Curvamento de materiais planos rígidos por padrões de corte produzidos via fabricação digital : estudo da aplicação em MDF de diferentes espessuras

Abstract

Em projetos de arquitetura e design baseados em fabricação digital a execução de formas curvas é limitada pelos materiais aplicáveis a esses processos, comumente planos e rígidos. Nesse contexto, este trabalho investiga a técnica de kerfing, que consiste no curvamento de materiais rígidos por cortes padronizados, e os efeitos da mudança de espessura do material na curva resultante, visando aumentar a confiança na prototipagem da técnica em escala reduzida. Propõe-se um método de corte e avaliação da curvatura, baseado em: simulação da geometria-alvo e planificação por software paramétrico, fabricação de protótipos, curvamento em arco, digitalização 3D e análise geométrica digital. Foram feitos experimentos com variação dos parâmetros geométricos dos cortes em MDF de 3 mm para seleção daqueles ideais para ampliação da escala em MDF de 6, 9 e 18 mm. A variação de parâmetros geométricos indicou que a flexibilidade é reduzida com a subdivisão dos cortes e ampliada com a sobreposição desses. Peças muito rígidas formaram arcos deformados, elípticos; peças mais flexíveis porém rígidas para a obtenção precisa da geometria-alvo projetaram-se para fora dessa; peças suficientemente flexíveis coincidiram com a geometria-alvo, contendo pontos de maior deformação. O kerfing causou deformações superficiais na geometria (alteração dos vazios de corte e projeção das laterais dos segmentos em torção para fora da geometria), acentuadas em peças mais rígidas. Constatou-se que o aumento da espessura acarreta em maior rigidez das peças pela maior dificuldade de torção e flexão de seus segmentos, entretanto essa rigidez é amenizada pela diferença nas propriedades intrínsecas do MDF (como Módulo de Young e de cisalhamento), que tornam a peça mais flexível. Concluiu-se que o modelo em escala reduzida pode servir de referência para um projeto com kerfing, porém podem ser necessários ajustes nos parâmetros geométricos para adequar os resultados à diferença de material.

In architecture and design projects based on digital fabrication, the production of curved geometries is limited by the commonly flat and rigid materials applicable to it. In this context, this work investigates the kerfing technique, which consists in bending rigid materials by the application of cut patterns, and the effects of material thickness change on the resulting curve, aiming to increase confidence in the prototyping of the technique on a small scale. A method of cutting and evaluating curvature was proposed, based on: target geometry simulation and parametric software planification, prototype fabrication, bending, 3D scanning and digital geometric analysis. Experiments were carried out with variation of the geometric parameters of the 3 mm MDF cuts to select those ideal for expanding the scale to 6, 9 and 18 mm MDF. The variation of geometric parameters indicated that the flexibility is reduced with the subdivision of the cuts and increased with the overlapping of these. Very rigid samples formed deformed, elliptical arcs; more flexible yet rigid samples for the precise obtainment of the target geometry protruded out of it; sufficiently flexible parts coincided with the target geometry and contained points of greater deformation. Kerfing caused superficial deformations in the geometry (alteration of the cut voids and projection of the sides of the segments in torsion out of the geometry), accentuated in more rigid samples. It was found that the increase in thickness leads to greater stiffness of the set due to the greater difficulty of torsion and bending of its segments, however this stiffness is mitigated by the difference in the intrinsic properties of MDF (such as Young and Shear Modulus), which make the piece more flexible. It was concluded that the reduced scale model can serve as a reference for a project with kerfing, however adjustments in the geometric parameters may be necessary to adapt the results to the material difference.