Titulo: Aperfeiçoamento do Design do Produto “Terminal Telefônico Tipo Mesa de Operações Financeiras Modelo Trade Deck IP”
A Empresa: INOVAX ENGENHARIA DE SISTEMAS LTDA. opera no segmento de telecomunicações.
Problemática:
A empresa INOVAX observou ao longo de suas atividades que, grande parte da sua principal demanda consiste nos produtos de Mesa de Operações Financeiras cujo mercado conta atualmente apenas com alternativas de produtos importados além da INOVAX.
Acrescente-se que, foi observada uma série de deficiências nos materiais utilizados e na operacionalidade do produto acima referido, além das adaptações realizadas sem especificações técnicas abalizadas.
Por essas razões, o cliente concluiu que, para melhor atender ao mercado financeiro nacional e melhorar as suas oportunidades de exportação, necessitava de um novo produto com design atualizado e sem as deficiências e adaptações existentes no modelo atual.
Portanto este projeto representa um esforço da empresa em lançar no mercado um produto com design marcante, dimensionado corretamente para os seus usuários e acrescidos de outras funções, tais como: uso de tecnologia de comunicação de voz digital baseado no protocolo IP.
Finalizando, a melhoria que será obtida por este projeto criará importante diferencial na qualidade de atendimento a este mercado específico, propiciando um equipamento dimensionado corretamente para o nível de atendimento acima descrito, esperando-se com isto melhor desempenho, maior custo-benefício com conseqüente crescimento da eficiência da empresa.
Tecnologias aplicadas:
As observações foram realizadas através de visitas a empresas do setor, com entrevistas junto aos operadores do sistema de atendimento por telefonia, para posteriores análises em laboratório.
Para a avaliação da relação dimensional das interfaces do sujeito envolvido nas atividades com o equipamento e o espaço útil existente no posto de trabalho, foi utilizado o software “ERGOKIT”, desenvolvido pelo INT/DvDI/LABER (laboratório de ergonomia).
Foram confeccionados no Laboratório de Modelos Tridimensionais (LAMOT), utilizando tecnologias de prototipagem convencional e informatizada, dois “MOCK- UP’s” do novo produto, em escala natural, com o objetivo de proporcionar condições físicas para simulações de uso.
Posteriormente, para o desenvolvimento conceitual e ilustrações do novo produto, foi utilizado o software RHINOCEROS e para modelagem técnica visando à confecção de um “MODELO FUNCIONAL” em escala natural.
Foi confeccionado no Laboratório de Modelos Tridimensionais (LAMOT), utilizando tecnologias de usinagem CNC, um “MODELO FUNCIONAL” do novo produto comportando todos os componentes necessários (fornecidos pela empresa) para o funcionamento deste tipo de equipamento, com o objetivo de proporcionar condições físicas para um teste real.
Atividades realizadas:
O projeto foi desenvolvido de acordo com as seguintes fases: - Análise técnica;
- Proposta de alternativas conceituais; - Escolha dos Conceitos;
- Desenvolvimento técnico dos conceitos aprovados; - Avaliação dos aparelhos tecnicamente desenvolvidos; - Confecção do mock-up;
- Confecção do modelo; - Avaliação do modelo;
- Construção do modelo funcional; - Arquivo eletrônico;
- Relatório técnico.
Visando não se estender com a descrição de todas as fases do projeto nesse estudo de caso, vamos mencionar apenas a parte referente ao desenvolvimento do produto.
O modelo do terminal “Trade-Deck TA” a ser desenvolvido foi fornecido pela empresa INOVAX, nas cores preto e branco, conforme figura 100.
Figura 100: Terminal “Trade-Deck TA” a ser desenvolvido Fonte : INOVAX
A seguir pode-se observar uma linha de evolução dos conceitos virtuais elaborados:
Primeira Alternativa Conceitual Compacta Remota (ver figura 101).
Figura 101: denominação antasia – “Batman” Fonte: INT/DvDI
Segunda Alternativa Conceitual Compacta Remota (ver figura 102).
Figura 102: denominação fantasia – “C3PO” Fonte : INT/DvDI
Terceira Alternativa Conceitual Compacta Remota (ver figura 103).
Figura 103: denominação fantasia – “Rampa” Fonte : INT/DvDI
Desenvolvimento Preliminar do Conceito Escolhido
Foi escolhida uma das três linhas de estudo a “Alternativa Conceitual Compacta Remota”, por proporcionar um conceito inovador neste tipo de trabalho, que é o controle móvel remoto, sistema este que acreditamos proporcionaria mais liberdade de ação e conseqüentemente maior conforto ao operador do terminal quando em uso.
Neste ponto já é apresentado um caminho conceitual com embasamento a nível preliminar para a geração de uma tendência da forma externa do novo aparelho,
com dimensionamento real baseado num estudo, também preliminar, de posicionamento das placas eletrônicas, terminais elétricos e outros componentes existentes neste tipo de produto, tendo como resultado a formulação de um layout interno básico (ver figura 104).
Figura 104: lay-out do posicionamento dos componentes eletrônicos internos. Fonte : INT/DvDI
Estudo de variações cromáticas
Figura 105: Lay-out do estudo de variações cromáticas. Fonte : INT/DvDI
Correções projetuais: Confecção de um “mock-up”
A execução do “mock-up” foi em poliuretano expandido usinado em uma fresadora CNC, por partes a partir de arquivos eletrônicos projetados e construídos pela equipe de projeto (ver figura 106). Posteriormente a mesma equipe montou o modelo tridimensional e deu acabamento final, inserindo na tela (touchscreen) uma página com leiaute da interface gráfica com o objetivo de proporcionar realismo a peça
Montado o modelo foi executado um teste de interface de uso (usabilidade) em laboratório cujos resultados, geraram subsídios para modificações visando o aperfeiçoamento do conceito (ver figura 107).
Figura 106: construção do “mock-up”
Confecção do protótipo funcional
Inicialmente foram feitos os ajustes finais no arquivo eletrônico visando à confecção dos modelos pelo processo de usinagem através de fresadora CNC, utilizando como material o MDF (chapa de fibra de madeira média densidade), para posteriormente modelar as partes do “corpo” do novo produto pelo processo de “Vacuum forming”. O processo de vacuum forming, que consiste na utilização de molde como matriz, o aquecimento de uma chapa de termoplásticos e sucção do ar, para moldar formas em alto e baixo relevo, reproduzindo os mais variados formatos, usando matérias-primas como ABS, PVC, PET, Poliestireno (PSAI), Polipropileno (PP) e Acrílico (ver figura 108).
Figura 108: confecção dos modelos pelo processo de usinagem - fresadora CNC – e modelagem das partes do “corpo” do novo produto pelo processo de “Vacuum forming”
As partes que compõe o corpo do protótipo foram finalizadas e montadas artesanalmente. As telas (LCD e Touchscreen), teclados, botões, auto-falantes e componentes eletroeletrônicos, são peças reais. As placas eletrônicas, no entanto, são peças simuladas em tamanho real (ver figura 109).
Figura 109: As telas (LCD e Touchscreen), teclados, botões, auto-falantes e componentes eletroeletrônicos são peças reais
Testes de usabilidade do protótipo funcional
Devido às placas eletrônicas não terem sido projetadas a tempo pelo cliente, o teste do novo produto não pode ser realizado em ambiente real com operadores diversos, como era a intenção inicial do projeto. No entanto, para promover um teste de laboratório foi elaborada uma simulação de funcionamento do produto projetado através da ligação do aparelho a um microcomputador, por intermédio de um distribuidor VGA que permitiu operacionalizar a tela touchscreen e com isto testar os principais layouts de interface projetados pela equipe de projeto (ver figura 110)
Figura 110: Testes de usabilidade do protótipo funcional
Alteração significativa no projeto inicial
Na análise comercial, técnica e de produção realizada pela empresa INOVAX do produto “Trade Deck IP”, projetado e desenvolvido para esta mesma empresa pela DvDI/INT com o apoio do PROGEX-RJ e finalizado em dezembro de 2005, foram constatados futuros mercados e novas funções para o produto com uma nova função
denominada “Terminal Telefônico Tipo Distribuidor Paralelo de Chamadas Telefônicas” além daquelas que normalmente fazem parte dos universos mercadológicos anteriormente objetivados pela empresa demandante como “Terminal Telefônico Tipo Mesa de Operações Financeiras”, por parte dos interessados na aquisição de equipamentos desta natureza. Sendo assim, para viabilizar o equipamento projetado as novas realidades mercadológicas detectadas, haveria a necessidade de adaptações e modificações de uma série de fatores técnicos críticos relativos à interface com os usuários somados a decisão em adotar o sistema de “INJEÇÃO” como processo para a fabricação do “corpo” de seu novo produto em escala industrial, fatores estes que geraram a necessidade de uma intervenção projetual corretiva.
A partir destas constatações, a INOVAX solicitou a DvDI/INT, o redesign do produto “Trade Deck IP”, que passou a ser denominado inicialmente “TipTel” e posteriormente denominado comercialmente “NeoPath” (ambas sugeridas pelo cliente), de forma a configurá-lo de acordo com as novas exigências técnicas dos novos mercados. O produto desta segunda fase foi realizado com recursos da própria empresa e finalizado a contento em maio de 2007, conforme relatório expedido pela DvDI/INT.
Nesta terceira fase a empresa INOVAX finalizou o mesmo produto no que concerne ao design, processo de produção e construção do modelo funcional de cada um dos elementos a seguir: microfone externo bem como a revisão e construção de um modelo funcional do corpo principal da última versão do produto.
É preciso esclarecer que com a finalização projetual do equipamento “NeoPath”, a INOVAX poderá complementar a fase de produção comercial (já em andamento) através da encomenda dos moldes de injeção as empresas especializadas.
Isso mostra como é importante a utilização de modelos físicos para tomadas de decisões nesta fase do projeto, evitando maiores despesas futuras.
Tecnologias aplicadas
Para o desenvolvimento conceitual e ilustrações do novo produto, foi utilizado o software RHINOCEROS e para modelagem técnica visando à confecção de um “MODELO FUNCIONAL” em escala natural e a construção dos moldes para a produção em série do novo produto desenvolvido, foi utilizado o software SOLIDWORKS.
Foi confeccionado no Laboratório de Modelos Tridimensionais (LAMOT), utilizando tecnologias de prototipagem rápida, um “MODELO FUNCIONAL” do novo produto comportando todos os componentes eletrônicos necessários (fornecidos pela empresa) para o funcionamento deste tipo de equipamento, com o objetivo de proporcionar condições físicas para um teste real.
A seguir pode-se visualizar o futuro aparelho “NeoPath” na figura 111 abaixo e na figura 112 o quanto foi dimensionalmente reduzido em relação ao modelo anteriormente projetado, (“Trade Deck IP”); características, hoje, desejáveis como por exemplo: dimensões externas reduzidas, conceito formal simplificado para facilitar a confecção dos moldes de injeção, redução do peso e aumento dos reforços estruturais. O conceito formal denominado “Rampa”, cuja visualização é mostrada a seguir, serviria como base formal para o novo equipamento proposto.
Figura 111: o conceito formal denominado “Rampa” que se tarnsformou em “TipTel” Fonte: DvDI/INT
Um fator decisivo para a modificação do conceito foi quanto à fabricação do corpo do aparelho, cuja decisão foi de utilizar o processo de “Injeção” em “ABS” ou “Poliestireno” por proporcionar melhor acabamento de superfície e de encaixe com qualquer complexidade de forma, tanto na parte interna quanto na externa do “Corpo”, sem a necessidade de qualquer tratamento ou complementação posterior.
Comparação Dimensional
Figura 112: mostra o quanto foi dimensionalmente reduzido em relação ao modelo anteriormente projetado
Fonte: DvDI/INT
A seguir, na figura abaixo 113 pode-se visualizar o futuro aparelho “NeoPath” com as modificações sugeridas pelo cliente e a perspectiva explodida apresentando todos os itens que compõe o produto.
Figura 113: Modelo final “NeoPath”com as devidas modificações sugeridas pelo cliente Fonte: DvDI/INT
Perspectiva Explodida
Figura 114: Perspectiva Explodida
Listagem dos Itens
1- Painel do Teclado Esquerdo; 2- Painel do Teclado Central; 3- Painel do Teclado Direito;
4- Manta do Teclado Esquerdo do Volume; 5- Manta do Teclado Esquerdo;
6- Manta do Teclado Central; 7- Manta do Teclado Direito;
8- Manta do Teclado Direito do Volume; 9- PCI do Volume Esquerdo;
10- PCI do Teclado; 11- PCI do Volume Direito; 12- Auto-Falante;
13- Painel Frontal (moldura) do Corpo do Touchscreen / LCD; 14- Tela do Touchscreen;
15- Tela do LCD;
16- Painel Intermediário do Corpo do Touchscreen / LCD; 17- PCI Mãe;
18- Painel de Fechamento do Corpo do Touchscreen / LCD; 19- Painel de Acabamento do Microfone Embutido;
20- Microfone;
21- Lingüeta do Sistema de Pivoteamento;
22- Mancal da Lingüeta do Sistema de Pivoteamento; 23- Eixo de Pivoteamento do Corpo do Touchscreen / LCD; 24- Mancal do Sistema de Pivoteamento;
25- Tampa do Mancal do Sistema de Pivoteamento; 26- Painel Superior do Corpo Base;
27- PCI de Áudio;
Confecção do Modelo Funcional Final
As peças da carenagem do produto foram confeccionadas na maioria em “ABS micro-extrudado” na tecnologia FDM visando oferecer uma melhor resistência mecânica, já aquelas peças que possuem pequenos detalhes como as furações para dos alto-falantes, foram confeccionadas em “Resina Fotossensível” na tecnologia SLA e os botões do teclado foram feitos em silicone de alta densidade.
Sendo assim, este modelo não se configura como um ”Protótipo” e sim como um “Modelo Funcional”, pois a carenagem do aparelho não foi produzida utilizando os materiais finais. É importante frisar que apesar da resistência mecânica da carenagem do aparelho executado com os materiais citados ficar reduzida em aproximadamente 20% em relação aos materiais propostos, não impede que o modelo possa ser testado funcionalmente em condições de laboratório ou em condições reais de trabalho.
A seguir, pode-se observar alguns detalhes da prototipagem do “Modelo Funcional Final” (figuras de 115 a 119).
Figura 115: final do processo de prototipagem na Viper SLA e início da retirada manual do suporte
Figura 116: final do processo de prototipagem na FDM e início do processo de retirada do suporte, neste caso, solúvel.
Figura 117: Montagem e checagem dos encaixeis das peças prototipadas em tecnologias diferentes (FDM e SLA)
Figura 118: Pintura das peças, acabamento e instalação dos componentes eletrônicos
Figura 119: Verificação das regulagens de inclinação do monitor e teste do sistema touchscreen.
Para concluir esse estudo de caso, gostaria tentar responder as duas pergunta que todos me fazem: Quanto tempo demora a prototipagem rápida e quanto custa ? Apresentando a planilha de tempo e custo para a confecção de todas as peças plásticas do modelo funcional final utilizando as tecnologias: FDM e SLA *
Planilha de tempo e
volume tempo volume cm³
Peças feitas na FDM: nº horas minutos modelo suporte
Aleta de Travamento 1 3 3 27,78 10,63
Base 1 14 28 186,55 18,94
Painel fechamento 1 1 44 25 205,53 308,87
Painel fechamento 2 1 44 22 208,52 304,93
Painel Frontal Corpo
Superior 1 1 5 20 51,23 10,99
Painel Frontal Corpo
Superior 2 1 13 0 105,88 41,82
Painel Microfone 1 2 18 29,33 3,53
Painel Superior 1 27 30 202,96 135,84
Peças feitas na SLA: nº horas minutos modelo suporte
Pé Corpo base 4 0 38 (cada) 0,97 (cada) 0,35 (cada)
Suporte Microfone 1 0 11 0,4 0,05
Tampa Mancal direito 1 1 31 11,39 1,25
Tampa Mancal esquerdo 1 1 32 11,38 1,25
Planilha de tempo e
custo horas minutos
FDM (Total /horas) 152 146 CUSTO FDM R$ 11.582,50
Total = 154: 23
SLA (Total /horas) 2 226 CUSTO SLA R$ 954,00
Total = 5: 46
CUSTO TOTAL = SLA + FDM R$ 12.536,50
* Aqui não estão computados os custos dos mock-up’s e modelos usinados na CNC, apenas as peças feitas em prototipagem rápida.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho buscou avaliar o atual panorama das possibilidades de impressão tridimensional e a oferta de equipamentos de prototipagem rápida nas principais tecnologias disponíveis no mercado.
A vantagem da prototipagem rápida está principalmente em possibilitar, de forma muito rápida, transformar arquivos de modelos 3D em modelos físicos para testar e avaliar a forma, a resistência, a ergonomia e a possibilidade de produção, sem a necessidade da construção de qualquer tipo de ferramental.
Na prototipagem rápida não existe um processo ideal, cada processo apresenta vantagens e desvantagens. Ao se optar por um processo, devem-se levar em conta fatores tais como: propriedades físicas, mecânicas e estéticas exigidas do protótipo, material a ser utilizado, disponibilidade das tecnologias, custos envolvidos e, finalmente, os prazos para a realização do protótipo.
Na avaliação comparativa realizada pode-se observar que não existe uma tecnologia que possa ser considerada uma unanimidade. A tecnologia 3DP apresentou o melhor custo benefício que às demais. A tecnologia FDM apresentou vantagens quando comparada às tecnologias 3DP e SLA em relação a testes mecânicos e manuseio de pós-processamento. Do mesmo modo, a tecnologia SLA é superior às demais, quanto à qualidade do acabamento. As peças usinadas com tecnologia CNC apresentaram maior precisão geométrica do que as similares construídas por tecnologias de RP. Conclui-se, portanto, que apenas a análise dos critérios custo, tempo e acabamento podem não ser suficientes para determinar a tecnologia a ser adotada.
Em alguns aspectos, a prototipagem rápida ainda precisa ser desenvolvida, principalmente com relação às peças que exijam uma perfeita transparência, aos materiais médico-odontológicos biocompatíveis e às grandes tiragens de peças.
A melhoria nos processos atuais e o aparecimento de processos inovadores como micro e nano prototipagem, impressão em multi-materiais, além da especialização de materiais e processos para aplicações médicas tais como bioimpressão de órgãos, próteses e implantes apontam algumas direções para o desenvolvimento dessa tecnologia (vide o anexo 1).
Em breve será possível empregar processos de prototipagem rápida para a produção de componentes funcionais complexos, como itens individuais e em pequenos lotes, além das aplicações no campo da produção de protótipos funcionais. A complexidade virtualmente ilimitada das geometrias confere ao projetista novas possibilidades para desenvolver componentes que não poderiam ser construídos por meio dos processos convencionais de produção.
A prototipagem rápida tornar-se-á, portanto, um elemento firmemente consolidado na engenharia do futuro. Mas para que isso ocorra com sucesso, seria necessário que as universidades começassem desde já a preparar seus alunos visando o ensino básico das ferramentas de prototipagem virtual nos principais cursos de graduação, pois o aprendizado dessas novas tecnologias, sobretudo para o processo de desenvolvimento de projetos, é de grande ajuda, não para torná-los apenas meros operadores de softwares CAD, mas sim para acostumá-los a pensar em três dimensões desde cedo, para que isso se torne algo natural e intuitivo.
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