Charles Wade, aluno de doutorado do Departamento de Ciência da Computação da Universidade do Colorado em Boulder (CU Boulder), desenvolveu um pacote de software de sistema de design que utiliza funções e código para determinar o posicionamento de diferentes materiais em um objeto 3D. O projeto, chamado OpenVCAD, foi desenvolvido no Laboratório de Computação de Montagem de Matéria, liderado pelo Professor Assistente Robert MacCurdy, do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady.
Um novo artigo, publicado no periódico Additive Manufacturing, destaca a ferramenta de design e seu potencial para transformar a impressão 3D, permitindo que engenheiros projetem objetos multimateriais com mais eficiência.
“Certamente existe um histórico de estudo e prática de design multimaterial muito anterior ao OpenVCAD”, disse MacCurdy, que também é membro da área de ciência da computação e do Departamento de Engenharia Elétrica, de Computação e Energia da CU Boulder. “Mas acreditamos que a sobrecarga de escrever código específico para projetos específicos a cada vez impede que os engenheiros desenvolvam o máximo de design possível. Com o OpenVCAD, fazemos todo esse trabalho de uma só vez – e muito bem – para que as pessoas tenham uma infraestrutura integrada para representar esses designs multimateriais espacialmente variáveis.”
Projetar objetos com múltiplos materiais há muito tempo desafia os limites dos softwares convencionais de design auxiliado por computador (CAD). De acordo com Wade e MacCurdy, as ferramentas de design tradicionais tendem a representar objetos apenas como superfícies de contorno. Isso significa que operam com a suposição implícita de que tudo dentro de uma superfície de contorno é feito do mesmo material.
Uma das principais áreas de interesse em mecânica é o chamado design de gradiente, no qual dois materiais são gradualmente combinados de um para o outro – como a sola de um sapato que muda de firme na base para macia na parte superior. No entanto, sem uma ferramenta de design poderosa, traduzir etapas difíceis em transições suaves pode ser extremamente difícil. É por isso que Wade desenvolveu o OpenVCAD. O pacote de software funciona quase como um conjunto de ferramentas práticas que permitem às pessoas não apenas compor funções complexas com facilidade, mas também atribuí-las como materiais a objetos em uma impressora 3D.
“Esta é a primeira ferramenta de design multimaterial baseada em código amplamente disponível”, disse Wade. “Ela permite uma boa complexidade na impressão de objetos, é acessível e intuitiva para escrever e projetar. Ao contrário dos softwares CAD tradicionais, onde você é obrigado a esboçar tudo para cada alteração e não pode representar materiais graduados, nossa ferramenta permite que os usuários alterem uma pequena variável e acompanhem toda a atualização do design de forma fácil.”
O novo artigo da equipe da CU Boulder explora a capacidade do OpenVCAD em uma variedade de impressoras 3D, incluindo uma disponível para o grupo de laboratório de MacCurdy, que permite a impressão de objetos com até cinco materiais simultaneamente. No entanto, é o potencial impacto do projeto em toda a comunidade de engenharia que os entusiasma.
De acordo com MacCurdy e sua equipe, o software OpenVCAD pode ser usado para auxiliar pesquisadores a projetar objetos relevantes para praticamente qualquer indústria e área. Cirurgiões que precisam de modelos de planejamento realistas para praticar podem aproveitar as propriedades de mistura de gradiente da ferramenta. Especialistas em robótica leve podem usá-lo para criar atuadores flexíveis que se dobram em uma direção, mas permanecem retos e rígidos em outra. Engenheiros que precisam simular objetos multimateriais complexos podem projetar no OpenVCAD e exportar facilmente um arquivo pronto para simulação.
O OpenVCAD pode até mesmo aplicar propriedades mecânicas específicas a partes específicas de estruturas reticuladas, frequentemente utilizadas para absorção de impacto, a fim de alcançar projetos mais complexos. “Podemos contar com os principais recursos do OpenVCAD para representar objetos multimateriais em diversos domínios”, disse MacCurdy. “Mas há muito mais por vir em certas áreas que nos entusiasmam, e realmente esperamos que essa abordagem para projetos multimateriais decole.”
O OpenVCAD é uma ferramenta totalmente de código aberto, o que significa que está amplamente disponível para engenheiros em todo o mundo. Ele ainda vem equipado com uma implementação em Python para que qualquer usuário possa importar facilmente o repositório da equipe e começar a trabalhar com apenas uma linha de código. “Queremos que isso esteja amplamente disponível para as pessoas”, disse Wade. “Temos uma base crescente de pesquisadores externos de outras instituições que estão usando esta ferramenta e esperamos permitir que essa comunidade faça o seu melhor trabalho.” Para saber mais sobre a aplicação, acesse o site.
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