2) Avaliação dos encaixes
5.10. TESTE “EFEITO ESCADA”
Figura 85 - Peça 2 - Efeito da lixagem manual nas superficies da peça – análise visual inicial (à esquerda), e análise visual depois de lixagem manual (à direita).
Conclusão do teste de acabamento através de lixagem manual
O teste de lixagem é uma forma acessível e eficaz de melhorar a rugosidade superficial de peças plásticas fabricadas segundo o processo de FDM. Tendo em conta que o resultado final depende muito das capacidades do operador, os valores conseguidos são mais consistentes que no teste realizado com acetona. Parte também do operador fazer constantes avaliações qualitativas, visuais e de toque, nas superficies que está a trabalhar. Ou seja, é um processo que em se controla mais a evolução dos progressos. Apesar disso, temos desvantagens relacionadas com a perda de massa das peças, que não sendo significativo, pode influenciar a estabilidade dimensional e mecânica. Por outro lado, é um processo mais moroso e depende da habilidade de quem o efectua.
5.10. TESTE “EFEITO ESCADA”
No sentido de prever a qualidade das superfícies de peças fabricadas com ferramentas FDM, um factor que influencia significativamente estes resultados é o “efeito escada”. Como já foi referido esta é uma consequência do processo aditivo e de sobreposição de camadas [98]. Sabemos que a posição em que a peça é construída é importante para reduzir ou potenciar o aparecimento deste comportamento, porém a própria geometria das superficies, em especial os ângulos que descrevem, são outro factor que influencia directamente esta particularidade do processo FDM [98].
70 Previsão de comportamento superficial
Depois de criado o ficheiro .STL e introduzido no software do equipamento FDM, a peça é seccionada, e é neste momento que podemos observar as camadas de construção. A zona a cinza é a peça modelada no software CAD, (Figura 86).
Figura 86 - Previsão de comportamento superficial no software da ferramenta de prototipagem.
Ao sabermos como as camadas vão ser depositadas, podemos prever como as superficies se vão comportar, e neste caso, notamos claramente o “efeito escada”, devido à posição em que a peça vai ser construída, (Figura 87).
71 Com a alteração da posição de construção constatamos que a superficie fica com bastante mais definição, desaparecendo quase na totalidade o “efeito escada”, (Figura 88).
Figura 88 - Exemplo de técnica para melhoramento de acabamento superficial recorrendo à orientaçao de fabrico
Relação entre ângulos de superficie e rugosidade
Sabendo que a geometria das peças influencia o aparecimento do “efeito escada”, é importante aferir qual o o impacto que este comportamento tem na rugosidade das peças. Criaram-se 4 peças com inclinações diferentes : 15, 30, 45 e 60 graus (da esquerda para a direita, Figura 89), (Tabela 16). Fazendo uma análise visual reparamos que quanto mais o valor do ângulo se aproxima do valor 0º e 90º, mais se faz notar o “efeito escada”, (Figura 89).
72 5.10.1. Resultados
Tabela 16 - Resultados do teste "efeito escada"
Tendo em conta os resultados obtidos, podemos considerar que os ângulos de inclinação têm impacto na rugosidade superficial, principalmente em superficies que tenham ângulos inferiores a 45º. No caso da peça 4, apesar de termos valores de rugosidade mais elevados, visualmente as superficies não sofrem tanto do “efeito escada”, uma vez que a peça possui mais camadas que as restantes. Ou seja, como a peça é mais alta que as restantes este comportamento acaba por se diluir.
Figura 90 - Resultados da rugosidade superficial e a sua relação com a inclinação das superfícies.
Peças de teste Ra (nm) média
1 (15º) 40,435
2 (30º) 41,341
3 (45º) 33,539
73 5.11. CONCLUSÃO DA FASE DE ENSAIOS DE PROCESSAMENTO
A fase de ensaios de processamento é fundamental para assegurar bons resultados nos protótipos. O estudo aprofundado das técnicas que envolvem a fabricação de protótipos permite-nos uma aproximação ao produto final. Do ponto de vista visual e funcional, o conhecimento do comportamento dos materiais e ferramentas é essencial para a eficiência de todo o processo de desenvolvimento. Todos os testes realizados, procuram caracterizar do ponto de vista qualitativo e quantitativo todas as fases de processamento de componentes. Sendo assim, podemos concluir que a qualidade do protótipo depende fundamentalmente de duas relações: tempo – qualidade, e avaliação visual – funcional. Ou seja, devemos relacionar estes parâmetros entre si, para percebermos qual o melhor compromisso para atingir os objectivos. Por exemplo, se queremos componentes para rápida avaliação visual, temos de adaptar todos os processos para o realizar no menor tempo possivel, e nesse caso a qualidade das peças pode ser menor. No caso de querermos uma peça funcional e de qualidade elevada, temos de contar com mais tempo de fabrico. A grande vantagem do processamento de componentes utilizando ferramentas de prototipagem rápida é que permite uma grande flexibilidade de métodos, meios e técnicas para atingir os resultados pretendidos.
74
6. AVALIAÇÃO E REVISÃO DE FUNCIONALIDADES E CONCEITOS
Sabendo as necessidades técnicas e os componentes a integrar, toda a morfologia das hipóteses de solução evoluiu da 1ª fase de desenvolvimento, para propostas que visam uma interacção funcional com os componentes. Nesse sentido foram fabricados protótipos para aferir a qualidade da integração, tendo sido aplicadas as técnicas de acabamento, dimensionamento e fabrico, com o objectivo de criar peças próximas do produto final. Nesta fase os conceitos iniciais são revistos, pois tendo em conta a evolução do projecto, há variantes a ter em conta, desde os componentes a integrar, às técnicas de fabrico dos protótipos. As análises de uso com protótipos das hipóteses são usadas como ferramentas de optimização, e o conhecimento adquirido sobre as ferramentas de fabrico, serve como potenciador de protótipos próximos de uma proposta funcional. Este é o capítulo que aproxima a concepção, a recolha de dados, e as ferramentas de prototipagem, no sentido de criar uma proposta final.
Figura 91 - Vista geral dos componentes a integrar.
Se recordamos a proposta 1 e 2, (Figura 31, Figura 36, respectivamente), percebemos que a integração de componentes é baseada em especificações da proposta existente, (Tabela 2,Figura 13), que foram alteradas segundo as necessidades, e o estudo de alternativas que permitissem reduzir a volumetria do dipositivo. Por outro lado a integração na fita de ajuste não foi contemplada para efeitos práticos, apenas para visuais. Sendo assim, foram fabricados protótipos para testar aspectos da integração de componentes e de dimensionamento, (Figura 92).
75 Os protótipos presentes na Figura 92, são propostas de solução para a integração de componentes segundo as especificações iniciais, (Tabela 2). Depois de analisado o seu desempenho percebeu-se que o dimensionamento se encontrava aquém da volumetria necessária para acomodar os componentes, e que os encaixes para conseguir a interacção entre as peças cederam, (Figura 34). Sendo assim, procurou-se intervir no design das propostas, mas também nas especificações dos componentes, (Tabela 17).
Figura 92 - Protótipos das propostas 3 e 1.
Especificações técnicas
As especificações de componentes presentes na Tabela 17 sofreram algumas alterações para as propostas de optimização de conceitos, no sentido de tornar possivel a criação de um protótipo funcional de acordo com as premissas de concepção a atingir: compacto e eficiente ergonómica e funcionalmente.
Tabela 17 - Especificações para as propostas de optimização de conceitos.
Especificações Descrição
Bateria 3.7 V, 19x13x6 mm; 180 mAh
PCB
Adaptada à geometria da peça, 1.5 mm de espessura
Micro USB 7.35x6.9x2.8 mm
Botão On/Off
Circular c/sensor capacitivo, diâmetro variável
Bluetooth 18x12x1.8 mm
76 6.1. PROPOSTA 1
Depois do fabrico dos primeiros protótipos, (Figura 92), verificaram-se problemas na integração de componentes e desempenho dos encaixes. Sendo assim, procedeu-se a alterações, incidindo na proposta 1, com o objectivo de criar um protótipo funcional, em que se realiza uma integração completa, ou seja, dos componentes e da fita de ajuste têxtil.
Figura 93 - Proposta para o protótipo funcional 1.
Na Figura 93 podemos notar que existem algumas alterações na forma em relação à proposta 1, (Figura 31), principalmente na zona inferior, em que o ângulo não é tão acentuado, no sentido de permitir acomodar a entrada USB com mais facilidade. Por outro lado, a integração da fita de ajuste têxtil obriga à abertura de zonas para permitir a sua fixação. Vemos também a integração do sensor óptico na peça inferior, (zona luminosa da peça cinzenta, canto esquerdo da Figura 93). A geometria desta peça mantém-se concâva para melhor se adpatar à morfologia da perna do utilizador. A espessura das paredes das peças passou de 1 mm, dos protótipos iniciais, (Figura 92), para 1,5 mm, no sentido de garantir maior robustez. Como podemos constatar na Figura 94, a integração da fita têxtil ajustável, influencia directamente a disposição dos componentes e a forma das peças do sistema de encapsulamento.
77
Os componentes mais volumosos, o módulo bluetooth e a bateria são posicionados na zona
em que a curva da peça superior é mais acentuada. Isto permite acomodar peças com maior espessura, (Figura 95).
Figura 95 - Esquematização da integração de componentes na proposta 1.
O botão táctil, accionado com um sensor capacitivo, passou a ter uma dimensão maior tornando-o mais intuitivo e fácil de localizar para o utilizador, (Figura 96).
Figura 96 - Esquematização de funcionalidades da proposta 1.
Entrada/Saída USB Módulo Bluetooth
PCB Bateria
Correia de ajuste
.Entrada/Saída USB
78 Na Figura 97 encontramos em corte transversal o pormenor do sistema de encaixe entre as peças do sistema de encapsulamento. Ao invés de encaixes tipo patilha como na proposta inicial, (Figura 34), aqui temos um sistema com pino e furo que permite fixar as duas peças e a placa de circuitos (PCB), ao mesmo tempo. Este sistema pode ainda ser adaptado para a utilização de parafusos.
Figura 97 - Pormenor do sistema de encaixe entre peças da proposta 1.
Figura 98 - Vista do ângulo oposto da integração da correia de ajuste.
79 6.2. Protótipo funcional – Proposta 1
Um dos componentes mais importantes para o desenvolvimento de sistemas de encapsulamento é a placa de circuito, (PCB), que actua como o centro de comando do dispositivo. Sendo assim, procedeu-se ao fabrico desta peça, fazendo-se a integração na proposta 1, (Figura 100).
Figura 100 - Fabrico da PCB para o protótipo funcional 1.
Depois da fabricação da PCB e das peças plásticas do sistema de encapsulamento, efectuou-se a integração dos componentes do dispositivo. Nesta primeira aproximação funcional, testou-se o sistema de fixação da correia de ajuste, (Figura 101). As linhas condutoras da concepção do re-design da proposta actual, foram aplicadas, no sentido de criar um sistema de encapsulamento independente da peça têxtil, o que permite a lavagem desta, e um incremento dos niveis de funcionalidade e adaptação ergonómica.
80
Figura 102 - Vista geral do protótipo funcional da proposta 1, integração do sistema de iluminação LED; Contextualização de uso do protótipo funcional 1, (imagem da direita).
Na Figura 103 podemos observar o pormenor do sensor óptico embutido no sistema de encapsulamento, eliminando o problema deste componente se encontrar em contacto com o substrato têxtil, bem como impossibilita o utilizador de lhe ter acesso, evitando danos. Na imagem da direita, (Figura 103), interacção entre o sistema de transmissão de dados (USB) e o sistema de iluminação.
Figura 103 - Pormenor da integração do sensor óptico no protótipo funcional 1; Exemplo de integração do interface de luzes no protótipo funcional 1, (imagem da direita).
81 6.3. Análise de uso e detecção de problemas – Proposta 1
Uma das grandes vantagens que a prototipagem rápida oferece é a facilidade de avaliação de defeitos tanto conceptuais, como funcionais. Sendo assim, e tendo em conta o objectivo de criar uma hipótese final optimizada, procedeu-se à análise de uso e detecção de problemas no protótipo funcional. A geometria da peça inferior não garante a estanquecidade do dispositivo, podemos observar esse problema na zona de ancoragem da entrada/saída USB, (Figura 104 ,imagem da esquerda). Constata-se que o facto da correia têxtil de ajuste estar contida no interior do sistema de encapsulamento influencia a volumetria dos componente de forma indesejada, fazendo com que seja necessário utilizar um adesivo para garantir o encaixe, (Figura 104, imagem à direita).
Figura 104- Análise de uso e detecção de problemas da proposta 1.
Como podemos constatar na imagem em cima,(Figura 105, corte longitudinal), a fita de tecido interefere com o resto dos componentes, (linha de interferência a azul,Figura 105). Derivado deste problema resulta o subdimensionamento do sistema de encapsulamento.
82 O facto referido anteriormente também tem impacto na colocação do sensor, uma vez que para se conseguir integrar todos os componentes, tendo em conta a volumetria da fita de ajuste, o sensor que deveria ficar faceado com a peça inferior, fica para além desta, (Figura 106, imagem da esquerda). Para garantir a estanquecidade desta zona, bem como a fixação do sensor, foi utilizado adesivo.
No que ao dimensionamento diz respeito, ainda notamos que após algumas utilizações a peça inferior, nomeadamente a abertura para a passagem da correia de ajuste, teve problemas estruturais, (Figura 106 ,imagem da direita).
Figura 106 - Análise de uso e detecção de problemas da proposta 1.
Especificações da proposta 1
Tabela 18 - Especificações da proposta 1.
Especificações Descrição
Comprimento 47.57 mm
Largura 51.48 mm
Altura 16,19 mm (Peça sup = 8.32 mm; Peça inf = 7.87 mm)
Espessura 1.50 (espessura da parede das peças)
Strap Tornozelo 350 mm
Botão 8 mm (diâmetro)
Encaixes Pino/ furo (3 mm de diâmetro/3.15 mm de diâmetro)
Volume 8040.55 mm3
Peso 8,04 g
Area Sup. 10423.38 mm2
Material ABS
Cores Verde/Preto - Branco/Branco - Laranja/Preto
83 6.4. PROPOSTA 2
O protótipo funcional 1 serviu o propósito de uma integração completa (componentes e fita de tecido ajustável). No sentido de explorar outras hipóteses de solução criou-se o protótipo funcional da proposta 2, que propõe um sistema alternativo de fixação para a correia de ajuste, (Figura 107).
Figura 107 - Vista geral da proposta 2 e do sistema de fixação da correia de ajuste.
Este sistema de fixação baseia-se no encaixe de peças, duas peças com pino e furo, (peças a cinzento na Figura 108), que prendem a correia de ajuste, (a preto na Figura 108). Esta montagem é posteriormente encaixada nos furos laterais da peça inferior do dispositivo, (peça a amarelo na Figura 108), assegurando a ancoragem das peças, permitindo ao utilizador ajustar o comprimento da correia de ajuste.
84 Este é um sistema baseado na interacção mecânica das peças, através do encaixe. Ao ancorarmos as peças que fixam a correia de ajuste às peças do sistema de encaspsulamento é possivel uma fixação estável, (Figura 109).
Figura 109 - Corte transversal da proposta 2, onde podemos observar o pormenor do sistema de fixação.
Tendo em conta a flexibilidade formal da PCB, (Tabela 17), é possivel integrar os restantes componentes com este sistema de fixação,(Figura 110) .
Figura 110 – Esquematização de integração de componentes na proposta 2.
Correia de ajuste Peça de fixação 1 (com pinos)
Peça inferior Peça superior Peça de fixação 2 ,(com furos)
Pcb
Módulo Bluetooth Bateria
Entrada/Saída USB
85 6.5. Protótipo funcional – Proposta 2
O fabrico do protótipo da proposta 2 teve por base a necessidade de avaliar o sistema de fixação da correia de ajuste. Esta avaliação é determinante para aferir o desempenho deste sistema, bem como, a sua interacção com a integração de componentes pretendida. Por outro lado é ainda possivel analisar junto dos utilizadores as limitações e pontos fortes desta hipótese de solução.
Figura 111 - Vista geral do protótipo da proposta 2; Vista do interior e do sistema de fixação da proposta 2 (imagem à direita).
86 6.6. Análise de uso e detecção de problemas - Proposta 2
A análise de uso da proposta 2 baseou-se na avaliação da eficácia do sistema de fixação e ajuste da correia de tecido. Todo o processo de montagem das peças que envolvem este sistema são testados com o objectivo de perceber o seu desempenho. Por outro lado, tenta-se perceber, recorrendo a entrevistas com potenciais utilizadores a sua avaliação geral desta proposta.
Figura 113 - Vista geral do protótipo da proposta 2.
A montagem da fita de ajuste faz-se sem dificuldades de maior, este teste foi realizado para confirmar se as aberturas da peça eram suficientes para a passagem da correia de ajuste, Figura 114).
87 Depois do teste anterior, procedeu-se à fixação das peças na correia de ajuste, que por sua vez vão encaixar na peça inferior do dispositivo, assegurando a fixação desta. Em primeiro lugar, foi tentada, através da fusão entre o material têxtil e as peças plásticas (ABS), com a aplicação de calor, mas não se conseguiram resultados satisfatórios. Para efeitos de avaliação funcional utilizou-se a cola Araldite, (resina epóxida), fixando as peças no substrato têxtil, Figura 115).
Como podemos observar na 2ª imagem, as peças depois de fixadas não encaixam nas aberturas criadas na peça inferior, pois a compressão do material têxtil não foi suficiente, (Figura 115). Por outro lado, tendo em conta a integração de componentes proposta, este teste demonstra que essa operação não seria possivel, pois a volumetria não é suficiente.
Quanto ao ajuste da correia na perna do utilizador, as análises de uso realizadas demonstram que, apesar dos problemas de encaixe, a fixação é satisfatória e com bom nível de conforto,(Figura 116). Os entrevistados consideram esta proposta mais confortável que a anterior, (proposta 1,Figura 116).
Porém, podemos considerar que este sistema tem falhas, no dimensionamento e desempenho, como podemos constatar na Figura 115, (imagem da direita), após algumas utilizações a fixação não resistiu, cedendo.
88 Especificações da proposta 2
Tabela 19 - Especificações da proposta 2.
Especificações Descrição
Diâmetro 44 mm
Altura 15.61 mm (Peça sup = 6.93 mm; Peça inf = 8,67 mm)
Espessura 1.50 (espessura da parede das peças)
Strap Tornozelo 300 mm
Botão 15 mm (diâmetro)
Encaixes Aba ao longo do diâmetro da peça superior
Volume 8413.44 mm3
Peso 9.41 g
Area Sup. 10834.87 mm2
Material ABS
Cores Preto/Amarelo - Branco/Branco
Nº de Peças 2 peças estruturais/funcionais + 1 cobertura LED + 4 x apoios de ancoragem
89 6.7. ANÁLISE DE USO DAS PROPOSTAS 1 E 2 COM UTILIZADORES
No sentido de apurar qual a proposta mais atractiva para potenciais utilizadores, realizaram-se entrevistas, em que foram classificados parâmetros relacionados com o desenvolvimento de soluções e requisitos de uso.
Ao analisarmos a variação das classificações dadas pelos utilizadores, notamos que as duas propostas cumprem os requisitos mínimos definidos anteriormente. Tendo em conta o cálculo da média de pontuação de todos os requisitos, a proposta 2 reúne mais valor. Apesar do sistema de fixação da proposta 2 ser menos eficiente e complexo, o nível de conforto experienciado é superior à outra proposta. O facto da proposta 2 ser mais atractiva do ponto de vista do design, pode ser um dos parâmetros que influencia o requisito “desejo de adquirir”. Tendo em conta os resultados aqui apresentados,(Figura 116), e a análise de uso feita no sub-capítulo anterior, a proposta 2, reúne mais condições para ser a base da proposta final.
90 6.8. PROPOSTA DE DESENVOLVIMENTO PARA A CORREIA DE AJUSTE
Tendo em conta os dados recolhidos durante as entrevistas e inquéritos, percebemos que uma boa parte dos utilizadores esperavam um maior refinamento do interface têxtil deste dispositivo. Apesar dos níveis de conforto serem aceitáveis, temos utilizadores mais exigentes, que apontam os material utilizado como pouco refinado, (sensação de toque pouco agradável, estética desajustada com a natureza técnica do dispositivo). Por outro lado, um dos problemas detectado durante a análise de uso da proposta actual, é o facto da correia ter um comprimento excessivo, e em alguns casos ficar sobreposta ao dispositivo. No caso da peça plástica, que permite o ajuste do comprimento, foram recolhidos dados que indicam a insatisfação de potenciais utilizadores, que consideram a peça demasiado rígida.
Sendo assim, numa primeira fase desenvolveram-se maquetes, com dimensões variadas, e um sistema que permite o ajuste, não sendo necessária uma peça rígida, (Figura 117).
Figura 117 - Maquetização da correia de ajuste e integração no dispositivo, definição dos materiais e dimensões.
Vista frontal
Vista posterior Vista lateral
Velcro
91 Se observarmos a Figura 118, (vista posterior), notamos que o facto da zona de velcro ser mais estreita que o resto da fita de ajuste, permite criar uma peça sem a necessidade de adicionar um regulador de plástico (Figura 119), o que incrementa o conforto para utilizadores mais sensiveis na zona de fixação do dispositivo. Na zona interior da correia de ajuste foi integrado um material mais agradável ao toque, garante boa aderência e ao ser perfurado melhora a interacção com a transpiração do utilizador, (Figura 120). Por outro lado a base têxtil para a integração destes materiais tem um acabamento com côr para lhe conferir uma identidade