Exercícios: Desenho assistido por computador

Explique por palavras suas o que é o desenho assistido por computador (CAD) e refira duas coisas que pode fazer com um modelo virtual antes de o fabricar (rodá-lo para o ver de todos os lados, medi-lo, alterá-lo). Por que razão considera que quase nenhum objeto moderno é concebido já apenas em papel?

Na sala de aula usam-se três programas: Tinkercad (peças em 3D unindo formas, muito simples e no navegador), SketchUp (modelação 3D de objetos e espaços) e LibreCAD (plantas em 2D). Escolhe qual utilizarias para cada tarefa e justifica a escolha: (a) a planta em duas dimensões da sala de aula com as suas medidas, (b) um porta-chaves em 3D para imprimir e (c) o modelo 3D da biblioteca da escola.

As peças de CAD constroem-se a partir de primitivas: formas básicas já feitas como o cubo, o cilindro, a esfera ou o cone. Indique que primitiva escolheria como ponto de partida para modelar cada objeto e porquê: (a) uma chávena, (b) um dado, (c) um gelado de cone e (d) uma bola.

A figura mostra, em cima, três primitivas de CAD e, em baixo, duas operações que combinam formas, mas sem lhes dar nome.

1. a) Nomeia as três primitivas de cima (primitiva 1, 2 e 3).
2. b) Deduz que operação é cada uma das de baixo (operação a e operação b) — a união de duas formas ou a subtração de uma menos a outra —, justificando o que aconteceu às formas originais em cada resultado.

A extrusão converte uma figura plana num sólido dando-lhe espessura, como se puxasses a figura para cima. Explica a ideia com um exemplo do quotidiano (uma máquina de churros que dá forma à massa, uma bolacha cortada com um molde e levantada) e indica que sólido resulta da extrusão de: (a) um círculo, (b) um quadrado e (c) uma estrela.

Enumera três vantagens de desenhar uma peça no computador em vez de construir diretamente o protótipo em madeira ou cartão, pensando: no material que se gasta ao errar, na facilidade de mudar uma medida e na possibilidade de mostrar o projeto a alguém que está longe.

Ao abrir um programa de CAD 3D vês a área de trabalho com uma grelha, um cubo de vistas num canto e uma barra com as formas disponíveis. Explica para que serve cada um desses três elementos e por que razão a grelha ajuda a posicionar as peças com precisão.

Um copo pode ser modelado subtraindo um cilindro pequeno a um cilindro grande: o pequeno esvazia o interior. Justifica que duas operações (união ou subtração) usarias para modelar estes objetos e com que primitivas: (a) um anel, (b) um tinteiro com o respetivo orifício e (c) um martelo simples (cabo e cabeça).

Escreve o passo a passo da modelação de um copo no Tinkercad: que cilindro crias primeiro e com que medidas, como convertes o segundo cilindro em «orifício», o que faz a operação de agrupar e como verificas se a parede ficou com a espessura pretendida.

A figura mostra o ecrã de um programa de CAD com um modelo terminado e as três vistas que o programa gera a partir dele, identificadas como vista a, vista b e vista c.

Identifica que vista (a, b ou c) é o alçado, qual a planta e qual o perfil do modelo, e explica que vantagem existe em o programa as gerar automaticamente em vez de serem desenhadas à mão, sobretudo quando se altera o modelo.

Queres modelar um porta-chaves com a forma de um osso para o cão de uma amiga: um cilindro espesso em cada extremidade e uma barra no meio, mais um orifício para a argola. Descreve a sequência de operações no programa (primitivas, uniões e subtrações, por ordem) e estima as medidas em milímetros que lhe darias para que caiba num bolso.

Um colega quer fazer a planta do seu quarto no Tinkercad e demora o dobro do tempo do que demoraria com um programa de desenho 2D como o LibreCAD. Explica que tipo de tarefa é própria de um CAD 2D e qual de um CAD 3D, e justifica por que razão usar o programa errado torna o trabalho mais lento, embora ambos «desenhem peças».

No CAD, cada forma é colocada com medidas exatas: largura, comprimento e altura em milímetros. Compara essa forma de trabalhar com o desenho à mão livre: o que se ganha em precisão, o que se perde em rapidez para uma primeira ideia e em que momento do processo de conceção convém usar cada uma.

Quando o modelo está terminado, é exportado para um ficheiro para ser partilhado ou impresso. Explica que informação achas que esse ficheiro guarda da peça (a sua forma, não as cores apelativas) e por que razão para a impressão 3D se usa um formato específico chamado STL, que descreve a superfície da peça através de pequenos triângulos.

No programa já tens modelada uma perna de um banco. Explica que operações usarias para terminar o banco sem modelar a perna de novo três vezes (copiar, rodar e mover a perna existente) e que precaução deves ter ao posicionar as cópias para que o banco não fique torto.

Ao imprimir um modelo em 3D saem duas peças soltas que deveriam ser uma só: no programa estavam «juntas», mas sem estarem agrupadas, apenas a tocar-se. Explica a diferença entre agrupar duas formas (ficando uma peça única) e deixá-las simplesmente encostadas, e como verificarias isso no programa antes de imprimir.

Planeia a modelação completa de um suporte de telemóvel para a secretária: uma base, um encosto inclinado e um batente frontal. Pormenoriza as primitivas que usarias para cada parte, as operações de união ou subtração por ordem, as medidas aproximadas em milímetros e uma verificação final antes de validares o modelo.

A partir das vistas diédricas de uma peça técnica, observa-se:

• Alçado: silhueta em forma de «T» simétrica de $60\ \text{mm}$ de largura total, $40\ \text{mm}$ de altura, uma travessa superior de $20\ \text{mm}$ de altura e um pilar central de $20\ \text{mm}$ de espessura.

• Planta: retângulo de $60 \times 25\ \text{mm}$ com as arestas ocultas do pilar central.

• Perfil esquerdo: retângulo de $25 \times 40\ \text{mm}$ com uma aresta visível horizontal que separa a travessa do pilar.

1. a) Deduz a forma 3D da peça e detalha duas estratégias distintas para a modelar em CAD: uma através da união de primitivas e outra através de um bloco grande ao qual se subtraem partes ocas. Especifica as medidas de cada prisma em ambos os métodos.
2. b) Um colega afirma que, para verificar se o modelo CAD coincide com o desenho técnico, basta rodar a vista livre com o rato. Justifica por que razão este método induz a erros e explica como deves usar o cubo de vistas e a projeção ortogonal do programa para verificar cada vista normalizada.

Uma peça deve ter: um bloco de base, dois orifícios passantes laterais e um rebaixo na parte superior. Justifica se a ordem das operações de subtração é importante, o que pode acontecer se fizeres o rebaixo antes dos orifícios (ou vice-versa) e escreve a sequência que seguirias, fundamentando cada passo.

Na equipa de design de um projeto surgem duas posições opostas sobre que ferramenta utilizar em cada fase:

1. A Sofia defende que se deve ligar o computador e modelar diretamente em CAD desde o primeiro minuto, sem fazer nenhum esboço prévio a lápis.

2. O Marcos sustenta que é uma perda de tempo passar o suporte de uma roldana para CAD se já têm um desenho técnico cotado perfeito feito à mão com esquadro e transferidor, pronto para fabricar na oficina.

Rebate fundamentadamente ambas as posições:

1. a) Justifica duas desvantagens de começar a desenhar diretamente em CAD na fase de chuva de ideias (considera a rapidez para explorar alternativas e o risco de bloquear a criatividade focando-se em medidas prematuras).
2. b) Justifica duas vantagens técnicas decisivas que a modelação da peça em CAD proporciona antes de a fabricar (por exemplo, no que diz respeito à simulação da montagem com outras peças, à deteção de interferências ou à exportação para fabricação digital) em comparação com dispor unicamente do desenho em papel.

Para reorganizar a sala de aula-oficina de Tecnologia ($12 \times 8\ \text{m}$) e verificar se são respeitados os corredores de segurança de $1,2\ \text{m}$ entre máquinas, a equipa deve modelar o espaço e o seu mobiliário. Um aluno insiste em usar o Tinkercad, enquanto outra propõe usar um software como o SketchUp.

1. a) Analisa duas dificuldades técnicas graves que encontrarão se tentarem modelar a sala de aula completa no Tinkercad (considera os limites e a escala habitual do plano de trabalho, e como o desempenho do navegador será afetado ao acumular dezenas de bancadas e ferramentas complexas através da união de primitivas).
2. b) Justifica qual dos dois programas é mais adequado para este projeto específico, explicando que vantagens oferece (como o trabalho à escala real com cotas arquitetónicas ou a inserção de componentes pré-desenhados) face à modelação por sólidos básicos.

O teu modelo tem detalhes muito finos: letras em relevo de meio milímetro e uns pezinhos de $1\ \text{mm}$ de espessura. Antecipa que problemas terá a impressão 3D de uma peça assim e redesenha no papel esses detalhes para que resistam à impressora, explicando o critério que seguiste (espessuras mínimas, detalhes desnecessários).

Três alunos trabalham ao mesmo tempo no Tinkercad no desenho colaborativo de uma ponte através de uma ligação partilhada. Ao terminar a sessão descobrem três falhas:

1. Um colega apagou sem querer a estrutura de vigas que outro tinha terminado porque a selecionou ao fazer uma caixa de seleção por arrastamento para mover a sua própria peça.

2. Dois módulos desenhados separadamente não encaixam na montagem final porque um foi desenhado com grelha de $1\ \text{mm}$ e outro com grelha de $0,1\ \text{mm}$ sem acordar cotas nem pontos de união, ficando desalinhados.

3. Perdeu-se o trabalho dos últimos $20$ minutos de um deles porque a ligação Wi-Fi da oficina teve microcortes e o navegador não sincronizou as alterações.

1. a) Explica que característica técnica ou limitação do trabalho na nuvem provocou ou agravou cada um destes três incidentes.
2. b) Desenha um protocolo de trabalho em equipa (com três normas operativas concretas) para evitar que estes problemas se repitam ao modelar de forma colaborativa.

Numa oficina de fabrico, um estudante estagiário afirma: «O desenho técnico tradicional e as vistas normalizadas estão mortos; basta desenhar a peça em 3D no computador e enviar o ficheiro para a máquina».

No entanto, o responsável da oficina rejeita a peça e exige o desenho técnico cotado em 2D antes de começar a maquinar.

1. a) Refuta a afirmação do estudante explicando por que razão um modelo 3D por si só não basta para fabricar uma peça real com precisão (menciona pelo menos dois dados críticos que um modelo 3D sem anotações não especifica e que o desenho técnico indica, como tolerâncias de ajuste, acabamentos superficiais ou cotas de verificação no controlo de qualidade).
2. b) Imagina que a peça é fabricada diretamente a partir do ficheiro 3D sem um desenho de controlo prévio. Prevê o que acontecerá quando for necessário montar esse componente com outras peças e como o conhecimento das vistas diédricas (alçado, planta e perfil) permite detetar erros de forma antes de fabricar.