrônica, ar-condicionado e de direção a relógios internos, faróis e GPS. Na prática, a Visteon usa quase todos os programas de projeto 3D do mercado para se adequar às especificações dos projetos de todas as montadoras. “Usamos as ferramentas que nossos clientes exigem.”

Além disso, a Visteon segue uma regra sagrada entre as empresas que fazem seus projetos em 3D: o cuidado com a informação. “Nós temos o segredo do cliente. E muitas vezes o projeto é desenvolvido por várias unidades da Visteon, então integramos tudo na central para fazer o modelo correto”, diz Lemos. A informação sobre as peças em 3D circula entre a matriz e as plantas industriais da Visteon — como a de São Paulo. Assim se garante que partes do desenho se sobreponham umas as outras, afetando o sistema como um todo.

O caminho completo
O aprendizado da criação e de projeto em 3D também foi vivido pela subsidiária brasileira da Electrolux, fabricante de eletrodomésticos sueca. “Usamos CAD há 12 anos e a evolução aconteceu passo a passo, do mainframe a estações Intergraph e Silicon Graphics, passando pelo Macintosh para fazer design gráfico”, diz o uruguaio Julio Bertola, diretor do centro de design industrial (IDC) da Electrolux em Curitiba.
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A grande variedade de programas usados pela Electrolux tem uma razão: a disputa acirrada pelo consumidor. O principal programa é o Catia, da francesa Dassault Systèmes, usado pelas equipes de Fórmula 1. Para renderizar a superfície dos modelos e ver se seu visual é atrativo, há mais de dez anos a empresa usa o Alias, programa usado pelos estúdios de cinema para criar objetos e cenários em 3D. Usa também o Rhinoceros para manipular curvas NURBS e traduzir em comandos para as máquinas.
Antes, a Electrolux gerava protótipos de peças em estereolitografia e testava o acabamento. “Mas era um processo muito lento”, diz Bertola. “As fresadoras davam melhor resultado”. Então, a empresa investiu na integração dos programas de projeto com os sistemas de comando numérico computadorizado (CNC). O software comanda a ação da máquina que corta e modela a peça com as especificações do modelo matemático. “Temos o processo completo, é tudo muito amigável”, diz Bertola. “Nossas máquinas de CNC trabalham 24 horas porque temos muitos produtos.”

A automação do projeto não elimina a criatividade. Os 23 funcionários do IDC de Curitiba podem começar a desenhar os novos produtos à mão, no papel. “O esboço é passado para o Photoshop, que rapidamente dá vida ao modelo”, diz Bertola. Isso ajuda os designers a observar melhor detalhes como brilho, intensidade da superfície e o tipo de material mais adequado, e discutir as soluções com a área de engenharia.

Resistência virtual
Hoje, a diversificação dos programas permite experimentar detalhes em profundidade. A Electrolux usa vários desses sistemas em seu centro de design — por exemplo, um plugin que testa a ergonomia dos seus eletrodomésticos. Outro programa testa o comportamento de materiais plásticos dentro de um molde para detectar o melhor local para colocar o ponto de injeção na peça. Um sistema testa a reação de uma chapa de metal ao ser estampada. E programas de resistência mecânica avaliam se, como e onde uma peça pode quebrar ou deformar em definitivo, dependendo do seu material e do esforço a que ela é submetida.

“São sistemas caros”, diz Bertola. “A avaliação técnica é precisa, para verificar o produto totalmente antes de gastar. Se não fosse o CAD, seria muito mais complicado. E a geladeira é um produto barato justamente por isso, porque há muito estudo e trabalho antes da produção.”
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Os sistemas de simulação de características físicas dos produtos são fruto da evolução e barateamento do hardware e do processamento gráfico necessário para o projeto 3D. No começo dos anos 90, a empresa que embarcava no projeto CAD/CAM investia dezenas ou centenas de milhares de dólares em workstations poderosas, baseadas em processadores Risc, que rodavam os programas dos principais jogadores do mercado: Autodesk, Dassault, Intergraph e Unigraphics.

No meio da década passada os programas começaram a migrar para a plataforma Windows e Intel x86, em máquinas com CPUs dotadas de coprocessadores matemáticos. O preço do software ainda atordoava os pequenos escritórios de engenharia e arquitetura. O efeito colateral era o alto índice de pirataria do programa AutoCAD, da Autodesk, que podia ser encontrado facilmente nas banquinhas dos camelôs.

Projeto 2.0
A internet foi um dos grandes impulsionadores da nova era do projeto 3D. Um fator que atrapalhava a colaboração entre as equipes de design e engenharia era o tamanho dos arquivos, pesadíssimos para o envio por e-mail. A criação de novos formatos e a aceleração das redes permite hoje que dois engenheiros trabalhem juntos na mesma imagem 3D, mesmo a distância. “Com o chat 3D, eles podem interagir com o mesmo modelo, como se estivessem segurando o produto diante deles”, diz Klaus Robert Müller, 42 anos, gerente do Centro de Competências para a América Latina da Dassault, criadora do sistema V6 de projeto em colaboração.
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A Autodesk lançou em outubro o Design Review 2009, um programa para envio e revisão de projetos em arquivos .DWF (design web format), bem mais leve que o original .DWG (drawing). O objeto 3D pode ser rotacionado, medido, aproximado com zoom, ter suas peças isoladas ou mostrar a vista em corte, e receber dados para georreferenciamento. “A grande vantagem é preservar o direito de propriedade intelectual”, diz Acir Cezar Marteleto, diretor-geral da Autodesk no Brasil. “Antes era preciso passar todo o conteúdo para outro engenheiro. Uma pessoa de má fé poderia roubar o projeto.”

Além da colaboração, os projetistas ganharam mais interatividade com os objetos. “Alguns módulos permitem sentir as ondulações e o relevo das superfícies, ou sentir o volume do sólido usando luva com sensores”, diz Marteleto.

Ou seja, o projeto de engenharia deu um salto dimensional. “Os programas evoluíram do wireframe, uma casca, para o modelo sólido, com as propriedades físicas do material”, diz Paulo Leal da Costa, diretor de operações no Brasil da Siemens PLM, a divisão do conglomerado alemão que concentra os negócios de sofware de projeto — a empresa adquiriu os programas Solid Edge, da Intergraph, e Teamcenter, da Unigraphics. “Com os sistemas de hoje, você sabe com um clique se o projeto é viável ou não.” Para Müller, quem ganha é o designer. “Ele tem mais liberdade de criação”, diz.