Sebenta · Modelar conjuntos em CAD 3D (UC00254)

Introdução

Esta sebenta ensina a passar de peças isoladas para conjuntos completos em CAD 3D: um armário, uma estante ou uma gaveta, modelados como um sistema de componentes que se relacionam, se movem e se comportam como no móvel real. É o passo natural depois de saber modelar peças: agora as peças encontram-se, encaixam e são postas à prova antes de se cortar uma única placa.

O percurso segue o fluxo real de um projeto de mobiliário: primeiro lê-se o desenho e as especificações e percebe-se como o móvel vai ser fabricado; depois configura-se o software, importam-se ou modelam-se os componentes, montam-se com relações, contam-se os graus de liberdade, multiplicam-se os elementos repetidos, procuram-se colisões, geram-se vistas explodidas e simulações, e por fim produz-se o desenho técnico pronto para a oficina, dentro das normas de desenho, segurança e qualidade.

Os exemplos usam vocabulário genérico, válido para qualquer programa de CAD 3D paramétrico (SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Fusion, Solid Edge, FreeCAD, entre outros). Quando se cita o nome de um comando concreto, diz-se sempre de que programa é: os nomes mudam de programa para programa, a lógica não.

Objetivos de aprendizagem (referencial): analisar desenhos e especificações técnicas para modelar conjuntos em CAD 3D; configurar o software de CAD 3D para desenho de conjuntos; executar relações de montagem, multiplicação de componentes e correção de interferências; aplicar vistas explodidas; editar conjuntos; realizar simulações e análises aos modelos; configurar, pré-visualizar e imprimir desenhos técnicos; aplicar as normas de desenho técnico, de segurança e saúde no trabalho e da qualidade.

Como estudar com esta sebenta

• Lê cada capítulo com o software aberto e reproduz os exemplos resolvidos: a montagem aprende-se com as mãos.
• Os exemplos numéricos usam valores ilustrativos quando assim se diz. Num projeto real, os valores de materiais e ferragens vêm sempre da ficha técnica do fornecedor.
• No fim há erros comuns, glossário, síntese e exercícios resolvidos para testares o que aprendeste.

1. Da peça ao conjunto: materiais e processos de fabrico

Um conjunto (em inglês, assembly) é um modelo que reúne várias peças e ferragens numa só montagem coerente. Um armário de cozinha, por exemplo, é o conjunto de duas laterais, uma base, um tampo ou travessas, um fundo (as costas), prateleiras, portas, dobradiças, puxadores e parafusos, todos a interagir entre si.

Cada peça continua a existir no seu próprio ficheiro; o conjunto guarda onde está cada peça, como se liga às outras e o que ainda se pode mover.

1.1 Analisar desenhos e especificações antes de modelar

Analisar desenhos e especificações técnicas para modelar conjuntos em CAD 3D é a primeira realização desta UC. Antes de abrir o software, o técnico lê o desenho de conjunto e responde a cinco perguntas:

1. Quantos componentes diferentes existem, e quantas vezes se repete cada um? (A lista de peças responde a isto.)
2. De que material é cada peça, com que espessura e com que orientação do fio?
3. Que ligações há entre peças: cavilha, parafuso, união excêntrica, cola, ferragem de catálogo?
4. O que se move: portas, gavetas, tampos basculantes? E até onde?
5. Que tolerâncias e folgas o desenho pede (folga entre frentes, recuo das costas, orla)?

1.2 Interpretar o desenho de conjunto

Em Portugal usa-se o método europeu de projeção (1.º diedro): a planta fica por baixo do alçado principal, e a vista lateral esquerda fica à direita do alçado. Quem lê um desenho feito pelo método americano (3.º diedro) sem reparar no símbolo de projeção da legenda troca vistas e modela o móvel ao contrário.

Regras de leitura que não mudam:

• As cotas estão em milímetros e escrevem-se sem unidade. O valor inscrito é sempre a medida real da peça, seja qual for a escala do desenho.
• As escalas normalizadas de redução são 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 (e as suas sequências por fator 10); de ampliação, 2:1, 5:1, 10:1. Um desenho "a 1:4" não segue a norma.
• Cada peça do conjunto tem um número de referência (balão) que remete para a lista de peças, onde se lê designação, quantidade, material e dimensões.

1.3 Materiais mais comuns em mobiliário

As espessuras disponíveis mudam de fabricante para fabricante e de decorativo para decorativo. O técnico confirma sempre no catálogo do fornecedor antes de fixar a espessura no modelo, porque essa espessura propaga-se a todas as medidas do conjunto.

1.4 A madeira mexe: anisotropia e teor de água

A madeira é anisotrópica: não se comporta da mesma forma em todas as direções.

• A retração tangencial (na direção dos anéis) é cerca do dobro da radial.
• A retração longitudinal (no sentido do fio) é desprezável na prática.
• O comprimento das peças maciças segue o sentido do fio, e o fio deve vir indicado no desenho e na lista de corte.
• Para mobiliário de interior, o teor de água usual anda pelos 8 a 12 %.

Consequência para o modelo: um tampo de madeira maciça larga não pode ser preso rigidamente em toda a largura, tem de ter folga para trabalhar (furos ovalizados, grampos de tampo, ranhuras). Um painel de aglomerado ou MDF é muito mais estável e não precisa desse cuidado. No CAD, esta folga modela-se: não é um pormenor da oficina.

1.5 Processos de fabrico que o modelo tem de refletir

Explicar a importância dos processos de fabrico no design e na funcionalidade dos conjuntos é uma aptidão desta UC. Cada processo deixa marcas nas medidas:

O sistema 32 é a base da furação de muitos móveis europeus: linhas de furos de 5 mm de diâmetro com 32 mm de afastamento entre centros, onde encaixam suportes de prateleira, bases de dobradiças e corrediças. Modelar os furos no mesmo afastamento que a máquina vai furar é o que garante que as ferragens do modelo encaixam nas ferragens reais.

2. Configurar a área gráfica e o ambiente CAD 3D

A área gráfica e do desenho é o conjunto de definições que o software usa antes de qualquer modelação: unidades, sistema de coordenadas, modelos de ficheiro, propriedades, pastas e opções de desempenho. Configurar o software de CAD 3D, garantindo a melhor utilização das ferramentas para desenho de conjuntos, é um critério de desempenho avaliado ao longo de toda a UC.

2.1 O que configurar no início de um projeto

2.2 Navegar na área gráfica

Numa montagem passa-se mais tempo a olhar do que a desenhar. Os comandos de visualização existem em todos os programas, com nomes e atalhos próprios:

• Orbitar, deslocar (pan) e aproximar (zoom), normalmente com o rato.
• Vistas normalizadas: frente, topo, lateral e isométrica, para verificar alinhamentos.
• Estilos de apresentação: sombreado, sombreado com arestas, arame, linhas escondidas. O modo arame ajuda a ver furos e cavilhas dentro dos painéis.
• Ocultar, isolar e transparência: esconder as laterais para ver o interior de um roupeiro, sem apagar nada.
• Vistas de corte dinâmicas: cortar o modelo por um plano para verificar a profundidade de um furo ou o encaixe de uma cavilha.

2.3 Espaço de peça e espaço de montagem

No ambiente de peça modela-se um componente isolado. No ambiente de montagem, os componentes são referenciados a partir dos seus ficheiros originais, não redesenhados. Esta ligação chama-se associatividade: alterar a peça original atualiza automaticamente o conjunto e, a seguir, o desenho técnico.

Uma montagem típica de mobiliário organiza-se assim:

estante-modular.montagem
├── lateral-esquerda          (peça)
├── lateral-direita           (peça)
├── tampo                     (peça)
├── base                      (peça)
├── fundo                     (peça)
├── gaveta.montagem           (subconjunto)
│   ├── frente-gaveta
│   ├── lateral-gaveta (×2)
│   ├── traseira-gaveta
│   ├── fundo-gaveta
│   └── corrediça (×2)        (componente de biblioteca)
├── porta
├── dobradiça (×2)            (componente de biblioteca)
└── suporte-prateleira (×12)  (componente de biblioteca, padrão)

2.4 Convenção de nomes de ficheiros

Uma convenção simples, aplicada desde o primeiro dia, poupa horas:

Evitam-se espaços, acentos em nomes de ficheiros partilhados entre sistemas diferentes e nomes genéricos como peça1 ou novo.

3. Importar componentes 3D

Um conjunto de mobiliário raramente é feito só de peças modeladas de raiz. Ferragens, puxadores, pés e acessórios vêm normalmente de catálogos de fabricante ou de portais de modelos 3D, e têm de ser importados.

3.1 Formatos de troca

Um componente importado em formato neutro chega como um corpo "mudo": tem a forma certa, mas não tem a árvore de operações que o criou. Para uma ferragem de catálogo isso não é problema, porque não se vai alterar; para uma peça que a equipa vai continuar a editar, é preferível o ficheiro nativo.

3.2 Passos ao importar um componente

1. Confirmar a escala e as unidades do ficheiro de origem (polegadas em vez de milímetros é o erro mais comum).
2. Verificar a orientação do componente face aos eixos do projeto.
3. Correr a verificação de geometria do programa, se o ficheiro vier de superfícies, para garantir que é um sólido fechado.
4. Simplificar geometria desnecessária (roscas detalhadas, textos gravados, parafusos de fixação internos), que só pesa o modelo.
5. Confirmar que os pontos de fixação (furos, encaixes, copo) correspondem à peça de madeira onde vão ser aplicados.
6. Preencher as propriedades (designação, referência do fabricante) e guardar com um nome claro na biblioteca do projeto.

4. Criar uma montagem: do zero e a partir de blocos

4.1 Montagem ascendente e montagem descendente

Há duas formas de organizar o trabalho, e quase todos os projetos reais misturam as duas:

4.2 Fluxo de criação de uma montagem do zero

1. Abrir um ficheiro de montagem novo a partir do modelo da empresa, com as unidades corretas.
2. Inserir a primeira peça, normalmente a mais estrutural (a base ou uma lateral), e deixá-la fixa (em inglês, fixed ou ground): torna-se a referência de todo o conjunto. Muitos programas fixam automaticamente o primeiro componente inserido.
3. Inserir as restantes peças e ferragens, uma a uma ou em subconjuntos.
4. Aplicar relações de montagem entre cada componente e os que já estão posicionados.
5. Verificar graus de liberdade e colisões antes de considerar a montagem concluída.

4.3 Subconjuntos

Um subconjunto é uma montagem dentro de outra montagem: a gaveta completa (frente, laterais, traseira, fundo, corrediças) montada no seu ficheiro e inserida no armário como uma unidade.

• Simplifica a árvore de montagem em móveis com elementos repetidos (várias gavetas iguais, módulos idênticos).
• Alterar o subconjunto original propaga a alteração a todas as instâncias.
• Facilita a divisão do trabalho: cada técnico modela um subconjunto, depois juntam-se no conjunto final.
• Na lista de peças, o subconjunto pode aparecer como uma linha (lista "de primeiro nível") ou desdobrado em todas as peças (lista "só de peças"), conforme a necessidade da oficina.

Atenção: por defeito, muitos programas tratam o subconjunto inserido como rígido, e a gaveta deixa de deslizar dentro dele. Para simular o movimento no conjunto principal, o subconjunto tem de ser definido como flexível (o nome da opção varia com o programa).

4.4 Criação de montagem a partir de blocos

O conhecimento "criação de montagem a partir de blocos" refere-se a uma técnica descendente muito usada na fase de conceito: desenha-se primeiro um esboço de implantação (layout) em 2D, com cada peça representada por um bloco de esboço (um grupo de linhas tratado como um todo), e só depois se transformam esses blocos em peças 3D.

1. Desenha-se o esboço do móvel em alçado ou em corte: um retângulo para cada lateral, para o tampo, para a base, para cada prateleira.
2. Cada retângulo passa a ser um bloco com nome (lateral-esq, tampo...). Os blocos relacionam-se entre si por relações de esboço, e já se podem mover para testar proporções e mecanismos em 2D.
3. Cria-se uma peça a partir de cada bloco e dá-se-lhe espessura por extrusão. No SOLIDWORKS, por exemplo, o comando chama-se Make Part from Block e faz parte das ferramentas de esboço de implantação da montagem; outros programas têm fluxos equivalentes (no Autodesk Inventor, a partir de blocos de esboço de uma peça de implantação).
4. As peças ficam ligadas ao esboço: mudar a altura do bloco da lateral muda a altura da peça 3D.

Esta técnica serve para decidir proporções e mecanismos (um tampo basculante, uma cama rebatível) antes de gastar tempo em pormenores. Não se confunde com o subconjunto (4.3): o bloco é um esboço 2D que dá origem a peças; o subconjunto é uma montagem 3D já feita.

5. Relações de montagem

Uma relação de montagem (em inglês, mate ou constraint, conforme o programa) define como dois componentes se posicionam um em relação ao outro, apoiada em referências geométricas (faces, arestas, eixos, pontos, planos). Executar diferentes tipos de relação de montagem de conjuntos de componentes é uma das aptidões centrais da UC.

5.1 Relações padrão

A tabela indica os graus de liberdade que cada relação retira quando é aplicada a um componente ainda livre (6 graus). Quando o componente já tem outras relações, a mesma relação pode retirar menos, porque alguns graus já tinham saído (ver capítulo 6).

Duas observações que evitam confusões:

• Paralela não impõe afastamento nenhum: duas faces paralelas podem estar encostadas ou a um metro. Para fixar o afastamento usa-se distância (ou coincidente, se for zero).
• Perpendicular só fixa a orientação, não a posição: uma prateleira perpendicular à lateral pode estar em qualquer sítio. Quando a prateleira encosta à lateral, a relação certa é coincidente entre o topo da prateleira e a face interior da lateral; a perpendicularidade entre as faces grandes resulta das outras relações.

5.2 Relações de limite e relações mecânicas

Além das relações padrão, os programas oferecem duas famílias úteis em mobiliário:

• Relações de limite: uma distância ou um ângulo que pode variar entre um mínimo e um máximo. Servem para dizer que a gaveta desliza entre 0 e o curso da corrediça, ou que a porta abre entre 0° e o ângulo da dobradiça. Em vez de fixar um valor, impõem uma gama.
• Relações mecânicas: engrenagem, pinhão e cremalheira, came, parafuso (movimento helicoidal), junta universal. Ligam o movimento de um componente ao de outro. Em mobiliário aparecem em mecanismos de mesas extensíveis, camas rebatíveis, cadeiras reclináveis e móveis elevatórios.

As relações mecânicas não substituem as relações padrão: a engrenagem só funciona se cada roda já estiver presa ao seu eixo por uma concêntrica.

5.3 Exemplo resolvido · uma cavilha no seu furo

Uma cavilha de 8 mm de diâmetro entra num furo de 8 mm na lateral.

1. Concêntrica entre a superfície cilíndrica da cavilha e a do furo: retira 4 graus. A cavilha só pode deslizar ao longo do eixo e rodar em torno dele.
2. Distância entre o topo da cavilha e a face da lateral (por exemplo, a cavilha fica a sobressair 17 mm): retira o deslizamento.
3. Sobra a rotação em torno do próprio eixo. Numa cavilha cilíndrica, essa rotação não muda nada visível e pode ficar livre; se incomodar (por exemplo, na lista de verificação de graus livres), bloqueia-se com uma relação paralela entre um plano da cavilha e um plano da lateral.

5.4 Exemplo resolvido · relacionar uma porta com dobradiças

Há duas formas de modelar a porta, e é importante saber qual se está a usar.

Modelo simplificado (eixo de rotação equivalente). Serve para estudos rápidos de abertura e colisão:

1. Cria-se, na porta, um eixo vertical que representa a articulação.
2. Concêntrica (ou coincidente eixo com eixo) entre esse eixo e um eixo equivalente na lateral: retira 4 graus.
3. Coincidente entre a face inferior da porta e um plano de referência à altura certa: retira o deslizamento ao longo do eixo.
4. Sobra 1 grau: a rotação da porta. Uma relação de limite de ângulo entre 0° e o ângulo de abertura da dobradiça escolhida completa o modelo.

Modelo com a dobradiça real. A dobradiça de copo mais comum em mobiliário é um mecanismo de várias articulações: ao abrir, a porta não roda em torno de um eixo fixo, afasta-se ligeiramente da lateral enquanto roda. Por isso:

1. O copo relaciona-se com o furo de 35 mm da porta (concêntrica e coincidente com a face interior da porta), o que prende a porta ao copo.
2. A base de montagem relaciona-se com a lateral (concêntrica com os furos de fixação e coincidente com a face interior da lateral).
3. O movimento da porta passa a ser comandado pelas articulações internas do subconjunto da dobradiça, que tem de estar definido como flexível.

O modelo simplificado é suficiente para a maior parte das verificações; o modelo real é o que mostra se a porta bate numa parede vizinha, num puxador ou numa gaveta interior.

6. Graus de liberdade

No espaço 3D, um componente livre tem seis graus de liberdade: três translações (ao longo de X, Y e Z) e três rotações (em torno de X, Y e Z). Cada relação de montagem retira um ou mais destes graus.

6.1 Contar graus: não é uma soma simples

A tabela do capítulo 5 diz quanto cada relação retira a um componente livre. Quando se aplicam várias relações seguidas, cada nova relação só retira os graus que ainda estavam livres. Por isso conta-se passo a passo, perguntando sempre: "depois desta relação, o que é que a peça ainda consegue fazer?".

6.2 Como verificar

• A árvore de montagem mostra o estado de cada componente, normalmente com um símbolo ou uma cor para os subdefinidos (em vários programas aparece um sinal antes do nome).
• Arrastar um componente é o teste rápido: o que se move é o que ainda está livre.
• Muitos programas mostram, para o componente selecionado, os graus que restam, desenhados como setas de translação e de rotação.
• Documenta-se, no relatório do projeto, quais os graus deixados propositadamente livres e porquê.

6.3 Subdefinido e sobredefinido

Subdefinido não é, por si só, um erro. É um erro quando o grau livre não tem função: uma prateleira que ainda desliza para a frente porque falta uma relação, e que vai aparecer deslocada no desenho.

Sobredefinido é sempre um problema. Acontece quando:

• duas relações pedem coisas incompatíveis (a mesma face coincidente com dois planos que não são o mesmo plano);
• uma cota de distância não bate com a geometria (pede-se 2 mm de folga entre frentes, mas as peças, com as medidas atuais, só deixam 1 mm);
• se acrescentam relações redundantes, que repetem o que outras já impõem. Alguns programas toleram redundâncias coerentes, outros não; em qualquer caso tornam o modelo frágil, porque uma pequena alteração transforma a redundância em conflito.

7. Comandos de movimentação de componentes

Mesmo com relações aplicadas, é frequente mover componentes durante a montagem: para os afastar antes de relacionar, para testar um mecanismo ou para posicionar uma peça nova.

7.1 Comandos de movimentação

Um componente totalmente definido não se move com estes comandos. Se o aluno tenta arrastar e "a peça está presa", o problema não é o comando, são as relações.

7.2 Editar conjuntos

Editar conjuntos é uma aptidão da UC e inclui mais do que mover:

• Substituir componente: trocar uma peça por outra mantendo as relações, se as referências geométricas corresponderem. Quando não correspondem, o programa pede para reatribuir as relações que ficaram sem referência.
• Ocultar: esconde o componente no ecrã; ele continua no cálculo, nas relações e, em regra, na lista de peças.
• Suprimir: retira temporariamente o componente do cálculo; as relações dele ficam suspensas e, na maior parte dos programas, deixa de contar na lista de peças. É reversível.
• Apagar: remove o componente e as suas relações. Não é reversível depois de guardar.
• Editar a peça em contexto: abrir a peça dentro da montagem e alterá-la usando as vizinhas como referência (técnica descendente).
• Editar uma relação: mudar o valor de uma distância, trocar a referência ou inverter o alinhamento, em vez de apagar e criar de novo.
• Reorganizar a árvore: criar subconjuntos a partir de componentes soltos, ou dissolver um subconjunto, arrastando componentes na árvore.

8. Referências geométricas

As relações de montagem apoiam-se sempre em referências geométricas. Escolher bem a referência é o que separa uma montagem que aguenta alterações de uma que se desfaz à primeira mudança de medida.

8.1 Referências robustas e referências frágeis

• Uma relação feita a uma face desaparece se essa face deixar de existir (por exemplo, quando se acrescenta um chanfro ou uma fresagem que a divide em duas). O programa assinala a relação como "sem referência".
• Uma relação feita aos planos de origem das peças não depende da forma: continua válida mesmo que a peça seja muito alterada. Por isso muitos técnicos modelam as peças de mobiliário com os planos de origem em sítios úteis (centro da peça, face de referência) e relacionam por eles.
• Numa montagem descendente, uma peça que usa a geometria de outra cria uma referência externa. Referências em cadeia (A depende de B, que depende de C, que depende de A) geram modelos lentos e instáveis. Regra: as referências correm num só sentido, da estrutura para os pormenores.

9. Multiplicação de componentes segundo orientação

Muitos elementos de um móvel repetem-se: parafusos, cavilhas, suportes de prateleira, dobradiças, pés. A multiplicação de componentes evita inseri-los e relacioná-los um a um, e mantém-nos ligados ao original: se o primeiro mudar, todos mudam.

9.1 Tipos de padrão

A orientação do padrão (a direção, o eixo, o plano de simetria) define-se sempre por uma referência geométrica: uma aresta, um eixo, um plano. É isso que o referencial chama "multiplicação segundo orientação".

9.2 Contas de um padrão linear

Num padrão linear com n instâncias e espaçamento p, a distância entre o centro da primeira e o centro da última é (n - 1) × p. É o erro mais comum: pensar que 8 furos a 32 mm ocupam 8 × 32 = 256 mm, quando ocupam 7 × 32 = 224 mm entre centros.

9.3 Espelhar componentes

Espelhar cria a instância do lado oposto a partir de um plano de simetria. Há duas situações:

• A peça é simétrica (uma dobradiça que serve dos dois lados, uma lateral furada nas duas faces): o espelho usa o mesmo ficheiro, só orientado ao contrário.
• A peça não é simétrica (uma lateral furada só por dentro, um puxador com desenho assimétrico): o espelho cria uma versão oposta, um ficheiro novo que é a imagem espelhada. Na lista de peças aparecem como duas peças diferentes (esquerda e direita).

Muitos programas posicionam a instância espelhada pela própria operação de espelho, e não por relações próprias. Depois de espelhar, confirma-se que a instância acompanha as alterações do original e, se for uma peça móvel (uma porta), que continua a ter o grau de liberdade pretendido.

10. Biblioteca de componentes normalizados

Uma biblioteca de componentes normalizados reúne parafusos, porcas, anilhas, cavilhas, dobradiças, corrediças, puxadores e outras ferragens já modelados e prontos a inserir, organizados por família e por norma ou catálogo de fabricante.

10.1 Tipos de biblioteca

10.2 Designar corretamente um componente normalizado

Um componente normalizado identifica-se pela norma e pelas dimensões, não pela aparência. Exemplos de designação:

• Parafuso ISO 4762 M6 × 30: parafuso de cabeça cilíndrica com sextavado interior, rosca métrica de 6 mm, 30 mm de comprimento.
• Parafuso ISO 4017 M8 × 40: parafuso de cabeça sextavada, rosca métrica de 8 mm, 40 mm de comprimento.
• Cavilha de madeira 8 × 35: diâmetro 8 mm, comprimento 35 mm (a cavilha de mobiliário é normalmente designada pelas dimensões e pelo fornecedor).
• Parafuso de união para aglomerado (tipo "confirmat") 7 × 50: diâmetro 7 mm, comprimento 50 mm, com furação própria indicada pelo fabricante.
• Dobradiça de copo de 35 mm, abertura 110°: designação comercial, com a referência do fabricante.

Numa biblioteca bem configurada, estas designações ficam nas propriedades do componente e passam automaticamente para a lista de peças.

10.3 Boas práticas

• Usar a biblioteca em vez de modelar cada ferragem de raiz garante rigor dimensional e poupa horas de trabalho.
• Configurar o software para apontar para a mesma biblioteca em toda a equipa (local ou partilhada em rede) evita que cada técnico tenha a sua versão do mesmo parafuso.
• Usar a representação simplificada das roscas (rosca cosmética) em vez de roscas modeladas: a montagem fica mais leve.
• Componentes sem equivalente na biblioteca criam-se de raiz, com a mesma convenção de nomes e as mesmas propriedades dos restantes.

11. Colisão entre componentes

Antes de dar a montagem por terminada, verifica-se se existe colisão, também chamada interferência: duas peças a ocupar o mesmo espaço, algo impossível na realidade. Detetar e corrigir interferências é uma aptidão avaliada diretamente nesta UC.

11.1 Três verificações diferentes

No SOLIDWORKS, por exemplo, a primeira chama-se Interference Detection e a terceira Clearance Verification; outros programas têm equivalentes com nomes próprios.

A deteção de interferências só encontra sólidos sobrepostos. Não assinala uma peça a flutuar, um parafuso cuja ponta sai para o ar por trás de um painel, nem uma folga pequena de mais. Essas situações descobrem-se com a verificação de folgas, com vistas de corte e com medições.

11.2 Interferências esperadas

Nem toda a interferência é erro. Algumas são esperadas e resultam da forma como se modela:

• um parafuso inserido num painel onde o furo piloto não foi modelado sobrepõe-se à madeira;
• uma cavilha modelada com o mesmo diâmetro do furo, mas com estrias, sobrepõe-se nas estrias;
• uma rosca modelada (em vez de cosmética) sobrepõe-se à rosca da porca.

Os programas permitem ignorar interferências marcadas como esperadas, ou agrupar as que envolvem ferragens de fixação, para que a lista mostre só os problemas reais.

11.3 Colisões comuns em mobiliário

• Uma prateleira modelada com a largura exata do vão, sem folga, que se sobrepõe às laterais.
• Um parafuso mais comprido do que o material disponível, que sai pela face oposta (e, se houver uma peça atrás, sobrepõe-se a ela).
• Uma porta que, ao abrir, bate numa parede vizinha, num puxador ou numa gaveta interior.
• Uma gaveta que colide com uma travessa, com a dobradiça da porta ou com um suporte de prateleira a meio do curso.
• Costas encaixadas num rasgo que foi modelado com menos profundidade do que a peça.

12. Vista explodida

Uma vista explodida afasta os componentes de um conjunto ao longo de direções definidas, mostrando como se encaixam, sem alterar a montagem real. Aplicar as técnicas de visualização segundo vistas explodidas é um critério de desempenho da UC.

12.1 Para que serve

• Instruções de montagem para o cliente final de um móvel em kit ou para a linha de produção.
• Catálogos técnicos e comunicação com fornecedores e clientes.
• Verificação de que a sequência de montagem planeada é possível: se uma peça só consegue entrar atravessando outra, a sequência está errada.
• Desenho de conjunto: uma vista explodida em perspetiva, com balões, ao lado da lista de peças.

12.2 Construir uma vista explodida eficaz

1. Organizar a montagem por subconjuntos antes de explodir.
2. Escolher a ordem de explosão que corresponde à sequência real de montagem, ao contrário: o que se monta por último é o primeiro a sair.
3. Escolher a direção de cada passo segundo a direção real de montagem (uma cavilha sai pelo eixo do furo, uma prateleira sai para a frente, as costas saem para trás).
4. Ajustar a distância de cada componente para leitura clara, sem sobreposições.
5. Acrescentar linhas de trajetória (linhas finas que ligam cada peça à sua posição de montagem).
6. Guardar a vista explodida como uma configuração ou representação própria da montagem, sem alterar a vista normal.
7. No desenho, acrescentar balões numerados ligados à lista de peças.

13. Simulação e teste de resiliência dos modelos

Realizar simulações e análises aos modelos de conjuntos é a segunda realização central desta UC. O referencial pede o teste das funcionalidades e da resiliência dos modelos: esforços (stress), temperatura e outros fatores ambientais.

13.1 Tipos de simulação

13.2 Como funciona uma análise de esforços

A análise de esforços usa o método dos elementos finitos: o programa divide a peça numa malha de pequenos elementos e calcula como cada um se deforma. Os passos são sempre os mesmos:

1. Material: atribuir a cada peça as propriedades do material (módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, resistência). Os valores vêm da ficha técnica do fornecedor ou de tabelas técnicas fiáveis.
2. Fixações (condições de apoio): onde a peça está presa ou apoiada (sobre os suportes, contra a parede).
3. Cargas: forças, pesos, pressões, com o valor e a direção corretos.
4. Malha: gerar os elementos; em zonas críticas (cantos, furos) a malha deve ser mais fina.
5. Resultados: tensões, deslocamentos e fator de segurança. Interpretar, não só olhar para as cores.

13.3 Exemplo resolvido · flecha de uma prateleira

Uma prateleira de aglomerado com 19 mm de espessura, 300 mm de profundidade e 800 mm de vão livre entre apoios vai levar livros. Estima-se uma carga de 20 kg distribuída ao longo do vão. Usa-se um módulo de elasticidade ilustrativo de 2500 N/mm² (num projeto real, o valor vem da ficha técnica do painel).

Antes de correr a simulação, faz-se uma estimativa à mão, para saber que ordem de grandeza esperar. Para uma viga simplesmente apoiada com carga uniformemente distribuída, a flecha máxima (ao centro) é:

f = 5 × q × L⁴ ÷ (384 × E × I), com I = b × h³ ÷ 12

1. Carga por milímetro de vão: q = 20 × 9,81 ÷ 800 = 0,245 N/mm.
2. Momento de inércia da secção: I = 300 × 19³ ÷ 12 = 300 × 6859 ÷ 12 = 171 475 mm⁴.
3. L⁴ = 800⁴ = 4,096 × 10¹¹ mm⁴.
4. f = 5 × 0,245 × 4,096 × 10¹¹ ÷ (384 × 2500 × 171 475) ≈ 3,0 mm.

O projeto definiu um limite de flecha de 2 mm para esta prateleira. A estimativa (cerca de 3 mm) já mostra que não cumpre; a simulação no CAD deve dar um valor da mesma ordem. Se desse 0,3 mm ou 30 mm, algo estaria mal definido (unidades, carga, fixações).

Soluções e o seu efeito (a flecha é proporcional a L⁴ e inversamente proporcional a h³):

Reparar como reduzir o vão é muito mais eficaz do que engrossar: é a quarta potência.

13.4 Exemplo resolvido · estabilidade de uma estante alta

Uma estante com 1800 mm de altura, 300 mm de profundidade e 40 kg de massa (vazia), com o centro de gravidade a meio da profundidade, está pousada no chão sem fixação. Que força horizontal, aplicada no topo e a puxar para a frente, a faz tombar?

1. A estante tomba rodando em torno da aresta da frente da base.
2. Momento que a segura (peso): 40 × 9,81 × 0,15 = 58,9 N·m (braço de 0,15 m, metade da profundidade).
3. Momento que a derruba: F × 1,8 m.
4. Tomba quando F × 1,8 > 58,9, ou seja, F > 32,7 N, o equivalente ao peso de cerca de 3,3 kg.

Uma criança que trepe às prateleiras aplica muito mais do que isso. É por isto que móveis de arrumação altos têm de ser concebidos para resistir ao derrube ou fixados à parede, e que a norma europeia de segurança para móveis de arrumação domésticos e de cozinha (EN 14749) inclui ensaios de estabilidade. No CAD, a fixação à parede modela-se (ferragem, furos, posição) e aparece nas instruções de montagem.

13.5 Temperatura e humidade

• Temperatura: a dilatação térmica da madeira no sentido do fio é muito pequena. A análise térmica interessa sobretudo a componentes metálicos ou plásticos junto a fontes de calor (fornos, placas, iluminação).
• Humidade: é o fator ambiental que mais mexe com a madeira. Um tampo de madeira maciça muda de largura com o teor de água, sobretudo na direção tangencial. A "simulação" mais útil é muitas vezes uma conta de variação dimensional e a verificação, no modelo, de que há folga para esse movimento.

14. Configurar, pré-visualizar e imprimir desenhos técnicos

Depois de validada a montagem por relações, colisões e simulação, gera-se o desenho técnico a partir do modelo 3D. Como o desenho é associativo, qualquer alteração ao modelo atualiza as vistas e as cotas; o que não se atualiza sozinho é a revisão na legenda, que é responsabilidade do técnico.

14.1 Configuração do desenho

• Formato da folha: da série A (A4 com 210 × 297 mm, A3 com 297 × 420 mm, A2, A1...), com margens e esquadria.
• Legenda: título, número do desenho, escala, método de projeção (símbolo do 1.º diedro), autor, verificação, data, revisão, material. Os campos ligam-se às propriedades do modelo sempre que possível.
• Vistas: alçado principal, planta e vista lateral, colocadas pelo método europeu (planta por baixo do alçado, vista lateral esquerda à direita do alçado); acrescentam-se cortes, pormenores ampliados e uma perspetiva (isométrica ou explodida) quando ajudam a ler.
• Cotagem: gerada a partir do modelo e revista à mão, para ficarem só as cotas funcionais, sem repetições; cotas em milímetros, sem unidade, com o valor real.
• Lista de peças e balões: a lista de peças (bill of materials, BOM) é gerada a partir das propriedades dos componentes e fica associada à montagem; cada peça recebe um balão com o número da linha correspondente.

14.2 Escolher a escala

14.3 Pré-visualização

A pré-visualização confirma, antes de gastar papel ou enviar um PDF, que:

• todas as vistas e cotas cabem dentro da esquadria;
• a escala escolhida permite ler os pormenores;
• a legenda tem os dados certos e a revisão atualizada;
• as linhas têm as espessuras certas (contorno visível mais grossa, eixos e cotas finas);
• as cores do ecrã não saem como cinzentos ilegíveis numa impressora a preto e branco.

14.4 Imprimir e exportar

• Imprimir à escala: na caixa de impressão escolhe-se a escala 1:1 da folha (100 %). A opção "ajustar à página" encolhe o desenho e destrói a escala: um desenho "1:10" impresso a 94 % já não é 1:10.
• Verificar a impressão: medir com a régua uma cota conhecida no papel (a 1:10, 800 mm devem medir 80 mm).
• Exportar em PDF para enviar ao cliente ou à oficina, com as fontes incorporadas.
• Exportar DXF ou DWG das peças planas para as máquinas CNC quando o processo o pede.
• Histórico de revisões: cada alteração relevante gera uma nova revisão, com data e descrição na tabela de revisões do desenho.

15. Normas de desenho técnico, segurança e qualidade

15.1 Normas de desenho técnico

As normas internacionais ISO de documentação técnica de produto (muitas adotadas como normas europeias e portuguesas) definem como se desenha para qualquer técnico ler sem ambiguidade:

No dia a dia, as regras que mais pesam num desenho de conjunto de mobiliário são: método europeu, escalas normalizadas, cotas em milímetros sem unidade com o valor real, cotagem funcional sem repetições, balões ligados à lista de peças, e o fio da madeira indicado nas peças de maciço.

15.2 Normas de segurança e saúde no trabalho

A segurança aparece nesta UC em três frentes:

O posto de trabalho de CAD. O trabalho com equipamentos dotados de visor está regulado em Portugal pelo Decreto-Lei n.º 349/93, de 1 de outubro (que transpôs a Diretiva 90/270/CEE), e pela Portaria n.º 989/93, de 6 de outubro, que fixa as prescrições mínimas. Na prática:

• ecrã à altura dos olhos ou ligeiramente abaixo, a uma distância confortável;
• cadeira regulável, antebraços apoiados, pés assentes;
• iluminação sem reflexos no ecrã (o ecrã perpendicular às janelas);
• pausas regulares, sobretudo em sessões longas de modelação;
• rato e teclado ao alcance, sem esticar o braço.

A oficina que vai fabricar o que se desenha. O técnico de desenho decide coisas que afetam quem fabrica. O pó de madeira dura é um agente cancerígeno reconhecido; a Diretiva (UE) 2017/2398 fixou para ele um valor-limite de exposição de 2 mg/m³ a partir de 17 de janeiro de 2023. Captação de pó na origem nas máquinas e máscara FFP2 ou FFP3 quando a captação não chega são as medidas básicas. Um projeto que reduz lixagens e maquinações desnecessárias também reduz exposição.

A segurança do produto. O móvel desenhado tem de ser seguro para quem o usa: estabilidade contra o derrube (capítulo 13), fixação à parede de móveis altos, arestas arredondadas nas zonas de contacto, batentes que impedem que uma gaveta saia e caia, e ausência de pontos de entalamento em mecanismos. Para móveis de arrumação domésticos e de cozinha, a norma europeia EN 14749 define requisitos de segurança e métodos de ensaio.

15.3 Normas da qualidade

A qualidade no projeto em CAD pratica-se com rotinas simples:

• Rastreabilidade: cada desenho tem número, revisão, autor e data; cada revisão tem uma descrição do que mudou.
• Verificação por outro técnico antes de o desenho sair para a oficina.
• Lista de verificação antes da entrega: graus de liberdade documentados, zero interferências por resolver, simulações feitas e interpretadas, escala e legenda confirmadas na pré-visualização.
• Gestão de ficheiros: uma só versão em vigor, as anteriores arquivadas.
• Numa empresa com sistema de gestão da qualidade (por exemplo, certificado segundo a ISO 9001), estas rotinas fazem parte do controlo do projeto e do controlo de documentos.

Erros comuns

• Fixar todos os componentes "para garantir que não se mexe", perdendo o comportamento funcional de portas e gavetas e a capacidade de o conjunto acompanhar alterações.
• Somar graus de liberdade às cegas: três coincidências plano-plano não retiram 9 graus; em faces perpendiculares entre si retiram 3 + 2 + 1 = 6.
• Confundir subdefinido com sobredefinido: faltar relações não é o mesmo que ter relações contraditórias.
• Usar paralela ou perpendicular para "encostar" peças: essas relações só fixam orientação, não posição.
• Relacionar por faces que vão desaparecer com alterações futuras, em vez de planos de origem ou planos auxiliares.
• Multiplicar manualmente, copiando e colando componente a componente, em vez de usar um padrão.
• Contar mal um padrão linear: n furos a p mm ocupam (n - 1) × p entre centros, não n × p.
• Esquecer a espessura da orla ou a largura da serra nas medidas de corte.
• Achar que a deteção de interferências apanha tudo: não apanha peças a flutuar, parafusos a sair para o ar nem folgas pequenas.
• Só correr a deteção de colisões no fim do projeto, e só com as portas e gavetas fechadas.
• Explodir todos os componentes à mesma distância, sem ordem de montagem.
• Confiar numa simulação sem estimativa à mão: um erro de unidades dá resultados com cores bonitas e valores absurdos.
• Imprimir com "ajustar à página", destruindo a escala do desenho.
• Importar componentes sem confirmar unidades, gerando erros de escala de 25,4 vezes.
• Ler um desenho do 3.º diedro como se fosse do 1.º, trocando vistas.

Glossário

• Associatividade: ligação entre a peça, a montagem e o desenho; alterar a peça atualiza os outros dois.
• Balão: círculo com o número de referência de uma peça no desenho, ligado à lista de peças.
• Bloco (de esboço): grupo de entidades de esboço tratado como um todo, a partir do qual se podem criar peças numa montagem descendente.
• Colisão / interferência: sobreposição indevida entre dois componentes.
• Componente fixo: componente preso à origem da montagem, sem graus de liberdade.
• Conjunto (montagem, assembly): modelo que reúne várias peças e ferragens numa montagem coerente.
• Fluência: aumento lento da deformação de um material sob carga permanente.
• Grau de liberdade: possibilidade de translação ou de rotação livre de um componente; um corpo livre no espaço tem seis.
• Legenda: zona do desenho com título, escala, método de projeção, autor, data, revisão e material.
• Lista de peças (BOM): tabela com número, designação, quantidade, material e dimensões de cada componente.
• Montagem ascendente (bottom-up): peças modeladas primeiro e depois montadas.
• Montagem descendente (top-down): peças desenhadas no contexto da montagem.
• Padrão: multiplicação de um componente segundo uma direção, um eixo, um padrão da peça ou um plano de simetria.
• Referência geométrica: face, aresta, vértice, eixo, plano ou ponto em que uma relação se apoia.
• Relação de limite: relação de distância ou de ângulo que varia entre um mínimo e um máximo.
• Relação de montagem: definição de como dois componentes se posicionam entre si.
• Relação mecânica: relação que liga o movimento de dois componentes (engrenagem, came, pinhão e cremalheira).
• Sobredefinido: componente com relações contraditórias ou impossíveis de satisfazer.
• Subconjunto: montagem inserida noutra montagem.
• Subdefinido: componente com graus de liberdade ainda livres.
• Totalmente definido: componente sem graus de liberdade livres por efeito das relações.
• Vista explodida: representação que afasta os componentes ao longo de direções de montagem, mostrando o seu encaixe.

Síntese

Modelar um conjunto em CAD 3D segue sempre a mesma lógica:

1. Ler o desenho e as especificações, e perceber materiais e processos de fabrico.
2. Configurar o software: unidades, modelos, propriedades, pastas, biblioteca.
3. Importar ou modelar os componentes, confirmando unidades e orientação.
4. Montar: um componente fixo, os outros por relações; subconjuntos para o que se repete; blocos de esboço para o conceito.
5. Contar graus de liberdade passo a passo e deixar livres só os que têm função.
6. Multiplicar os elementos repetidos com padrões e espelhos.
7. Verificar interferências, colisões em movimento e folgas.
8. Explodir o conjunto pela ordem inversa da montagem.
9. Simular movimento, esforços e ambiente, com estimativa à mão ao lado.
10. Desenhar, pré-visualizar e imprimir à escala, segundo as normas de desenho, segurança e qualidade.

É este fluxo, aplicado com rigor, que transforma peças soltas num móvel pronto para a oficina.

Exercícios resolvidos

1. Um conjunto tem uma porta com dobradiça já relacionada, mas ao arrastar a porta ela não roda. O que verificas primeiro?

Resolução: o estado da porta na árvore de montagem. Se aparecer como totalmente definida, há uma relação a mais a bloquear a rotação (por exemplo, uma coincidência entre a face da porta e a frente da lateral, ou uma relação de ângulo com valor fixo em vez de uma relação de limite). Remove-se ou converte-se essa relação, deixando a concêntrica no eixo e a coincidência que fixa a altura. Se o subconjunto da dobradiça estiver definido como rígido, define-se como flexível.

2. Porque é que importar um componente de catálogo exige confirmar as unidades, mesmo que o ficheiro pareça correto no ecrã?

Resolução: porque o programa pode ler o valor numérico na unidade errada, criando um componente com a forma certa mas o tamanho errado por um fator de 25,4. No ecrã, sem outras peças por perto, isso não se nota. Só medindo uma dimensão conhecida (o copo de 35 mm de uma dobradiça) se confirma a escala.

3. Uma calha tem 12 furos a 32 mm entre centros. Que distância há entre o primeiro e o último furo, e que ferramenta usas para colocar os suportes?

Resolução: (12 - 1) × 32 = 11 × 32 = 352 mm. Usa-se um padrão linear (ou, melhor, um padrão comandado pelo padrão de furos da peça) a partir de um suporte já relacionado no primeiro furo.

4. Uma lateral é presa à base por três coincidências plano-plano em faces perpendiculares entre si. Quantos graus retira cada uma e com quantos fica a lateral?

Resolução: a primeira retira 3 (uma translação e duas rotações), a segunda retira 2 (uma translação e uma rotação, porque a outra rotação já tinha saído), a terceira retira 1 (a última translação). Total 6: a lateral fica totalmente definida, com 0 graus livres.

5. Uma gaveta colide com uma travessa interior só quando está quase totalmente aberta. Porque é que a deteção de interferências na posição fechada não apanhou este erro?

Resolução: porque a deteção de interferências analisa só a posição atual. A colisão só existe durante o movimento. É preciso mover a gaveta ao longo de todo o curso com a deteção de colisões ativa, ou verificar em várias posições intermédias.

6. Uma prateleira de 19 mm, com 800 mm de vão, dá numa estimativa 3,0 mm de flecha. Quanto dá, aproximadamente, se o vão passar a 600 mm, mantendo tudo o resto?

Resolução: a flecha é proporcional a L⁴. (600 ÷ 800)⁴ = 0,75⁴ ≈ 0,316. Flecha ≈ 3,0 × 0,316 ≈ 0,95 mm. Reduzir o vão em 25 % reduz a flecha para menos de um terço.

7. Um armário de 1800 mm de altura vai ser desenhado a 1:10. Quanto mede o alçado no papel e que valor se escreve na cota da altura?

Resolução: no papel, 1800 ÷ 10 = 180 mm. Na cota escreve-se 1800, sem unidade, porque a cota indica sempre a medida real.

8. Que informação tem de estar sempre atualizada na legenda de um desenho depois de uma revisão ao modelo?

Resolução: o número de revisão e a data, no mínimo, e a descrição da alteração na tabela de revisões. Quem recebe o desenho tem de saber que trabalha com a versão em vigor.

9. Explica a diferença entre uma vista explodida bem construída e uma mal construída.

Resolução: a bem construída afasta os componentes por subconjuntos, pela ordem inversa da montagem e segundo as direções reais de encaixe, com linhas de trajetória e balões; lê-se como uma instrução. A mal construída afasta tudo à mesma distância e em direções arbitrárias, com parafusos a flutuar longe das peças a que pertencem.

10. Uma estante de 1800 mm de altura, 300 mm de profundidade e 40 kg tomba com uma força horizontal no topo de cerca de 33 N. Que decisões de projeto resultam deste número?

Resolução: o número mostra que a estante, solta, tomba com uma força muito pequena. Decisões: prever fixação à parede (ferragem modelada, furos e posição indicados no desenho e nas instruções de montagem), aumentar a profundidade da base ou baixar o centro de gravidade (por exemplo, pondo peso em baixo), e verificar o projeto contra os requisitos de estabilidade da EN 14749.