UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
YOLANDA ANDRADE RODRIGUES
QR CODE IMPRESSO EM SINALIZADOR DE RELEVO PARA PROMOVER ACESSIBILIDADE DE INFORMAÇÕES AOS DEFICIENTES VISUAIS
Natal/RN 2019
YOLANDA ANDRADE RODRIGUES
QR CODE IMPRESSO EM SINALIZADOR DE RELEVO PARA PROMOVER ACESSIBILIDADE DE INFORMAÇÕES AOS DEFICIENTES VISUAIS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais, do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio Leandro Cabral
Coorientador: Prof. Dr. Nicolau Apoena Castro
Natal/RN
2019
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Rodrigues, Yolanda Andrade.
QR Code impresso em sinalizador de relevo para promover acessibilidade de informações aos deficientes visuais / Yolanda Andrade Rodrigues. - 2019. 79f.: il.
Monografia (Graduação)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Engenharia de Materiais, Natal, 2019.
Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio Leandro Cabral. Coorientador: Prof. Dr. Nicolau Apoena Castro Natal/RN.
1. QR Code - Monografia. 2. Manufatura Aditiva - Monografia. 3. Deficiente Visual - Monografia. 4. Tecnologia Assitiva - Monografia. I. Cabral, Prof. Dr. Marco Antonio Leandro. II. Natal/RN, Prof. Dr. Nicolau Apoena Castro. III. Título. RN/UF/BCZM CDU 620.1
FOLHA DE APROVAÇÃO
Assinaturas dos membros da comissão examinadora que avaliou e aprovou a Monografia da discente Yolanda Andrade Rodrigues, realizada em 03 de dezembro de 2019.
BANCA EXAMINADORA:
__________________________________
Prof. Dr. Marco Antonio Leandro Cabral - Orientador
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________ Prof. Dr. Nicolau Apoena Castro-Coorientador
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________ M.e Igor Zumba Damasceno - Avaliador 1
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________
Prof. Dr. Efrain Pantaleón Matamoros - Avaliador 2
Aos meus pais, Maria e Kasu, pelos sacrifícios feitos, as horas incansáveis de trabalho e toda a fortaleza de amor e apoio construída para que suas filhas possam alcançar seus sonhos.
AGRADECIMENTOS
A Igor Zumba, por sempre embarcar nas minhas loucuras e me incentivar a seguir em frente;
A Universidade Federal do Rio Grande do Norte, que proporcionou um ambiente inacreditável de aprendizado e oportunidades;
Aos técnicos do Departamento de Engenharia de Materiais, Amanda, Hudson, Carla e Roberto, pela incrível dedicação aos seus trabalhos;
A todos os meus mestres desses longos anos de graduação, que me ensinaram o inimaginável;
Aos meus orientadores Prof. Marco Cabral, Prof. Nicolau Apoena e Professora Fabiana Villela, que não imaginam a diferença que fazem na minha vida com poucas horas de conversa;
As minhas meninas, Abigail Souza, Cau Mascelani e Juliana Teodoro, por nos meus piores dias me lembrarem do que eu sou capaz;
Ao amigo Thales Leite, com quem enfrentei todos os desafios deste curso;
A todos os membros da Liga de Empreendedorismo Potiguar, por me ensinarem liderança, respeito, empatia e pensar fora da caixa;
A SETUR/Natal, representada pelo Secretário Fernando Fernandes, por me proporcionar espaço para explorar a minha criatividade profissional e em especial Thalisson, Julane, Fabiola e Ramon pela convivência e parceria diária; Aos Void 3D, RSC, IERC/RN, PMN, Anderson Rodrigues, Lara Cirilo e todos aqueles que de alguma forma participaram na construção dessa visão;
E por fim, gostaria de agradecer a todos aqueles que nunca acreditaram na minha capacidade, vocês fizeram o desafio ser mais doce.
“We're all human, aren't we? Every human life is worth the same, and worth saving.”
RESUMO
Em 2019 a OMS apresentou um relatório que declarou que temos 2.2 bilhões de pessoas no mundo que são consideradas deficientes visuais, comunidade que enfrenta diariamente dificuldade em relação ao acesso de informações básicas impressas. Compreendendo que pessoas que possuem deficiência visual tendem a ter os sentidos mais aguçados, especialmente o tato, é sugerida como forma de tecnologia assistiva a implementação de um código de barras bidimensional (QR Code), contendo dados informativos via áudio integrados, reconhecido através de dispositivos móveis, impressos em sinalizadores de relevo como forma de solução para a acessibilidade à informação dessa comunidade. Neste cenário, este projeto visa realizar um comparativo entre os marcadores em relevo apresentados em ABS e resina fotopolimérica fabricados através de técnicas distintas da manufatura aditiva. O paralelo é feito comparando as características das duas amostras desenvolvidas com relação ao desempenho à ação proposta, durabilidade, comportamento mecânico, rentabilidade e comunicação da interface com o usuário. O comparativo levará em conta também pesquisa qualitativa com um grupo de estudantes com deficiência visual do Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN. Para validação do estudo, é analisada a aplicação da ferramenta em placas de informações disponibilizadas em alguns equipamentos turísticos administrados pela Prefeitura do Natal, enfatizando o processo de escolha do melhor material a situação. Em conclusão, visa-se sugerir a aplicação do material em embalagens de bens de consumo.
Palavras-chave: QR Code. Manufatura Aditiva. Tecnologia Assitiva. Deficiente Visual.
ABSTRACT
A report issued by the World Health Organization in 2019 notifies that we have around 2.2 billion people world-wide who suffers from some kind of visual disabilitie. This community faces daily difficulties in consuming basic print information. Considering this fact, the idea is to create an assistive technology developing a two-dimensional barcode (QR Code), integrated to an audio data and acknowledged by mobile devices, printed with embossing markers as a solution for this community on information accessibility. In this scenario, this project aims to executes a comparative between embossed markers, engineered in ABS polymer and photopolymer resin, manufactured using additive manufacturing techniques. The parallel elaborate on by comparing features of the two designed sample relative to its applicability performance, durability, mechanical behavior, cost-effectiveness and user-friendly interface. The project will also take into account the qualitative research made with a group of visually impaired students from The Institute of Education and Blind Rehabilitation of Rio Grande do Norte. As an example, the implementation of informative totems available on selected tourist points, managed by the Natal City Hall is discussed, emphasizing the choosing process for the best material used for the situation. In conclusion, is proposed the device application in consumer goods packaging.
Keywords: QR code. Additive Manufacturing. Assistive technology. Visually impaired.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: DISTRIBUIÇÃO DA POPULAÇÃO MUNDIAL EM RELAÇÃO À DEFICIÊNCIA ... 2 FIGURA 2: INTERAÇÃO ENTRE O QR CODE E O APARELHO MOBILE. ... 4 FIGURA 3: NÍVEIS DA PERDA DE VISÃO DE ACORDO COM PROGRESSÃO DE JOHN GREEN ... 10 FIGURA 4: LETRAS DO ALFABETO ROMANO REPRESENTADAS NO SISTEMA BRAILE ... 11 FIGURA 5: EXEMPLO DE UM QR CODE ... 15 FIGURA 6: PREVISÃO DE CRESCIMENTO DA INDÚSTRIA DE IMPRESSORA 3D: 2012 À 2020 ... 17 FIGURA 7: GRAFICO COMPARATIVO DE CUSTO POR UNIDADE X QUANTIDADE FABRICADA DA IMPRESSÃO 3D E DA FABRICAÇÃO TRADICIONAL. ... 19 FIGURA 8: ESQUEMA DO PROCESSO DE IMPRESSÃO DE UMA MÁQUINA SLA ... 20 FIGURA 9: (A) ESTRUTURA DE UMA MÁQUINA DE FDM REGULAR. (B) ESQUEMA DO PROCESSO DE IMPRESSÃO DE FDM. ... 24 FIGURA 10: PORCENTAGEM DOS TIPOS DE POLÍMEROS UTILIZADOS NO MUNDO E SUAS IDENTIFICAÇÕES ... 27 FIGURA 11: QR CODE MODELO PARA DESENVOLVIMENTO DAS AMOSTRAS ... 33 FIGURA 12: ESBOÇO ARQUIVO SLT. ... 33 FIGURA 13: IMPRESSORA VOID1+ ... 34 FIGURA 14: AMOSTRA 1 FABRICADA EM ABS, DIMENSÕES DE 10X10CM ... 35 FIGURA 15: IMPRESSORA 3D ANYCUBIC PHOTON 5.5 ... 36 FIGURA 16: AMOSTRA 2 FABRICADA EM RESINA FOTOPOLIMÉRICA, DIMENSÕES DE 6X6CM ... 36 FIGURA 17: PINTURA DO CONTRASTE DO QR CODE NA AMOSTRA 2 .... 37
FIGURA 18: MAPA DA ROTA SELECIONADA PARA APLICAÇÃO DOS QR CODES, PRÉDIOS IDENTIFICADOS EM ROXO. ... 40 FIGURA 19: AMOSTRA TESTE EM SLA, COM DIMENSÕES DE 2X2CM ... 42 FIGURA 20: ESFOLADURAS NA PARTE ESCURA DA AMOSTRA 1 ... 42 FIGURA 21: PORCENTAGEM DAS RESPOSTAS DE QUANTAS VEZES OS ENTREVISTADOS SAEM DE CASA SOZINHOS ... 45 FIGURA 22: AVALIAÇÃO EMPÍRICA DAS AMOSTRAS 1 E 2 NO IERC/RN.. 46 FIGURA 23: PORCENTAGEM DE QUAL AMOSTRA APRESENTADA É MAIS CONFORTÁVEL AO TATO ... 47 FIGURA 24: PORCENTAGEM DE PESSOAS QUE ACHAM ÚTIL A FERRAMENTA APRESENTADA ... 48 FIGURA 25: MOCKUP DO TOTEM MODELO PARA INFORMAÇÕES TURÍSTICAS DA PMN ... 49 FIGURA 26: SIMULAÇÃO DA APLICAÇÃO DO TOTEM INFORMATIVO NO PALÁCIO FELIPE CAMARÃO ... 50 FIGURA 27: MOCKUP ILUSTRATIVO DA APLICAÇÃO FUTURA DO QR CODE EM EMBALAGENS ... 52
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Parâmetros comerciais AnyCubic UV sensitive resin ... 28 Tabela 2:Parâmetros comerciais filamento de ABSplus-P430 ... 29 Tabela 3: Média e o desvio padrão (DP) para micro dureza vickers ... 44
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
3DP – 3D Print
ENEM - Exame Nacional do Ensino Médio FDM - Fused Deposition Modeling
HAAT - Human-Activity Technology Model
ICF - International Classification of Functioning, Disability and Health IERC/RN - Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN INSA - Instituts Nationaux des Sciences Appliquées
ISO - International Organization for Standardization MA – Manufatura Aditiva
NIDDR/USA - National Institute on Disability and Rehabilitation Research OMS – Organização Mundial de Saúde
PMN – Prefeitura Municipal do Natal SLA - Stereolithography Apparatus TA – Tecnologia Assistiva
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 1 1.1. Apresentação ... 1 1.2. Objetivos ... 5 1.2.1. Objetivo Geral ... 5 1.2.2. Objetivos Específicos ... 5 1.3. Justificativa ... 6
1.4. Estrutura de apresentação do trabalho ... 8
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 9
2.1. Deficiência Visual ... 9
2.2. Tecnologia Assistiva (TA) ... 12
2.2.1. TA para deficientes visuais ... 13
2.3. Código de Resposta Rápida - QR Code ... 14
2.4. Manufatura Aditiva ... 16
2.4.1. Stereolithography Apparatus (SLA) ... 20
2.4.2. Fused Deposition Modeling (FDM) ... 23
2.5. Materiais ... 26
2.5.1. Resina SLA ... 27
2.5.2. Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) ... 28
2.6. Instituições Parceiras ... 29
2.6.1. Void 3D ... 30
2.6.2. Prefeitura Municipal do Natal ... 30
2.6.3. Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN – IERC/RN ... 31
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 31
3.1. Desenvolvimento das Amostras ... 32
3.1.1. Amostra 1 ... 34 3.1.2 Amostra 2 ... 35 3.2. Questionário qualitativo ... 37 3.3. Aplicação Pratica ... 38 3.3.1. Contexto ... 38 3.3.2. Ação Desenvolvida ... 39 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 41
4.1. Amostras Avaliadas ... 41
4.1.1. Fabricação ... 41
4.1.2. Materiais ... 43
4.2. Questionário Qualitativo ... 45
4.3. Aplicação Prática: Turismo Inteligente ... 48
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 50
5.1. Sugestões para trabalhos futuros ... 51
6. CONCLUSÃO ... 52
REFERÊNCIAS ... 54
1
1. INTRODUÇÃO
O primeiro capítulo visa introduzir ao tema abordado ao explorar as características relevantes sobre o deficiente visual, destacando as suas dificuldades, contextualizando o objetivo traçado para esta pesquisa.
É discutido também, ao longo deste capitulo, a importância deste estudo, expondo sua relevância no contexto acadêmico, econômico e social.
1.1. Apresentação
Historicamente observa-se que a sociedade mundial denota discriminação perante pessoas que apresentam algum tipo de deficiência. E apesar do crescimento no pensamento humano para assegurar e promover a inclusão social e a cidadania para todos, garantido legalmente, no Brasil, pela
LEI Nº 13.146, de 2015, ainda é constatado uma carência na integração destas
pessoas em atividades cotidianas.
Os deficientes visuais, aqueles que apresentam perda total ou parcial da visão, considerado o mais dominante dos nossos cinco sentidos (MARTÍN et al., 2003), caracteriza uma parcela da população maior do que os deficientes com limitações físicas imobilizantes totais.
Dados fornecidos pela Organização Mundial de Saúde (OMS) em 2019 apresenta a existência de pouco mais que 1 bilhão de pessoas que apresentam deficiência físicas imobilizantes totais, característica de indivíduos com limitações totais de algum membro, que pode incluir cegueira. No entanto é identificado 2.2 bilhões de pessoas clinicamente diagnosticada com deficiência visual, que inclui também pessoas com baixa visão, cegueira unilateral, entre outros, representando 28,6% da população mundial.
2 Na figura 1, o gráfico apresentado permite entender a realidade explanada, mostrando a distribuição da população mundial em relação à deficiência (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2019).
FIGURA 1: DISTRIBUIÇÃO DA POPULAÇÃO MUNDIAL EM RELAÇÃO À DEFICIÊNCIA
Fonte: OMS (2019)
Manduchi e Kurniawan (2013) explanam que um agravante na situação que envolve esta parcela da população é que muitas das informações recebidas por nosso cérebro são fornecidas pela visão. Desta forma, os cegos se encontram diariamente em situações das quais a capacidade de reunir informações proveniente do ambiente é limitada (MARTÍN et al., 2003), dificultando atividades cotidianas como: locomoção, compras, assistir televisão, leitura, entre outros.
No entanto, as imagens formadas na mente humana não dependem totalmente dos inputs da nossa visão, explicando a não ocorrência da total paralisia na realização de atividades pelo cego. No caso desta deficiência, a dificuldade ao acesso de dados que gerem comunicação com nosso cérebro é
3 reduzida com o aumento da sensibilidade de outros sentidos (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013).
A leitura de materiais escritos e gráficos, todavia, ainda encabeça a lista das principais áreas a serem desenvolvidas para promoção da acessibilidade (BRABYN, 2006).
O sistema braile, metodologia que utiliza pontos em relevo manufaturado através de prensas, é apresentado atualmente como solução para a dificuldade citada (DOS SANTOS; OLIVEIRA, 2018). Este método foi responsável por um grande avanço na inclusão do deficiente visual, mas enfrenta dificuldades na sua acessibilidade.
Os obstáculos apresentados para o uso do Braille incluem: a maior parte da população deficiente não é alfabetizada no sistema; é necessário uma alta sensibilidade tátil; uma rigorosa manutenção no papel, para que não seja perdido a marcação em relevo e por fim apenas cerca de 5% das obras literárias no mundo são transcritas para essa linguagem (TOKARNIA, 2019; DA SILVA; CAMARGO, 2017).
Nesta perspectiva, o crescente avanço da tecnologia tem permitido o desenvolvimento de ferramentas assistivas que colaboram para que os deficientes visuais possam ter uma vida mais independente (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013). Os dispositivos móveis inteligentes, por exemplo, possuem recursos agregados aos sistemas iOs1 e Android2 que adaptam qualquer dispositivo aos usuários cegos. As funções VoiceOver e TalkBack, que utiliza o comando de voz e áudio para se comunicar com o usuário através do toque na tela touchscreen, podem ser habilitadas no menu configurações do celular gratuitamente (FOGAÇA, 2016).
Esses progressos em relação a acessibilidade dos smartphones permite uma maior oferta em aplicações que promovem facilidade para o dia a dia do cego. E apesar de alguns desses aplicativos serem pagos, a diversidade
1 Sistema operacional Mobile desenvolvido pela Apple 2 Sistema operacional Mobile desenvolvido pelo Google
4 de opções e o custo benefício para adquirir este aplicativos são compensatórios (WONG; TAN, 2012).
O código de resposta rápida ou o quick response code (QR Code), é uma ferramenta extremamente popular na sociedade contemporânea por possibilitar a conexão entre o mundo físico e o mundo eletrônico (RAMSDEN, 2008). A codificação consegue armazenar informações com milhares de bytes e pela sua facilidade de uso, realizando a interação através da câmera de qualquer
device móvel, demonstrando utilidade nas mais diversas circunstâncias
cotidianas (SO, 2011).
Na figura 2 é apresentado uma ilustração do funcionamento da interação entre o QR Code e o aparelho mobile.
FIGURA 2: INTERAÇÃO ENTRE O QR CODE E O APARELHO MOBILE.
FONTE: Adaptada de Millennium bcp (2019)
O QR code é definido como um código de barra configurado em duas dimensões (2D), que suporta de textos à arquivos multimídias, impressos em superfícies planas. O que torna esta tecnologia muito favorável para comunidade cega, exibindo baixo custo de produção enquanto colabora para o acesso à informação, especialmente escrita, e a identificação de objetos (AL-KHALIFA, 2008).
Baker et al. (2014) explanam o desafio da leitura do QR Code para cegos desenvolvendo o seu próprio aplicativo de leitura do código para
5 deficientes visuais, que funciona ao identificar a digital do usuário junto a imagem do impressa do código.
Apesar disso, é identificada grande dificuldade ainda no reconhecimento do código 2D por deficientes visuais em impressões ou embalagens sem adaptação em relevo (BAKER ET AL. 2014). Com o advento da indústria 4.0 e o desenvolvimento acelerado de novos materiais é identificado a manufatura aditiva como elemento que possa auxiliar este obstáculo (ARAUJO; SANTOS, 2015).
Desta maneira, utilizando de todos os conhecimentos adquiridos ao longo do curso para o desenvolvimento desta solução, este trabalho propõe-se responder ao seguinte problema: Como a impressão em relevo para QR Code pode promover a acessibilidade para o deficiente visual?
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo Geral
Avaliar metodologias de manufatura aditiva, e seus materiais, para aplicação na sinalização em relevo da impressão de código de barra em duas dimensões, QR Code, para promover a acessibilidade de informações a deficiente visuais.
1.2.2. Objetivos Específicos
Apresentar código 2D, QR Code, com sinalizador em relevo feito com 2 tecnologias de manufatura aditiva diferentes para o uso do deficiente visual;
Analisar diferentes métodos e materiais para manufatura da impressão do QR Code em relevo;
Implementar o dispositivo em um equipamento turístico da cidade do Natal;
6
Apresentar proposta de aplicação do sinalizador relevo para embalagens comerciais.
1.3. Justificativa
A Conferência do Estado da Arte para o futuro de pessoas com baixa visão ou cegueira em 2006, organizado pela National Institute on Disability and
Rehabilitation Research (NIDDR/USA), apresenta que as tecnologias
desenvolvidas para deficientes visuais devem buscam soluções que atendam principalmente aos seguintes campos de problemas: Acesso à informação escrita e gráfica; locomoção independente de pedestres; atividades da vida diária; localizar e identificar pessoas e objetos.
Em resposta a essas questões é encontrado inúmeras tecnologias assistivas. Como exemplo o produto OrCam MyEye desenvolvido em 2015 pela empresa OrCam, este é um dispositivo anexo a uma haste de óculos regular que lê texto, reconhece rostos, identifica produtos e responde intuitivamente a gestos simples da mão, encontrado no mercado brasileiro a oito mil e novecentos reais.
O desenvolvimento de veículos autônomos, popularizado pela gigante Google, e a disseminação de algumas marcas que identificam suas etiquetas com o sistema braile são também tecnologias assistivas disponíveis.
A expressividade desta perspectiva é apresenta em muitas discussões avançadas para promoção da acessibilidade, no entanto, a literatura mostra poucas opções de métodos alternativos ao braile ou que atenda ao orçamento da população das classes B, C e D (BAKER et al. 2014).
Amaro et al. (2008) analisam sob o ponto de vista econômico o consumidor deficiente visual, explanando que empresas com excelentes níveis de desempenho tendem a seguir recomendações druckerianas3 apresentando-se eficientes, eficazes e efetivas de uma forma que possam contribuir através de
3 Propostas apresentadas por Peter Ducker, pai da administração moderna, para obter-se uma gestão de excelência. (RODRIGUES; CARDOSO, 2006)
7 seus produtos e serviços para uma sociedade melhor. Para atingir este objetivo, a inclusão precisa ser pautada como tópico essencial nos desenvolvimentos de negócios.
Contudo, o mercado mesmo com a crescente relevância do consumidor deficiente visual, oferece poucas estratégias para atração deste público. Pesquisas demonstram que o consumidor cego enfrenta alto nível de estresse na realização de atividades como compras, atendimento ao banco e visitas turísticas (BALABANIS et al., 2012). E este transtorno pode, também, ser atrelado a falta de informações adequadas a esta comunidade (RAMOS, 2015). Suprindo a necessidade explanada, a autora propõe o desenvolvimento de um QR Code impresso em relevo para auxilio do deficiente visual ao acesso à informação escrita. O código irá conter as informações transcritas em áudio, e é lido através de um aplicativo de leitura de QR Code disponíveis para
smartphone ou em aparelho de leitor de código de barras.
A decisão por imprimir todo o código com elemento tátil é fundamentada por Tokarnia (2019) que comenta a dificuldade sofrida pela comunidade, especialmente os cegos com baixa sensibilidade no tato, ao lidar com relevo em pequena área de contato.
Partindo do cenário apresentado, esta monografia pode ser justificada no nível acadêmico por trabalhar a temática de acessibilidade em uma maneira distinta a encontrada na literatura e se enquadrar na resolução dos problemas descritos pelo estado da Estado da Arte para o futuro de pessoas com baixa visão ou cegueira (BRABYN,2006).
Na concepção econômica, visando apresentar uma maneira inovadora para que o mercado possa absorver de uma melhor maneira o público deficiente visual. E reforçando a sua importância no âmbito social, ao apresentar uma pesquisa que promove a inclusão dos indivíduos.
Para a autora, o trabalho propõe reunir todo o aprendizado curricular e extracurricular adquirido nos anos estudados do Curso de Engenharia de Materiais, somado a sua experiência de quatro anos como leitora de prova para
8 deficientes visuais no ENEM e as habilidades adquiridas referentes a desenvolvimento de projetos em impressora 3D no seu ano de graduação sanduiche no INSA de Strasbourg.
1.4. Estrutura de apresentação do trabalho
Com a finalidade de uma melhor explanação do assunto abordado para que os objetivos apresentados sejam concretizados, esse trabalho será dividido em seis capítulos. O primeiro capítulo, introduz o tema estudado, apresentando e contextualizando a temática e a justificativa para o assunto abordado, expondo seus desafios, proporcionando o entendimento dos objetivos proposto.
O segundo capítulo trata da fundamentação teórica, esclarecendo conceitos fundamentais que envolvem o desenvolvimento da ferramenta QR Code, como também expondo e entendendo o público alvo a que se destina o objetivo proposto: os deficientes visuais. No mesmo item serão introduzidos os dois métodos de manufatura utilizados para o desenvolvimento da ferramenta em alto relevo. As informações adquiridas neste capítulo fundamentam as discursões acerca dos resultados da pesquisa.
O terceiro capítulo apresenta a metodologia de pesquisa, informando quanto aos tipos de abordagens realizadas durante o desenvolvimento deste trabalho, classificando-o quanto a sua natureza, procedimentos técnicos, objetivos e tipo de abordagem.
O capítulo quatro trata da análise dos resultados gerados pela metodologia utilizada, incluindo os resultados do estudo de campo realizado no Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN, apresentado como parte da metodologia de pesquisa. O mesmo capitulo irá explanar, em parceria com a Prefeitura Municipal do Natal, a aplicação da peça fabricada em ABS em um equipamento turístico da cidade, analisando os motivos da escolha a ação desenvolvida.
9 O quinto capitulo apresenta as considerações finais à pesquisa, incluindo sugestões de melhoria e propostas para trabalhos futuros. Apresentando conclusão do trabalho no sexto capitulo.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Para nortear esta pesquisa, este capítulo irá fazer a explanação dos conceitos fundamentais para o desenvolvimento do nosso objetivo.
2.1. Deficiência Visual
A visão é ilustrada como um dos principais sentidos do ser humano. A nossa sociedade, quando observada antropologicamente, é orientada pela habilidade humana de fornecer informações visuais para o cérebro (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013). Em meia hora do dia a dia é possível observar diversas atividades que englobam símbolos identificados somente pelo olhar.
Para Organização Mundial de Saúde a deficiência visual é reconhecida quando uma circunstância óptica afeta o sistema visual, lesando uma ou mais de suas funções de visão (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2019). Neste contexto, o International Council of Ophthalmology apresentado duas classificações distintas: aqueles que possuem baixa visão e os que apresentam cegueira.
Na figura 3 é possível verificar uma modelagem ilustrativa de alguns dos diferentes níveis na perda da visão, classificada por uma progressão algorítmica desenvolvida pelo John Green em 1868, divulgado amplamente pelo Instituto Nacional de Olhos Americano (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013).
É interessante destacar que pessoas encontradas com apenas um olho funcional, os que possuem deficiências corrigidas por lentes e o grupo com problemas na identificação de cores e sombras também é contemplado por esta definição, considerados indivíduos com baixa visão (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2019).
10 FONTE: Adaptada de Manduchi; Kurniawan (2013)
Grande parte da comunidade descrita apresenta incapacidade, limitações e ou restrições na realização de atividades regulares do dia-a-dia. De acordo com a International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) esta dificuldade, junto a marginalização social, não é resultado apenas da deficiência ocular, ela é determinada também pelo ambiente físico e social que enquadra a realidade do deficiente (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2019).
Uma alternativa para o envio de dados ao cérebro do deficiente visual, reduzindo as dificuldades diárias, é a utilização dos outros sentidos humanos, especialmente o tato e o olfato (MANDUCHI; KURNIAWAN,
FIGURA 3: NÍVEIS DA PERDA DE VISÃO DE ACORDO COM PROGRESSÃO DE JOHN GREEN
11 2013). Damascena (2013) explana a importância desses sentidos para que haja interação do cego com o ambiente, destacando a maneira como o contato da pele consegue fazer decodificação de textos, números e símbolos.
No Brasil a lei LEI Nº 13.146, de 6 de julho de 2015 garante criação de ambientes menos nocivos ao deficiente, desenvolvendo-se uma série de medidas para promoção da acessibilidade. Essa medida, considerada tardia, colaborou para dependência da comunidade, em particular quando relacionada ao acesso à espaços públicos (RAMOS, 2015).
Ainda que estes avanços sejam bastante relevantes para a sociedade, a diversidade de estudos e políticas públicas referentes aos deficientes visuais ante à informes gráficos é bem reduzida. A literatura pouco discute, também, o comportamento do consumidor cego perante as informações de consumo. Estas barreiras, sustentadas principalmente pela indústria publicitária, inibem a autonomia do consumo aos deficientes (RINALDO, 2012).
O Braille, elaborado no século XIX pelo francês Louis Braille, é uma alternativa popular para o acesso a informações escritas (SCHNEIDER et al., 2017). O sistema utiliza pontos em relevo, dispostos em colunas distintas compondo 64 diferentes configurações conforme o exemplo da figura 4 (DAMASCENA, 2013).
FIGURA 4: LETRAS DO ALFABETO ROMANO REPRESENTADAS NO SISTEMA BRAILE
FONTE: ZEDNIK et al. (2013)
Apesar de ser um método aplicado internacionalmente, e ter solidificado sua importância como recurso de decodificação de símbolos impressos, (DOS SANTOS; OLIVEIRA, 2018), Cook e Polgar (2013) enumera
12 desvantagens na impressão e utilização do braille. É destacado nesta lista a fragilidade no relevo realizado na manufatura das informações em papel, que com o tempo perde a sua principal característica, dificultando a leitura. Outro item, extremamente relevante, é o fato de que menos de 10% da população com deficiência visual é alfabetizado neste recurso, fator motivado pelo alto índice de pessoas que se tornam cegas depois dos 65 anos somado as pessoas que possuem disfunção devido a diabetes, que reduz a sensibilidade do tato.
O progresso da tecnologia, no entanto, proporciona inúmeras possibilidades de avanço, além do braille, para que o deficiente visual tenha uma vida produtiva e ativa (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013).
2.2. Tecnologia Assistiva (TA)
A infraestrutura social ainda não está preparada para atender as necessidades do deficiente. No entanto, o crescimento da tecnologia eletrônica somada às políticas públicas voltadas para acessibilidade e inclusão possibilitou o advento da Tecnologia Assistiva. Este termo é usado para caracterizar os dispositivos, equipamentos e sistemas que superem as dificuldades existentes que impedem a participação completa e igualitária do deficiente em todos os aspectos da sociedade, garantindo uma maior qualidade de vida para estes indivíduos (HERSH; JOHNSON, 2010).
Olson e DeRuyter (2002) fazem a diferenciação deste público alvo em dois grandes grupos: Os tecnófilos, aqueles que apresentam adesão patológica a inovações tecnológicas, e tecnófobos, que rejeitam estas inovações. Esses grupos normalmente se caracterizam pela sua faixa etária e sexo, os tecnófobos, por exemplo, são caracterizados por homens acima dos 50 anos.
Um dos maiores campos de pesquisas abordados na literatura voltada para tecnologia assistiva é o desenvolvimento de modelos teóricos para o melhor seleção e aplicação dos recursos (ALVESA ; MATSUKURA, 2019). Um modelo
13 que possui destaque e aceitabilidade é o Human-Activity Technology Model (HAAT), discutido por Cook e Polgar (2013), que aborda a TA através de alguns componentes. Devem ser avaliados, de acordo com o HAAT, o contexto que o indivíduo se encontra, a atividade que ela irá exercer e quem está exercendo essa atividade. O ideal é que essa lógica seja empregada para realização da engenharia reversa na construção da tecnologia. Enfatizando uma especial preocupação no ser humano que manuseará o instrumento (HERSH; JOHNSON, 2010). As indústrias de TA devem cumprir as regras estabelecidas pela ISO 9999:2002(E).
No geral, novas políticas vêm sendo propostas para fomentar mais inovações nesta área, assegurando que exista total acesso a estes produtos por parte dos deficientes. A meta atual, portanto, desta indústria é fazer com que a qualidade e opções de produtos acessíveis aumente e o preço diminua (CAHILL et al., 2003).
2.2.1.TA para deficientes visuais
Devido aos desafios encontrados por pessoas com deficiências visuais para manter sua qualidade de vida diária, adicionado à grande porcentagem da população que apresenta essa debilidade, formam uma combinação que proporciona um maior crescimento referente ao desenvolvimento de inovações para este público, quando comparado às demais deficiências (HERSH; JOHNSON, 2010).
O acesso à informação é apontado como destaque na lista de necessidades das pessoas desta comunidade. A literatura mostra que as soluções para este problema apresentadas pela indústria de tecnologias acessíveis abrangem o desenvolvimento de métodos utilizando os sentidos táctil e auditivo (MANDUCHI; KURNIAWAN, 2013).
A evolução da ciência da computação, destacando a Tecnologia da Informação (TI), é apontada como uma das principais ferramentas para que a TA
14 seja apresentada de forma universal e com um custo mais acessível. Os dispositivos móveis inteligentes, por exemplo, que inicialmente não eram considerados amigáveis a usuários cegos, se tornaram objetos de assistência portáteis, leves, de ampla distribuição à população em geral, exibindo um excelente custo-benefício (HAKOBYAN; O’SULLIVAN, 2013).
Hakobyan e O’Sullivan (2013) exploram sistemas que reconhecem gestos, a ferramenta texto para fala e o touchscreen vibrotátil, ferramentas que exploram o uso de sentidos diferentes da visão, são apresentados como destaque ao abrirem caminho para criação de métodos para as mais diversas interações.
Os sistemas operacionais mais populares destes aparelhos, iOs e
Android, já apresentam em suas configurações de fábrica recursos para
adaptação do instrumento ao público deficiente visual. O smartphone se destaca, desta forma, como a mais utilizada dentre as variedades de tecnologias assistivas apresentada aos deficientes visuais (MORRIS; MUELLER, 2014).
2.3. Código de Resposta Rápida - QR Code
O código de barras é uma ferramenta de comum utilização que proporciona um método de coleta de dados rápido, fácil, preciso e automático através de um processo de varredura óptico. Destacando, especialmente sua importância para o rastreamento e manutenção de produtos, utilizado em massa pelo varejo. A eficácia deste sistema tradicional, desenvolvido em uma dimensão, é afetada, no entanto, pelo pouco e restrito espaço no armazenamento de dados (LIU et al., 2008; SOARES, 2001).
Pensando nisso, em 1994, a japonesa Denso desenvolveu um código de barras bidimensional representado por uma matriz quadrada que apresenta padrões únicos, exemplificado na figura 5, e que suporta uma imensa quantidade de informações (SOON, 2008).
15 FIGURA 5: EXEMPLO DE UM QR CODE
FONTE: (SO/IEC 18004 (2000)
Segundo a ISO/IEC 18004:2000(E), norma internacional que especifica os requisitos para criação, aplicação e utilização da simbologia, existem até 40 tipos de versões para QR code, 4 funcionalidade de correção de erro e podem decodificar até 7089 caracteres numéricos, 4296 símbolos alfabéticos, 2953 caracteres binários e 1817 de símbolos Kanji/Mandarim.
A alta densidade de armazenamento de dados, a capacidade de ler símbolos Kanji, a fácil leitura através de dispositivos simples, como a câmera de um smartphone, a liberação gratuita da patente e sua alta segurança listam algumas das vantagens apresentadas pelo QR Code. Contudo, seu maior diferencial é que mesmo contendo grandes quantidades de informações a simbologia é lida de uma maneira rápida e eficiente (SOON, 2008).
As características deste código abrangem inúmeras possibilidades de uso. O emprego mais popular do QR conecta o código a ambientes eletrônicos que proporciona informações mais densas sobre algo, especialmente em embalagens comerciais e ações de marketing. O estado da arte voltada para o desenvolvimento do símbolo mostra que há um estudo ativo e entusiasmado para as diversas aplicações do QR code no cotidiano (SO, 2011).
16
2.4. Manufatura Aditiva
O desenvolvimento contínuo de novas tecnologias, materiais e serviços tem transformado o mercado e celebrado um consumidor mais exigente, que busca por um produto de qualidade a um preço baixo. A indústria, neste cenário, se apresenta com sistemas e máquinas extremamente sofisticadas e com um alto nível de eficiência. Essa nova era, batizada de indústria 4.0, vem se transformando através da exploração da digitalização mundial (HAJRIZI, 2016). Um grande protagonista desta revolução industrial é a manufatura aditiva (MA). Esse processo é identificado como um método capaz de traduzir dados virtuais em modelo físico de uma maneira rápida (HOFMANN, 2014). Ele contrapõe os métodos de fabricação de subtração ou conformação ao criar produtos por meio da realização de deposição sucessiva de materiais, o que proporciona à indústria uma maior flexibilidade em desenvolvimento de novos designs, uma considerável diminuição de energia, uma maior gestão de recursos na produção e, principalmente, reduzindo os resíduos produzidos pelo produto final (DUDA; RAGHAVAN, 2016).
Coloquialmente, a manufatura aditiva é chamada de impressão 3D (3DP), termo disseminado pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). A literatura apresenta estudos desta tecnologia desde meados do século XXI, (MONTEIRO, 2015) mas vem chamando atenção apenas na última década, especialmente pelas grandes opções de máquinas a baixo custo, potencializando o crescimento do uso doméstico.
Esta popularização é devida, em partes, ao vencimento das patentes de grandes companhias que proporcionou ao pesquisador base para inovação da tecnologia, desenvolvendo um grande mercado em empresas chamadas start-ups (STANSBURY; IDACAVAG, 2016). Este crescimento é observado pela expectativa de aumento de até 300% da indústria de impressoras 3D entre os anos de 2012 e 2020, como evidenciado pelo gráfico ilustrado na figura 6.
17 (GRYNOL, 2013)
FONTE: Adaptada de Grynol (2013)
A ASTM F2792-12 normatiza a Manufatura Aditiva apresentando os seguintes termos de denominação dos processos existentes: Extrusão de material, Jato de material, Jato colante, Laminação em folhas, Polimerização em tanque, Fusão em cama de pó e Deposição por energia dirigida (FAHAD et al., 2012). Esta listagem é um resumo que caracteriza um universo amplo de diversas técnicas existentes determinadas conforme o meio proporcionado para a transformação e o estado bruto que a matéria prima se encontra (MONTEIRO, 2015).
Fundamentado nesta norma, Takagaki (2012) explana em seu artigo os métodos que implementam os inúmeros dispositivos de impressão 3D existentes. Enfatizando a Stereolithography Apparatus, pioneira em aparelhos de 3DP, e a Fused Deposition Modeling, impressora mais disseminada no mercado.
A principal matéria prima utilizada por este tipo de manufatura é o polímero, apresentado na sua forma líquida, sólida e em pó. A escolha é feita por seu preço e facilidade de modelagem, entretanto outros materiais, metais e cerâmicas, são utilizados para desenvolvimento de produtos por meio da MA,
18 com técnicas específicas para cada material (MONTEIRO, 2015; DUDA; RAGHAVAN, 2016).
Genericamente as técnicas de manufatura aditiva seguem passos semelhantes para seu processo geral de impressão, eles se resumem em conceituação e desenvolvimento do projeto via software online, seguido por uma conversão para arquivos de fabricação aditiva (STL, AMF), transferência para a máquina MA onde os arquivos serão manipulados. Após esses passos o produto é construído, há a remoção e limpeza e um pós processamento caso necessário, para a obtenção do objeto final (TANZI; FARÈ; CANDIANI, 2019).
A aplicabilidade dessas peças resultantes é vasta, abrangendo inúmeras indústrias, que incluem as automotivas, aeroespaciais, médica (TAKAGAKI, 2012). Esta gama de aplicações é atribuída ao desenvolvimento de táticas que unem as peças da MA à moldagem em borracha de silicone, técnicas de polimentos, união de diferentes materiais, entre outros, que diversificam as características apresentadas pelo produto (TANZI; FARÈ; CANDIANI, 2019). Nos EUA e na Alemanha, em 2018, 75% das peças de uso final foram fabricadas via impressora 3D (BOURNIAS-VAROTSIS et al., 2019).
Acredita-se que o maior impacto da tecnologia de MA para a indústria, no entanto, é a simplificação do processo de produção, especialmente na sua concepção inicial, e a exposição de um panorama que facilita a antecipação de falhas, o que promove vantagem para reparos sem grandes interferências econômicas para a execução da manufatura (MONTEIRO, 2015).
Em seu e-book, Grynol (2013) retrata ainda como vantagem a possibilidade de produzir um baixo número de objetos a um baixo custo pela 3DP quando comparado com a manufatura tradicional, que requer um grande volume de produção para que seus custos baixem, como representado no gráfico ilustrado pela figura 7.
19 FIGURA 7: GRAFICO COMPARATIVO DE CUSTO POR UNIDADE X QUANTIDADE
FABRICADA DA IMPRESSÃO 3D E DA FABRICAÇÃO TRADICIONAL.
FONTE: Adaptada de Grynol (2013)
Esta situação apresenta um grande obstáculo para MA, já que depois dos produtos desenvolvidos, a economia por escala na produção de grandes quantidades de produtos na manufatura tradicional consegue ser mais barata. Fator que permite que a manufatura tradicional se mantenha com grande relevância no cenário econômico mundial.
Além da otimização necessária para que a Manufatura Aditiva possa melhorar sua entrega para grandes escalas de produto, a literatura aponta a necessidade do aumento da velocidade na manufatura em larga escala e a limitação das dimensões das peças fabricadas pelas impressoras 3D como alguns desafios a serem superados para a melhora da tecnologia (GRYNOL, 2013; TAKAGAKI, 2012).
Estas problemáticas ilustram as perspectivas de estudos para manufatura aditiva para os anos seguintes. A previsão é que a partir de 2019, as impressoras 3D se tornem ainda mais fáceis de ser acessadas e com uma distribuição maior ao redor do globo, o que aumenta a produção de pesquisa e desenvolvimento para o setor, principalmente voltados para aplicações disruptivas4 (BOURNIAS-VAROTSIS et al., 2019).
20 FIGURA 8: ESQUEMA DO PROCESSO DE IMPRESSÃO DE UMA MÁQUINA SLA
2.4.1. Stereolithography Apparatus (SLA)
Das técnicas existentes que compõem a Manufatura Aditiva, a Stereolithography Apparatus (SLA), ou aparelho de estereolitografia, foi a primeira tecnologia de impressão 3D a ser apresentada ao mundo, tendo seu sistema em desenvolvimento e aprimorado desde da década de 1930 com seu debut oficial para comercialização no ano de 1987, pela empresa 3D Systems, e mantendo-se até hoje como uma das mais importantes tecnologias MA disponível (LIPSON; KURMAN, 2013).
A SLA é classificada como um processo de polimerização em tanque, em que o polímero fotossensível utilizado como matéria prima é disposto em um tanque sofrendo o processo de cura localizada através de feixes de luz ultravioleta (UV), respeitando o modelo 3D definido digitalmente (HOFMANN, 2014). Na figura 8 é apresentada a esquematização básica do funcionamento de um aparelho de estereolitografia.
FONTE: 3DHUB (2018)
Nesta técnica, é identificada a polimerização da matéria prima como protagonista para obtenção do produto desejado, influenciando diretamente no seu acabamento e potenciais propriedades. Este processo irá configurar a
21 transformação de um oligômero em estado líquido viscoso, com massa molar menor que 10000, em um polímero termorrígido através da exposição da luz, que age como catalisador. Esta metodologia é caracterizada como cura do material, que será influenciada pela composição da resina e a temperatura e intensidade da luz UV (BÁRTOLO, 2011; CANEVAROLO, 2002).
É importante destacar que problemas na polimerização eventuais podem causar consequências na peça final, como deformação do polímero durante o relaxamento, evaporação e difusão de moléculas com baixo peso molecular e encolhimento da dimensão na pós cura.
Neste cenário, para que ocorra a absorção da luz sem maiores problemas, o polímero precisa apresentar duas condições essenciais. Primeiramente a energia E do fóton do polímero, calculada de acordo com a equação 1, deve ser pelo menos igual à variação de energia (ΔE) entre o estado estável e o excitado. A outra condição é que precisa ter interação específica entre o componente elétrico que irá incidir a radiação e a molécula disponível, que vai resultar na mudança do momento dipolar de ligação durante a transição.
EQUAÇÃO 1 - ENERGIA (E) DO FÓTON
E = hv
Onde: E = Energia do Fóton
h = Constante de Plank (6.62 x 10^-34 Js)
v = frequência da radiação
Esses parâmetros adicionados a outras características são essenciais para que o melhor material seja escolhido para o processo. Usualmente, as resinas utilizadas são as que possuem radicais livres fixados em monômeros de acrilato e metacrilato. Eles apresentam estrutura de rápida e fácil modificação, permitindo a obtenção de materiais com várias propriedades relevantes.
As Resinas epóxi e o Vinil, também são utilizadas e aos poucos vem se destacando na indústria por apresentarem melhores propriedades mecânicas,
22 apesar de serem menos reativas. A literatura mostra como tendência a criação de sistemas híbridos, apresentando o desenvolvimento de compósitos de acrílico, epóxi e vinil para otimização do produto final (BÁRTOLO, 2011).
Por fim, o polímero é submeto a luz UV utilizada no SLA. Ela é proveniente de um feixe que é regulado para escanear a superfície referente a seção transversal da peça que corresponde à cada camada sequencial da peça através de espelho guiado por um computador. A primeira camada do objeto é conectada a um elevador, configurada como uma plataforma, que foi adicionada para suporte da resina utilizada. Esta plataforma é a responsável pela realização de deposição sucessiva, e da espessura das camadas que formam o produto final (TANZI; FARÈ; CANDIANI, 2019).
A altura que o lazer é configurada para penetrar a resina e do seu tamanho influenciará na estabilidade e nivelamento da superfície obtida. E uma vez que o modelo final é atingido, ele passa pela remoção do excesso da resina, lavagem com água e purificação com álcool etílico, para que a peça possa ser removida do suporte e esteja apta para o manuseio (BÁRTOLO, 2011).
A técnica de SLA é considerada a que possui o melhor acabamento e precisão dimensional. Entretanto essas características de qualidade dependem de fatores como a máquina utilizada e a manipulação do processo apresentado (TANZI; FARÈ; CANDIANI, 2019; SALONITIS, 2014).
O custo para fabricar peças em Stereolithography é considerado mediano, já que leva em conta além do valor da resina, o custo da produção, despesas de circulação, impostos e lucro. Nesta circunstância o custo de produção representa 75% do valor da peça, e ela é determinada por inúmeros fatores, entre eles a altura da peça fabricada, a complexidade da geometria, o volume da peça a precisão dimensional necessária, o tempo de construção do produto e as atividades de pós-processamento necessárias.
A aplicação das peças desenvolvidas por esta técnica irá depender do material usado como resina. Mas há um grande destaque na literatura para o
23 uso da SLA na fabricação de bens de consumo, ferramentas e no campo da joalheria (SALONITIS, 2014).
2.4.2. Fused Deposition Modeling (FDM)
Criado e patenteado pelo americano Scott Crump para a sua empresa
Stratasys Company no início da década de noventa, a técnica de Fused
Deposition Modeling (FDM), ou fabricação de filamentos fundidos, se tornou a mais utilizada na indústria, na família da manufatura aditiva, para o desenvolvimento de protótipos funcionais e produção de baixo volume (MASOOD, 2014).
A FDM é a tecnologia mais lembrada quando se relaciona ao processo de impressão 3D, e ela possui algumas características essenciais que potencializa esse retrato e aumenta ainda mais seu uso. Ser um processo de extrema confiabilidade, necessitar um pequeno investimento inicial e a atualização de materiais de baixo-custo são vantagens que destaca a FDM das demais técnicas de MA. Somado a isto, a peça resultante apresenta um baixo desperdício de resíduos finais, facilidade operacional e sua composição pode ser feita facilmente com diferentes materiais e cores aplicados a um mesmo objeto ou camada (CARNEIRO et al., 2015).
É interessante citar que adicionados a esses atributos, o fato da patente administrada pela Stratasys condizente a máquina de FDM ter expirado recentemente, possibilitou o surgimento de inúmeras versões portáteis e de baixo custo da impressora, fomentando o surgimento de micro-pequenas empresas e startups que trabalham com o seguimento e popularizando o uso doméstico (MASOOD, 2014; STANSBURY; IDACAVAG, 2016).
A fabricação de filamentos fundidos utiliza a fusão de materiais na realização de um processo de extrusão para a formação da peça final. A metodologia indica que os filamentos dos materiais venham pré-extrudados para que possam ser carregados na bobina na máquina usada, ligada a uma pistola
24 FIGURA 9: (A) ESTRUTURA DE UMA MÁQUINA DE FDM REGULAR. (B) ESQUEMA DO
PROCESSO DE IMPRESSÃO DE FDM.
de bico fino. Uma vez que o material atinge a temperatura de fundição, uma pressão realizada no bico para que a extrusão seja realizada.
A extrusora é configurada em um sistema de dois eixos que permite a movimentação nas direções x-y da plataforma destinada ao suporte da peça. Esta plataforma realiza movimentação de vertical para que o volume da peça (direção z) seja criado. Dessa forma, o material fundido é extrudado em cordões finos e depositado camada por camada utilizando a localização pré-determinada pelo arquivo digital até o produto final seja criado, obedecendo o passo-a-passo padrão da manufatura aditiva (TANZI; FARÈ; CANDIANI, 2019). Na figura 9(a) e 9(b) é possível visualizar uma esquematização da máquina e do funcionamento básico de um aparelho de FDM.
O Fused Deposition Modeling é considerado um processo relativamente simples, o que proporciona um alto potencial para utilização de diversos materiais na fabricação do produto final (MASOOD, 2014; BOPARAI; SINGH, 2017). Analisando o contexto, portanto, a propriedade mais importante que o material precisa apresentar para o emprego da técnica de FDM é uma baixa temperatura de fusão (CARNEIRO et al., 2015).
(a) (b)
25 Cerâmicas, metais, polímeros e compósitos, que podem incluir inclusive a aplicação de biomateriais para reconstrução de tecidos humanos, estão classificados como materiais de uso padrão e de aplicações específicas. Os materiais apontados como de uso padrão representam os insumos mais utilizados na manufatura das peças FDM, que em sua maioria são polímeros termoplásticos (MASOOD, 2014; BOPARAI; SINGH, 2017).
Esses polímeros precisam apresentar alta tenacidade e resistência ao calor como propriedades mecânicas fundamentais. E serem capazes de apresentar configuração de fabricação em filamento diâmetro de aproximadamente 1,7 mm (MASOOD, 2014). Portanto, os filamentos utilizados na FDM usualmente vão ser identificados como o ABS, ácido poliláctico (PLA), policarbonato (PC), poliamidas (PA), poliestireno (PS), polietileno (PE) e o polipropileno (PP). Materiais estes que apresentam baixo custo e fácil acesso ao mercado, e ao serem processados apresentam altas propriedade para aplicação industrial (BOPARAI; SINGH, 2017).
A máquina de FDM apresenta uma manutenção acessível e de baixo custo, que unido às outras propriedades que geram pouca perda financeira, permite que o custo da peça final seja extremamente baixo quando comparado com as demais técnicas de MA. As empresas que exploram essa tecnologia normalmente cobram por hora do serviço.
Apesar das inúmeras vantagens apresentadas, a fabricação de filamentos fundidos possui algumas limitações, demandando estudos de otimização. O acabamento da superfície das peças produzidas não é tão preciso, por exemplo. Isso acontece, pois o processo de deposição de camadas e a ponta redonda da pistola limitam uma superfície mais regular.
A velocidade na concepção da peça fabricada e o fato de os materiais não possuírem propriedades anisotrópicas, devido a sua construção em diferentes eixos, também são fatores que embargam o uso mais constante desta técnica na indústria (MASOOD, 2014).
26
2.5. Materiais
Das vantagens exibidas no estudo da Manufatura Aditiva, a que mais chama a atenção é o fato que ela é capaz de fabricar estruturas novas e únicas, que normalmente não são alcançáveis por processos regulares. Contudo, o verdadeiro destaque para o avanço desta tecnologia são os materiais, enfatizando sua melhora mecânica (MONDSCHEIN et al., 2017).
Fera et al. (2016) explanam no Estado da Arte na manufatura aditiva o avanço e novas tecnologias de materiais para implementação das diversas técnicas de MA como tópico recorrente da literatura da área. Isso permite que a MA trabalhe com todos os tipos de classe de materiais: metais, polímeros, cerâmicas e compósitos.
No entanto, o material mais utilizado pela tecnologia é o polímero, adotado principalmente devido ao seu baixo custo e fácil manuseio (HOFMANN, 2014; STANSBURY; IDACAVAG, 2016). Apenas em 2018, a demanda por materiais poliméricos com destino a impressão 3D foi cem vezes maior que a demanda de metais. O figura 10 apresenta os tipos de polímeros utilizados, e sua respectiva quantidade em porcentagem (BOURNIAS-VAROTSIS et al., 2019).
A maior porcentagem de PLA e ABS liderando o mercado é reflexo na popularidade das máquinas que o utilizam a técnica FDM, que apresenta esses polímeros como material padrão (BOPARAI; SINGH, 2017).
Para o uso em máquinas SLA, propriedades como viscosidade, usabilidade e tempo de cura são essenciais para a escolha do melhor material (MONDSCHEIN et al., 2017). Usualmente, o processo de estereolitografia usa resinas epóxi ou híbridos de acrilato-epóxi (SALONITIS, 2014).
27 FIGURA 10: PORCENTAGEM DOS TIPOS DE POLÍMEROS
UTILIZADOS NO MUNDO E SUAS IDENTIFICAÇÕES
FONTE: Adaptado de BOURNIAS-VAROTSIS et al. (2019)
2.5.1. Resina SLA
O SLA tem o segundo maior tipo de materiais disponíveis para produção, no entanto, pela peculiaridade do seu processo necessitar de elemento fotopolimerizador, as resinas utilizadas são desenvolvidas especialmente para esse propósito.
Desta forma a resina é escolhida de acordo com a aplicabilidade do produto final, levando em consideração além das propriedades mecânicas, sua formulação química, a viscosidade, temperatura de transição vítrea e a vida útil do produto. As diversas aplicações possíveis são retratadas pelas mais de 40 patentes de formulas de resinas SLA apresentadas no mercado.
Os líderes no desenvolvimento destas patentes para mercado são as empresas 3D Systems e DSM, que patentearam as duas resinas SLA mais conhecidas do mercado: Accura SLA e DSM Somos. Essas empresas oferecem inúmeras fórmulas que simulam propriedades químicas do ABS, do PC, do PP, entre outros (SALONITIS, 2014).
A resina utilizada para o desenvolvimento da peça final de SLA deste projeto é a AnyCubic UV sensitive resin apresentando os parâmetros comerciais
28 descritos na tabela 1. Ela possui propriedades similares às resinas Accura Xtreme White 200 e Somos 912.
TABELA 1: PARÂMETROS COMERCIAIS ANYCUBIC UV SENSITIVE RESIN
FONTE: Adaptado de ANYCUBIC (2019)
2.5.2. Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS)
Como apresentado, o processo de FDM por si precisa apenas que o material apresente ponto de fusão suficiente baixo para ser aquecido na pistola de bico fino e modelado. Desta forma, a escolha desse material é pautada nas propriedades necessárias à aplicação do produto e especialmente no seu custo (BOPARAI; SINGH, 2017).
O seu valor de mercado somado a sua alta resistência ao impacto e boa resistência à corrosão fazem com que a Acrilonitrila Butadieno Estireno, ABS, se sobressaia como principal escolha para a FDM. Outra vantagem agregada é a possibilidade de ajustes superficiais na peça pós-produção sem que eles comprometam as propriedades mecânicas da mesma (MASOOD, 2014).
As impressoras 3D de FMD existentes podem colaborar no desenvolvimento do produto condicionando-os às configurações da máquina, modificando, por exemplo, espessura da camada, orientação, volume do espaço de ar, que transforma as propriedades mecânicas do produto final.
29 Dessa forma, comercialmente o ABS vendido possui características regulares, obedecendo os parâmetros exigidos para que o mesmo seja obtido em formato de filamentos, resultando em redução de custo na produção, trabalhando com um mesmo material para diversas aplicações (SAMYKANO et al., 2019).
Esse trabalho utilizou o filamento de ABSplus-P430 da Stratasys, uma variação mínima do ABS regular com parâmetros técnicos apresentados na tabela 2. A empresa assegura que o material foi desenvolvido idealmente para criação de protótipos, apresentando uma maior resistência à tração, impacto e flexão que o ABS regular.
TABELA 2:PARÂMETROS COMERCIAIS FILAMENTO DE ABSPLUS-P430
FONTE: Adaptado de STRATASYS (2019)
2.6. Instituições Parceiras
Como base para a inovação do século XVIII cada esfera da sociedade, órgãos públicos, privados e universidades, trabalhavam, em sua maior parte, sozinhas, ou no máximo em duplas, o que limitava a abrangência das inúmeras possibilidades e perspectivas para o desenvolvimento humano.
Partindo deste pressuposto, foi desenvolvido o modelo da tríplice hélice que propõe a união dos conhecimentos, poderes e aumento de interações da tríade universidade-indústria-governo, como representantes primários da
30 sociedade, para potencializar o crescimento econômico e o desenvolvimento social por meio da inovação e empreendedorismo (ETZKOWITZ ; ZHOU, 2017). Para que os objetivos deste trabalho fossem alcançados, foi necessário a colaboração de três instituições distintas, fomentando o conceito de tríplice hélice para o desenvolvimento da inovação. São elas: Void 3D, Prefeitura Municipal do Natal e Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN, nas quais serão descritas a seguir.
2.6.1. Void 3D
A empresa potiguar Void3D, desenvolvida por 4 bacharéis em Ciências e Tecnologia da UFRN, foi fundada em 2017 vendendo impressoras 3D portáteis e realizando serviços de impressão utilizando manufatura aditiva, prototipagem e usinagem.
A Void3D possui tecnologia própria e seu diferencial é que tem pequeno consumo de energia, cerca de R$0,25 por hora, e um bom resultado de produção para máquinas a baixo custo. Ela é uma das startups de maior crescimento no estado do Rio Grande do Norte (RN), pertencente ao parque tecnológico da cidade do Natal e incubada pelo Inova Metrópole, incubadora de empresas do Instituto Metrópole Digital (IMD/UFRN) (INOVA METRÓPOLE, 2018).
2.6.2. Prefeitura Municipal do Natal
A Prefeitura Municipal do Natal (PMN) é o órgão que representa e governa a cidade do Natal, município capital do Rio Grande do Norte. Durante a realização deste projeto a cidade está sob a administração do prefeito Álvaro Dias.
Esse projeto foi realizado junto a Secretaria Municipal de Turismo do Natal (SETUR/Natal) durante a gestão do Secretário Fernando Fernandes.
31
2.6.3. Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN – IERC/RN
Instituto de Educação e Reabilitação de Cegos do RN (IERC/RN) é uma sociedade civil de direito privado, sem fins lucrativos, que promove a missão de inserir socialmente a pessoa com deficiência visual e múltiplas deficiências, proporcionando-lhe educação, habilitação e reabilitação, tendo em vista a melhoria na sua qualidade de vida, disseminando uma cultura inclusiva e resgatando o direito à cidadania.
Fundada em 1952, o IERC se localiza na Rua Fonseca e Silva, bairro do Alecrim, Natal - RN, e atende crianças, adolescentes, adultos e idosos que apresentam qualquer tipo de deficiência visual associada ou não a outra deficiência (IERC, 2016).
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
A ideia inicial apresentada para este projeto surgiu a partir de observações às dificuldades enfrentadas pelos deficientes visuais, seja em documentários, entrevistas ou convivência. Essas circunstâncias incentivaram uma pesquisa profunda do tema, explanada no capítulo anterior, para que fosse definida e entendida à situação problema a ser trabalhada.
Estabelecida a questão a ser respondida para relevância desse estudo, foi entendido que seria necessária a realização de uma pesquisa de natureza aplicada, de uma forma qualitativa e com um objetivo qualitativo, de acordo com a classificação de Siqueira (2017). Os detalhes relevantes para o procedimento experimental desta pesquisa serão descritos neste capítulo.
Desse modo, após os objetivos desta pesquisa serem definidos, foi desenvolvido um planejamento que apresentou o tempo necessário para o cumprimento das metas apresentadas. As ações seguintes foram divididas em: desenvolvimento das amostras utilizadas para cumprimento do objetivo, peça
32 fabricada em resina fotopolimérica e peça em ABS, questionário qualitativo com o público alvo e a aplicação prática.
3.1. Desenvolvimento das Amostras
Antes da decisão pela produção em manufatura aditiva das peças utilizadas, foram feitos testes para produção dos marcadores de QR Code com um novo polímero fotossensível apresentado e patenteado no mercado pela empresa Art3D, mas sem sucesso de uso. As peças apresentaram aparência amolecida e o relevo não era suficiente para o fim esperado.
A solução encontrada foi a MA, resultando em duas possibilidades de manufatura de melhor custo-benefício para atender às especificações fornecidas. Das máquinas encontradas para serviço na empresa, as escolhidas para o comparativo foram as que realizam os processos de FDM, fabricando a amostra 1 de ABS, e de SLA, produzindo a amostra 2 de resina fotopolimérica. Os materiais utilizados foram os disponíveis na empresa.
Para ambas as técnicas, como revisado no capítulo 2, foi desenvolvido o mesmo arquivo .stl modelado pelo software CAD, utilizando o código de duas dimensões criado para ser modelo referência. O QRCode apresenta em seu conteúdo um áudio descritivo da pesquisa a ser realizada com os portadores de deficiência visual do IERC/RN, e foi gerado através de software desenvolvido para a Prefeitura Municipal do Natal.
O volume do relevo adicionado no código ilustrado na figura 11, para o desenvolvimento da peça 3D foi de 36,14 mm³ nas regiões escuras do padrão. O arquivo slt., figura 12, foi configurado nas respectivas máquinas para fabricação da amostra 1 e amostra 2.
33 FIGURA 11: QR CODE MODELO PARA DESENVOLVIMENTO DAS AMOSTRAS
FIGURA 12: ESBOÇO ARQUIVO SLT. FONTE: ACERVO PESSOAL (2019)
FONTE: ACERVO PESSOAL (2019)
A dureza apresentada pelos fabricantes para os materiais escolhidos presenta a escala shore D para amostra 2, ensaio ideal para medição de dureza de um polímero. No entanto, o fornecedor da Amostra de ABS não disponibilizou o valor da dureza em shore para a mesma, impossibilitando a comparação.
Para título de comparação, foi realizado, a medição da microdureza das amostras piloto no durômetro disponível no Departamento de Eng de Materiais
34 FIGURA 13: IMPRESSORA VOID1+
da UFRN. Na máquina modelo FM-810 e marca FUTURE-TECH, as peças sofreram 5 endentações a 200 gramas cada, com intervalo de 5 segundos.
3.1.1. Amostra 1
A fabricação da amostra foi realizada pela impressora modelo VOID1+, figura 13, máquina desktop de tecnologia FDM. O equipamento é construído de alumínio compensado, ABS e acrílico apresenta alta repetibilidade, uma boa velocidade de produção e ambiente interno aquecido.
FONTE: ACERVO PESSOAL (2019)
A VOID1+ dispõe de uma área de impressão máxima equivalente a 20 x 20 x 20 cm (eixos x,y,z) e precisa que o filamento utilizado tenha 1,75 mm de diâmetro com temperatura máxima de extrusão de 260ºC. O acabamento das peças produzidas nessa impressora varia entre rascunho, que consome um menor tempo de produção, mas apresenta uma qualidade de acabamento menor, e a de alta qualidade, assumindo um acabamento superior, mas um maior tempo de impressão.
35 FIGURA 14: AMOSTRA 1 FABRICADA EM ABS, DIMENSÕES DE 10X10CM
FONTE: ACERVO PESSOAL (2019)
Para a confecção da amostra 1, foi utilizado um filamento de ABSplus-P430, na função rascunho, com área de 10x10 cm, ilustrada na figura 10.
A produção da peça durou em média 25 minutos, e o valor da unidade ficou em R$ 15,00. A void 3D cobra de acordo com as dimensões e complexidade da peça e o tempo gasto na fabricação.
3.1.2 Amostra 2
A segunda amostra trabalhada, foi manufaturada em uma impressora anycubic photon 5.5, figura 15, é a mais simples das impressoras produzidas pela empresa inglesa AnyCubic, construída de alumínio e vidro, e utiliza a tecnologia SLA.
36 FIGURA 15: IMPRESSORA 3D ANYCUBIC PHOTON 5.5
FIGURA 16: AMOSTRA 2 FABRICADA EM RESINA FOTOPOLIMÉRICA, DIMENSÕES DE 6X6CM FONTE: ACERVO PESSOAL (2019)
A área/volume de impressão máxima comportada pela Photon 5.5 é 16 x 6,5 x 11 cm, com tamanho de parede de 0,5 mm, apresentando um acabamento de peça excelente. Para essa máquina a sugestão de uso no material de impressão é uma resina fotossensível.
Para confecção da amostra 2, figura 16, o material utilizado foi uma resina fotopolimérica de fabricação patenteada da própria AnyCub identificada como AnyCubic UV sensitive resin. O tamanho da peça é de 6x6 cm, tamanho máximo obtido de acordo com as configurações da máquina, e levou cerca de 3 horas para ser manufaturada a uma velocidade de 20mm/hr. A técnica consegue produzir esse padrão em uma peça de até 2x2cm.
