2 - Modelo virtual

2.1 - Conceito geral

Os modelos geométricos virtuais são hoje o ponto de partida para um vasto conjunto de processos de engenharia, entre os quais a prototipagem rápida. Estes modelos virtuais são criados pelas ferramentas de desenho assistido por computador, ou ferramentas CAD - Computer Aided Design. Ao processo de criação destes modelos é atribuído a designação de modelação. A modelação é realizada com base nos comandos do software de CAD. Estes comandos permitem a criação de entidades geométricas primitivas, como sejam linhas, curvas, círculos, arcos, etc. - modelos 2D e 3D.

Com base nestas entidades primitivas podem posteriormente ser criadas entidades virtuais mais complexas como sejam superfícies ou sólidos - modelos 3D.

2.2 - Aplicações

As principais aplicações dos modelos CAD são a criação de desenhos de produção 2D e a criação de modelos 3D. Os modelos 3D são utilizados num grande número de processos de engenharia como sejam a geração de programas de maquinagem, criação de modelos de malha para análise de elementos finitos, simulações dinâmicas e virtuais, marketing e claro prototipagem rápida.

2.3 - CAD 2D

O CAD 2D é muito utilizado na criação de desenhos de produção. É também o ponto de partida para a modelação 3D.

2.4 - CAD 3D

Os modelos 3D podem ser criados de duas técnicas distintas - Por superfícies e por sólidos, podendo no entanto ser definidas pela conjugação destas duas técnicas.

2.4.1 - Modeladores de superfícies

A modelação por superfícies consiste na definição de superfícies virtuais com espessura igual a zero. Estas superfícies podem ter diversos graus de complexidade, desde a superfície planar definida por duas entidades primitivas 2D até superfícies não planares definidas por várias entidades não primitivas 3D como por exemplo curvas de Bézier - geralmente designadas por B-splines.

A grande maioria dos software CAD de modelação por superfícies trabalha com base num método de trabalho designado por modelação em modelo de arames. Este método pode ser entendido pela definição tridimensional de todas as arestas dos modelos. Quando não é possível definir todas as aresta (modelos complexos) é também possível realizar operações de corte, intercepção com superfícies.

2.4.2 - Modeladores de sólidos

À semelhança da modelação por superfícies, a modelação por sólidos é também baseada na prévia modelação de arestas ou secções das formas geométricas pretendidas. Em seguida são criadas as entidades com volume.

Geralmente em modeladores por sólidos podem ser realizadas operações boleanas com volumes. Por exemplo, se se pretender criar um furo num cubo, bastará criar o sólido do cubo e um sólido cilindro (com as dimensões e posicionamentos relativos pretendidos), realizando em seguida a subtracção do cilindro ao cubo. Desta forma fica definido o modelo de arames com volume.

2.4.3 - Modeladores híbridos

Os modeladores híbridos conjugam as funcionalidades dos modeladores por superfícies com as funcionalidades dos modeladores por sólidos. Esta capacidade proporciona um acréscimo significativo em termos de flexibilidade.

2.5 - Verificações de interferência e montagem

As verificações de interferência e montagem são garantidas pelas funcionalidades de montagem de vários modelos CAD 3D num único ficheiro, geralmente designado por ficheiro de conjunto. Esta funcionalidade visa a optimização dos processos de desenvolvimento de produto, uma vez que torna possível a validação de componentes ainda na fase de desenvolvimento.

2.6 - Conversores

As acções de conversão dos modelos virtuais visão a interface com outros sistemas. Existe um grande número de formatos de entrada e de saída, como por exemplo o formato STEP (ISO 10303) ou o IGES para mencionar os mais utilizados. A grande maioria de sistemas tem a capacidade de importar dados de sistemas com funcionalidade distintas, como por exemplo de sistemas de medição por coordenadas, ou seja dados de Digitalização.

Em relação à interface de ficheiros de conjunto entre diferentes softwares de CAD pode ser definida por três níveis de associatividade: Interpretada, Fluida e Nativa.

No nível interpretado, o componente proveniente de um sistema de saída é adicionado a um modelo de conjunto do sistema de entrada, com base em condicionantes de montagem, como por exemplo coincidência de sistemas de referência, alinhamentos por eixos, etc. Neste nível de associatividade, a alteração de um componente importado não provoca por si só alteração no modelo de conjunto do sistema de entrada, uma vez que neste apenas fica registado o seu posicionamento absoluto e não a condição de montagem.

No nível fluido as alterações geradas no sistema de saída podem ser actualizadas no sistema de entrada numa lógica unidireccional, isto é, as entidades são também recriadas pelo sistema de entrada, mas este terá a capacidade de reposicionar os componentes de acordo com as alterações verificadas. Deste modo, o sistema de entrada pode redefinir o modelo de conjunto com base na condição de montagem. Por exemplo, se num determinado componente (modelado no sistema de saída) existir um furo no qual é montado um componente veio (modelado no sistema de entrada), a alteração do posicionamento do furo no componente provocará a alteração do posicionamento do veio.

No nível Nativo, o sistema de entrada tem para além da capacidade de manter a condição de montagem, logo reposicionando os componentes fase a alterações, pode ainda acrescentar componentes com a mesma condição de montagem. Por exemplo, e pegando no exemplo anterior, se forem criados mais furos para montagem de veios, o sistema de entrada vai adicionar tantos veios como novos furos. De referir ainda que este nível de associatividade não é ainda uma realidade entre sistemas CAD de diferentes fornecedores, existindo apenas entre sistemas provenientes do mesmo fornecedor.