IDEALIZAÇÃO E PROTOTIPAGEM DE COMPONENTES

Nesta fase inicial de desenvolvimento do produto, será necessário perceber de que forma serão

acondicionados os equipamentos eletrónicos, e então encontrar soluções para que estes sejam

devidamente integrados no sistema de produção. Nesta etapa pretende-se perceber quais são

as estruturas de conjunto dos equipamentos, para se retirarem as devidas elações

estabelecendo soluções prototipadas no instituto.

Então devido à facilidade de prototipagem do instituto pode-se projetar componentes,

quer impressos por fabricação aditiva (através da impressora profissional OBJET EDEN260V da

STRATASYS) quer através de corte laser profissional (PORTLASER X252).

A EDEN é uma impressora 3D que imprime objetos em VEROCLEAR™ (Figura 17) um

material POLYJET PHOTOPOLYMER que apresenta propriedades como: alta resistência;

diferentes tipos de opacidade; diferentes tonalidades e consegue grande detalhe em dimensões

milimétricas (Prospector, 2018).

A PORTLASER X252, de corte laser permite uma alta precisão de corte bem como uma

área de trabalho de 635mm x 458mm. Será usada essencialmente para o corte de acrílico de

diferentes espessuras (material imposto pelo gestor de projeto), que apresenta características

como boa resistência e alta transparência.

É com grande facilidade que com estes equipamentos se consegue conceber protótipos

de forma rápida e funcional, permitindo a rápida validação dos conceitos. Assim serão analisados

os componentes produzidos através destas técnicas, que correspondem à primeira fase de

desenvolvimento do produto.

• T-JUNCTION

O processo de idealização, tem início com a reinterpretação da forma, do único componente

previamente estabelecido no projeto. Este componente conhecido por “T-Junction” (Figura 18),

terá de ser repensado e redesenhado a fim de se garantir a eficiência do material. Este é

responsável pela criação de gotículas que no final do processo se tornam em microcápsulas.

Assim é de extrema importância conceber uma proposta que por um lado privilegie ótimas

condições para a produção das gotículas, e por outro a adaptação perfeita das entradas do corpo

às dimensões da tubagem.

Na Figura 19, observam-se as alterações drásticas a fim de proporcionar uma maior

racionalidade na utilização do material, garantindo que os diâmetros interiores não sofrem

alteração para não comprometer a formação das MCs. As alterações principais são: o

componente passa a ser impresso com um corpo único e compacto; a redução dos diâmetros

das entradas de fluidos; e as entradas da T-junction, selam e vedam o corpo. Foram realizados

testes com o intuito de se perceber se o facto de este componente ser impresso num corpo único,

não influenciar a produção de gotículas. Uma vez deliberado em equipa sobre a tipologia deste

componente, chegou-se à conclusão que a morfologia poderia influenciar negativamente a

produção de gotículas. Assim seria necessário reduzir o comprimento da proposta exibida na

Figura 19.

Uma vez impressa procedeu-se ao teste desta tipologia com as substâncias reais e esta

corresponde positivamente ao previsto. Conclui-se que a criação de um corpo único, ao contrário

da versão inicial, influência positivamente a criação de gotículas pois veda com maior precisão.

Para se potenciar a formação de gotículas (na Figura 20) observamos a última versão deste

componente. Este deverá ser um componente descartável, pois as soluções usadas para se criar

MCs corroem este material (VEROCLEAR) o que impossibilita a sua utilização após 5 ciclos de

utilização contínua.

15 mm 30 mm

Figura 19 | T-JUNCTION, tipologia otimizada 1 (autor, 2018).

Sucintamente a intervenção neste componente teve como objetivo a redução do

material, devido ao facto de este componente ser descartável. O conceito consiste em tornar

este componente cilíndrico, simplificando a sua morfologia.

As melhorias em relação ao conceito inicial passam por: apresentar melhores conexões

com as respetivas tubagens; permitir uma melhor visualização do processo de formação das

gotículas; facilidade de prototipagem tridimensional. (por exemplo INL de braga possui diferentes

impressoras 3D, o que é cada vez mais comum no espaço laboratorial).

• SERPENTINA + BANHO TÉRMICO

O conceito, para a reinterpretação da serpentina convencional, surge após o debate em equipa

sobre as várias direções a tomar. Surge então o conceito de tentar mimetizar um condensador

de refluxo (Figura 21), pelo facto de este possuir as entradas e saídas de fluidos no mesmo plano

de orientação. Este pré-requisito surge após analisados os componentes de conjunto vendidos

em conjunto com o termostato de imersão.

Os banhos de imersão, normalizados, para o termostato a utilizar também possuem as

entradas e saídas de fluidos no plano de topo (facilitando o acondicionamento do equipamento).

Então, entendesse por banho térmico, um cilindro de acrílico com uma base selada de modo a

suportar a pressão de 4l de água e um diâmetro de 20cm.

O conceito de design para a serpentina, baseia-se em desenvolver duas hastes verticais

perfuradas ao longo do comprimento das mesmas. A tubagem (que será a “serpentina”) deverá

passar por cada uma destas perfurações, de modo a criar um conjunto de elipses, semelhantes

ao condensador de refluxo.

A serpentina deverá estar submersa no banho térmico cilíndrico, aquecido pelo

termostato Julabo. E a serpentina esta representada na Figura 22, em conjunto com as hastes

orientadoras. As hastes visam garantir a estabilidade da tubagem, e este método de orientação

das tubagens permite um grande controlo dimensional do comprimento da nova serpentina. O

comprimento máximo das hastes da figura são 8m, mas é possível fazer alterações na tipologia

das peças para se conseguir um comprimento maior. Estas propostas visam permitir ao

consumidor produzir facilmente as suas próprias peças de acordo com as suas necessidades.

A estrutura de suporte do termostato (Figura 23) é semelhante a uma tampa circular.

Este componente, também de acrílico, consiste em conceber uma base de suporte onde seja

possível passar a tubagem da serpentina e estabilizar o termostato. Esta estrutura baseia-se na

criação de um negativo do formato do fundo da cabeça de aquecimento, criando assim um

sistema de remoção rápida do termostato e da serpentina.

Figura 22 | SERPENTINA, conceito (autor, 2018).

Resumidamente a prototipagem do conjunto tinha como propósito o controlo das

dimensões destes componentes pelo consumir, o que não seria possível com componentes

normalizados. Então apresentam benefícios como: a redução das dimensões gerais do banho

térmico e da serpentina; o facto de o comprimento da serpentina ser controlável e ajustável;

redução de custos (pois devido ao sistema de hastes, não é necessária a aquisição de uma

serpentina normalizada). Na Figura 24 observa-se o conjunto do banho térmico que consiste na

conjugação da serpentina, termostato e o banho cilíndrico.

• MÓDULO ROTATIVO

A última etapa do sistema de produção de MCs, deverá corresponder à filtração das

microcápsulas. O objetivo para esta etapa seria tentar automatizar este processo de forma a

torná-lo o mais eficiente possível. Os componentes previstos são: um agitador magnético; um

gobelé de vidro; um conjunto de filtragem (Kitasato e funil de Buchner); uma bomba de vácuo; e

uma placa de aquecimento.

Então em equipa inicialmente pensou-se em conceber uma proposta, como

representada na Figura 25, onde dois gobelés giram em torno de um eixo onde está situado um

motor de passo, responsável por fazer com que o gobelé entorne a emulsão final no filtro. Este

conceito consiste em ter um gobelé onde seria depositada a emulsão final com MCs, e quando

atingisse a capacidade máxima o motor girava e este era substituído por um gobelé vazio.

O conceito fracassou, uma vez que em termos dimensionais não seria uma solução

viável. A maquete de conceito (Figura 26) veio evidenciar as falhas do conceito, mas a sua

concretização ajuda a perceber como melhorar o conceito. Na Figura 26 observamos o conjunto

de garras rotativas em conjunto com o motor de passo e ainda o kitasato com o funil de

BUCHNER.

Figura 25 | MÓDULO, conceito (autor, janeiro 2018).

KITASATO + Funil de BUCHNER

Figura 5| Estudo da tipologia,

maquete. (elaborado pelo autor,

janeiro 2018).Kitasato + Funil de

Buchner

Kitasato + Funil de Buchner

Figura 6| Estudo da tipologia,

maquete. (elaborado pelo autor,

janeiro 2018).Kitasato + Funil de

Buchner

Garras + Motor de passo

Assim com base neste teste de conceito, a nova solução consiste em redefinir a posição

dos componentes de modo a tornar o conjunto mais compartimentado e com dimensões

reduzidas. Então passa a existir apenas uma garra em que será acoplado apenas um gobelé, e

periodicamente o motor roda 90º de forma a verter as MCs no filtro de BUCHNER (esquema da

Figura 27).

O conceito foi testado e validado, previamente à produção dos elementos necessários

para a elaboração do conjunto final. Então optou-se por uma estrutura em acrílico (material

sugerido pelo responsável do projeto) que envolve o motor e duas garras que garantem a fixação

do gobelé. Na Figura 28 é observa-se o modelo final do motor acoplado com as duas garras.

Figura 27 | MÓDULO, otimização de conceito (autor, janeiro 2018).

A Figura 29, representa o conjunto final (ao centro) e em detalhe observamos a calha

vertical que permite o controlo da altura bem como as garras que sustentam o gobelé. O conceito

de design para este componente, passa por estabelecer um módulo com rotação a 90º. Devido

ao facto de este componente poder acoplado com placas de agitação, foi criada uma estrutura

simples de regulação de altura da garra.

O conceito, face ao seu antecessor, apresenta melhorias como: redução das dimensões

gerais do módulo; maior estabilidade; regulação da altura do gobelé; redução dimensional de

todo o conjunto. O módulo funcionará devido a um Arduíno que será capaz de fazer com que

periodicamente o motor de passo entorne a solução no filtro.

Termina assim a prototipagem dos componentes afetos ao sistema interno do

dispositivo, sendo que todas as soluções apresentam melhorias significativos, em relação aos

componentes disponíveis no mercado em termos de controlo dimensional sem comprometer a

função.

No documento DESIGN E DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO LABORATORIAL PARA MICROENCAPSULAÇÃO (páginas 52-61)