Metodologia construtivista: projeto e fabricação de uma máquina caseira de corte e gravuras a laser

With the help of the fourth industrial revolution, also known as Industry 4.0, there was an integration of cyberphysical systems, merging the real with the virtual and connecting digital, physical and biological systems, enabling a mass customized production (SUCEG UFSC, 2017). From this, you need technological methods, sustainable design, the project features as the main development of a laser engraving machine, it is better than student learning, and especially the engineering course. of the rights acquired in the classroom. Key-words: industry, application, technology, laser, mechanical. Brazilian Journal of Development Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 27962-27969, nov. 2019. ISSN 2525-8761 27963 1 INTRODUÇÃO A indústria 4.0 está revolucionando a forma como são produzidos os bens, as tecnologias empregadas nos processos de produção, e está possibilitando a personalização da produção, e fomentando a inovação nos modelos de negócios [1]. A partir desses avanços tecnológicos, e de conceitos sustentáveis, o projeto apresenta como proposta o desenvolvimento de uma máquina caseira de corte e gravuras a laser, que visa facilitar e enriquecer o aprendizado de estudantes, principalmente do curso de engenharia, por meio de vivência prática dos conceitos adquiridos em sala de aula. Atualmente uma das grandes dificuldades dos estudantes, é vivenciar na prática os conceitos adquiridos em sala de aula, sem antes ter prévio contato durante o curso de formação, trazendo assim dificuldades de inserção no mercado de trabalho. Krasilchik [2] defende que, em meio às modalidades didáticas existentes, dentre as quais cita aulas expositivas, demonstrações, excursões, discussões, aulas práticas e projetos, como formas de se vivenciar o método científico, as aulas práticas e projetos sejam os mais apropriados. Dentre as principais funções das aulas práticas, essa autora cita: despertar e manter o interesse dos alunos; compreender conceitos básicos; desenvolver a capacidade de resolver problemas; envolver os estudantes em investigações científicas e desenvolver habilidades. Para elaboração da máquina caseira de corte e gravuras a laser serão necessários materiais que podem ser encontrados com facilidade em casas de reciclagem, sites, ambos com um custo acessível. Estima-se que o custo final do projeto seja em torno de mil e quinhentos reais, baixo diante dos demais similares encontrados no mercado. A máquina se destaca dos demais processos de corte, pois apresenta como característica corte e gravuras de alta precisão e versatilidade, além de agilidade em seu processo, com baixo custo de fabricação, os principais materiais para corte e gravação são mdf, papéis, placas de até 1mm de alumínio entre outros de espessura fina. O objetivo geral do projeto é a concepção da máquina, e a aplicação em salas de aula para auxiliar no desenvolvimento do aluno nas atividades práticas. 2 MATERIAIS E MÉTODOS Os principais materiais para sua elaboração são motores coupler, arduíno uno, laser driver, motores nema, power supply, pilow block, guias lineares, suportes de guias lineares, acoplador de motor, base de acrílio/mdf, correia gt2, além de parafusos, porcas. Segundo Polastrini [3] desenvolver uma máquina CNC caseira, tem como vantagem o baixo custo, pois será feita com componentes encontrados no mercado nacional e de forma a demandar a mínima mão de obra possível, assim como pouco conhecimento técnico eletroeletrônico e mecânico do usuário para sua construção e montagem. Brazilian Journal of Development Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 27962-27969, nov. 2019. ISSN 2525-8761 27964 Visando tornar o projeto uma ferramenta versátil e de qualidade, mantendo-a com hardware e software abertos, de modo a permitir seu uso nas mais diversas aplicações em educação, pesquisa e pequenas produções industriais. Os sistemas de corte a laser não podem ser operados manualmente, pois o processo envolve alta concentração de energia, uma vez que o feixe deve ser muito concentrado e o corte ocorre a velocidades muito altas [4]. O equipamento mais comum consiste em mesas moveis, com capacidade de movimentação segundo os eixos x, y e z. Os eixos x e y determinam as coordenadas de corte, enquanto o eixo z serve para corrigir a altura do ponto focal em relação a superfície da peça, durante o corte esta distância é afetada por deformações (INFOSOLDA, 2008). 3 DESENVOLVIMENTO Sua estrutura base, será composta por uma mesa de material mdf e por guias lineares (Figura 1), que possibilitam o sistema de movimentação e estrutura por coordenadas x, y, e fazem com que o feixe do laser se movimente através dos eixos. Figura 1: Mesa de coordenadas De acordo com Madison [5], o sistema de coordenadas cartesianas com seus três eixos lineares (X, Y e Z) é adotado como eixos lineares primários de deslocamento da máquina, porém a capacidade de rotação em torno destes eixos gera mais 3 eixos ditos angulares. A rotação em torno do eixo X recebe o nome de eixo rX ou eixo A; já a capacidade de rotação em torno do eixo Y é chamada de eixo rY ou eixo B; e no eixo Z é chamado de eixo rZ ou eixo C (Figura 2). Brazilian Journal of Development Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 27962-27969, nov. 2019. ISSN 2525-8761 27965 Figura 2: Sistema de Coordenadas [5]. 3.1 MOTOR DE PASSO O motor de passo (Figura 3) realiza a movimentação do módulo laser através das guias lineares (Figura 4) através das coordenadas para realização do corte, e através dos eixos a transmissão da rotação dos motores. Segundo Brites e Santos [6] um motor de passo pode ser uma boa escolha sempre que movimentos precisos são necessários. Eles podem ser usados em aplicações onde é necessário controlar vários fatores tais como: ângulo de rotação, velocidade, posição e sincronismo. O ponto forte de um motor de passo não é a sua força (torque), nem sua capacidade de desenvolver altas velocidades ao contrário da maioria dos outros motores elétricos mas sim a possibilidade de controlar seus movimentos de forma precisa. Figura 3: Motor de Passo Nema Figura 4: Guias Lineares 3.2 LASER Na máquina será utilizado um módulo laser de 15W (Figura 5), que produz um feixe de luz concentrado, obtido por excitação dos elétrons de determinados átomos, utilizando um veículo ativo líquido (dióxido de carbono). A tecnologia de corte e gravuras a laser é baseada na interação entre a Brazilian Journal of Development Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 11, p. 27962-27969, nov. 2019. ISSN 2525-8761 27966 radiação luminosa e a matéria. Esta tecnologia destaca se pela diversidade de aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento técnico e cientifico [7] O laser é um instrumento simples que usa luz ao invés de energia mecânica. É uma ferramenta que permite o usuário controlar a forma e a quantidade de energia dirigida a um determinado lugar [7]. O feixe de luz produz intensa energia na forma de calor.