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Design de produto e a pratica de construção
de modelos e protótipos
Luis Henrique Alves Cândido
Wilson Kindlein Júnior
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Título
Design de produto e a pratica de construção de modelos e
protótipos
Autores
Luís Henrique Alves Cândido
Wilson Kindlein Júnior
Ilustrações
Luís Henrique Alves Cândido
Data de edição
Janeiro de 2009
Edição
Este trabalho encontra-se registado no site do ndsm, sendo agora a sua
publicação e distribuição gratuita, sob a forma de e-book, efetuada com a
autorização dos autores. É permitida a sua impressão e redistribuição em
papel ou suporte digital, desde que isso seja feito sem propósitos
comerciais e todo o seu conteúdo permaneça inalterado.
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Sumário
Materiais.........................................................................................4
Modelos e protótipos......................................................................9
Método...........................................................................................12
Materiais........................................................................................13
Resultados.....................................................................................16
Conclusões....................................................................................17
Bibliografia.....................................................................................19
4
Materiais
Os materiais sempre estiveram presentes na evolução do homem,
mesmo sem entender essa interdependência, esses materiais eram
utilizados pelo fato da sobrevivência humana. Mas, ao longo do
tempo, essa prática foi sendo incorporada a todas as culturas,
tornando-se substância de realização em todas as esferas das
civilizações.
Basta lembrar que as diversas eras, pelo qual o homem passou, são
caracterizadas pelo grau de desenvolvimento e utilização dos
materiais, como a idade da pedra, idade do bronze, idade do ferro, e
outros (Van Vlack, 1970).
O Designer tem como uma de suas incumbências transformar os
materiais e tecnologias existentes em objetos de uso, ou seja, a
materialização do contato do homem com o meio, através da forma
tridimensional-fisica do objeto (Kindlein, 2001). Por mais avançada
que seja a concepção de um projeto, ele fracassará se não resultar
em objeto funcional. Portanto, o conhecimento dos processos de
fabricação e dos materiais é indispensável para que o Designer
consiga materializar um projeto conceitual ou ideológico (Ashby and
Johnson, 2003).
Muitas propriedades dos materiais, tais como limite de escoamento,
limite de resistência, tenacidade à fratura, resistência ao desgaste e
resistência à corrosão dependem da estrutura do material. Essas
5
propriedades são classificadas como propriedades físicas, químicas
e mecânicas, e devem ser consideradas a cada aplicação. Os
processos são aplicados quando os materiais precisam adquirir
forma e dimensões para serem utilizáveis na indústria e são
definidos também em função das propriedades dos materiais e das
características necessárias, para fazer frente às condições de
serviço da peça ou do conjunto de peça. Por fim, tem-se o
desempenho, que demonstra como os materiais se comportam nas
condições de serviço (Ciência dos Materiais, 2007).
Sobre os materiais, Kindlein et all (2003), descreve que o Designer
já não se encontra perante a um número restrito de materiais com
propriedades conhecidas e constantes, e esta sim, diante de um
enorme e crescente campo de possibilidades advindas da crescente
multiplicação de tipos de materiais e de processos de fabricação.
A multiplicidade de possibilidades de escolha dos materiais e
processos que afetam de forma diferenciada distintos grupos sociais
e de interesse, bem como o ambiente e a qualidade de vida,
caracterizam a dimensão das inovações que hoje são possíveis na
área do Design. Dentre estas inúmeras possibilidades, a viabilidade
de utilização de um determinado material ocorre desde que suas
propriedades físicas, mecânicas, químicas, o custo e sua
disponibilidade no mercado, possam atender as especificações de
projeto (Baxter, 2000). Em contrapartida, o desenvolvimento do
produto pode ser descartado, devido às incertezas que podem ser
geradas principalmente quanto à usabilidade do produto.
6
Na concepção atual de um produto, é possível utilizar materiais e
processos de fabricação que até pouco tempo não eram sequer
considerados (Ashby and Johnson, 2003). Desta forma, as
tendências muitas vezes criadas pelo Design inovador, impõem
necessidades que são atendidas, porque existe uma condição para
isso, e é neste cenário, de quase infinita possibilidade de utilização
de materiais, que o Designer passa a ter a necessidade de adquirir
conhecimentos até então específicos das engenharias, e assim,
desenvolver o conhecimento sobre a correta seleção dos materiais
aplicado ao projeto de produto (Callister, 2004, Ashby and Johnson,
1998).
Ocorre que, mesmo para a engenharia estes conhecimentos,
baseados em ciência e tecnologia, vêm sendo suplantados
freqüentemente, com tempos cada vez mais curtos entre a pesquisa
e a disponibilidade do material para o mercado, e isso certamente é
estimulado pela concorrência entre os desenvolvedores de matérias-
primas. No campo do Design, os ciclos de criação e maturação das
idéias são também cada vez mais rápidos, não sendo raro um
produto manter-se no mercado por apenas 30 ou 40 semanas.Para
Löbach (2001), um dos critérios principais na produção industrial é o
uso econômico dos materiais para o desenvolvimento do produto.
Neste sentido, a seleção de materiais tem o papel fundamental de
classificar os materiais segundo as características desejadas no
produto.
7
Ainda segundo Löbach (2001), a natureza da superfície aparente
dos produtos industriais, tem uma grande influência sobre seu efeito
visual, e que, na maioria das vezes, depende da correta escolha dos
materiais e do acabamento superficial. Assim, sensações como frio,
calor e texturização, podem ser repassados ao usuário através da
superfície externa do produto. Segundo Munari (1998), é inútil
pensar em soluções de projeto que desconsiderem os dados
relativos aos materiais e às tecnologias de transformação, pois
essas duas áreas precisam caminhar paralelamente para que ocorra
uma perfeita sinergia entre o produto e a seleção de seus materiais.
Para Ashby e Johnson (2003), os produtos alcançam sucesso com
uma combinação entre o bom projeto técnico e o projeto industrial
criativo, onde os materiais e os processos são usados para fornecer
a funcionalidade, a usabilidade e a satisfação na compra. Este
último, a satisfação, é extremamente influenciada pela estética do
produto, pelas associações que o usuário faz no momento da
compra e pelas percepções, muitas vezes intuitivas, que o produto
transmite ao usuário. Segundo Baxter (2000), pesquisas realizadas
em mais de 500 produtos, demonstraram que desde a primeira idéia
até se chegar a produtos lucrativos, existe uma taxa de mortalidade
de 95%. Isso pode ser explicado, pelo fato de que o usuário mudou
seu perfil, ou seja, esta mais informado, mais exigente e com altas
expectativas sobre a qualidade e eficiência do produto.
Segundo Lesko (1999), estudantes de Design Industrial deveriam ter
uma compreensão da área de materiais e métodos de fabricação já
8
no princípio de seu currículo. Isso é um aspecto importante, pois à
medida que o aluno avança no curso, a exigência na complexidade
dos projetos vai aumentando, e conhecer as áreas descritas torna-
se fundamental. Porem, sem o conhecimento básico sobre materiais
e das possibilidades de fabricação, esses estudantes poderiam
apenas idealizar um produto virtualmente, limitados pelo fato do
desconhecimento sobre como fabricar e especificar as
características desejáveis dos materiais. Mas, segundo Lesko
(1999), com uma boa base de conhecimento sobre materiais e
processos, o acadêmico é capaz de propor soluções para o projeto
de produto e confiar na viabilidade de fabricação. Dentro deste
contexto, a atividade da seleção dos materiais exerce forte
influência, pois, o material escolhido deve se adequar perfeitamente
ao conjunto de atributos esperados do produto, como a forma
almejada, usabilidade e respeito ao meio-ambiente (Kindlein,2006).
Manzini e Vezzoli (2005) descrevem que, para o desenvolvimento
de um produto, não há atualmente apenas um material que se
mostra como uma escolha óbvia, mas que existem inúmeros
materiais diferentes que podem atender as necessidades
esperadas. Conforme Waterman e Ashby (1991) existem
atualmente, milhares de materiais como metais, polímeros,
cerâmicos, vidros, elastômeros e compósitos que podem ser
utilizados na fabricação de produtos. Diante desse fato, a seleção do
material é de extrema importância, e sua correta classificação,
durante a fase projetual, pode influênciar no sucesso ou fracasso do
produto.
9
Ferrante (1996) descreve que além das propriedades e dos
processos de fabricação, os suprimentos, os custos, as
certificações, os acabamentos e a reciclagem, são as principais
características a serem abordadas para a correta seleção dos
materiais. Segundo Lennart e Kevin (2003), para um produto ser
bem aceito e ter uma boa chance de sucesso, o usuário deve
compreender as vantagens físicas do produto, em relação aos
similares, devendo aceitá-las e propor-se a aprendê-las.
A seleção clássica dos materiais envolve a especificação
sistemática de exigências físicas, mecânicas e químicas para o qual
o produto foi desenvolvido. Tais métodos, como, por exemplo, os
mapas de seleção, são interessantes para a seleção teórica do
material, mas, quando é preciso levar em consideração aspectos
cognitivos, essa forma clássica de seleção tem seu efeito reduzido.
Então, segundo Ashby e Johnson (2003), para minimizar essa
questão, devemos contar com a experiência do Designer no
desenvolvimento estético e de usabilidade do produto, e assim,
incluir os aspectos cognitivos no produto projetado.
Modelos e protótipos
Muitos de nós aprendemos pela primeira vez sobre protótipos, ainda
quando criança, seja na sala de aula, criando brinquedos ou
inventando jogos. No desenvolvimento de projetos é indispensável à
elaboração de modelos e protótipos, que permitam verificar a
10
validade das soluções propostas nas representações
bidimensionais. Segundo Santos (2005), modelos e protótipos
físicos tridimensionais são fundamentais para o desenvolvimento de
produtos, para o planejamento da produção, do set-up de máquinas,
da avaliação do lay-out fabril e para ensaios de desempenho do
produto. Essa pratica, permite ao profissional de Design a análise e
avaliação do objeto em estudo, como por exemplo, na forma do
produto, nas cores aplicadas, na textura, no acabamento, nos
detalhes, na funcionalidade e adequações ergonômicas. Conforme
Santos (2005), modelos e protótipos podem ser empregados na
pesquisa sobre experiências de uso, pois podem determinar a
continuação de um projeto, sua alteração ou total abandono.
A maioria das pessoas tende a assimilar melhor as informações
sobre um produto, se essa informação for transmitida através de um
modelo ou protótipo físico, se comparado a modelos virtuais, isso
porque através dos objetos físicos, várias percepções do ser
humano são estimuladas (Santos, 2005). Conforme Pertence et all
(2001), a percepção tridimensional se desenvolve à medida que um
indivíduo vivencia o espaço, principalmente através da visão e do
tato, que são responsáveis por captar estímulos, como brilho,
sombra, cor, frio, calor e outros. Estes estímulos são processados
pelo cérebro que assim elabora a forma, a proporção, a posição e a
orientação do produto no espaço. Após essa etapa, o cérebro
compara, classifica e interpreta essa nova informação com modelos
observados anteriormente.
11
Segundo Forti (2005), os modelos e protótipos tridimensionais
físicos trazem diversas vantagens para o ambiente de projeto, isso
porque anulam o esforço cognitivo de se interpretar palavras ou
imagens totalmente bidimensionais. Ainda segundo Forti (2005), o
grande problema dos modelos virtuais, em relação aos modelos e
protótipos reais, é a impossibilidade da interação diretamente com
estes, ou seja, tocá-los fisicamente. Portanto, embora os modelos
virtuais ofereçam diversas vantagens em relação aos modelos e
protótipos físicos, estes não descartam a utilização de modelos reais
na aprovação final de um produto.
Conforme escrito em Alvarez (2004), Hans Gugelot na década de
1960, desenvolveu uma metodologia de projeto, com uma seqüência
de atividades projetuais básicas para o Design de produtos
industriais, e que atualmente servem de base para os cursos de
Design. Essa proposta consiste nas seguintes fases: fase de
informação, fase analítica, fase de projeto, fase de decisão, fase de
cálculos e adaptações e fase da construção de modelos e
protótipos. Mesmo que essa nomenclatura mude em alguns
currículos, o objetivo é o mesmo, ou seja, proporcionar a
compreensão do processo de elaboração física de um produto. Em
muitos casos, os tipos de materiais e processos apresentados, ficam
restritos a estrutura física de cada instituição, ou seja, para cada tipo
de material são necessários processos e equipamentos específicos.
Assim, como a pratica do ensino da disciplina de modelos e
protótipos, o ensino sobre materiais é uma atividade existente em
12
diversos cursos de Design do Brasil. Porem, essas duas disciplinas
– materiais, modelos e protótipos - raras vezes são ensinadas em
conjunto, ou seja, não existe um plano didático que possibilite a
integração total dessas duas importantes matérias.
Neste sentido, a proposta deste trabalho é a de apontar um método
de ensino sobre modelos e protótipos, e de como aliar essa
disciplina à área de materiais, proporcionando assim, ao acadêmico
de Design, uma visão mais ampla sobre questões relativas ao
projeto físico do produto.
Método
O estudo de caso, apresentado na figura 2, tem como estratégia de
ensino, proporcionar ao acadêmico uma ampla visão sobre materiais
através da pratica manual dirigida. A importância dessa sistemática
é a de possibilitar uma experiência de contato físico com os
materiais e seus respectivos processos, como por exemplo, a
colagem, o corte, a dobra e outros. A metodologia aplicada é
constituída por seis etapas que são apresentadas na figura 1.
Figura 1 – Metodologia para modelagem
13
Na primeiramente etapa é apresentada ao acadêmico, através de
um desenho técnico detalhado, uma proposta de produto a ser
construído e que dimensionalmente é trabalhado em escala
reduzida. Cada proposta tem como base principal, utilizar um dos
cinco tipos de materiais, classificados entre, cerâmicos, compósitos,
naturais, poliméricos e metálicos. Nesta etapa, o acadêmico é
orientado também, a selecionar aleatoriamente outro tipo de
material, e aplica-lo em conjunto com o material base.
Na segunda etapa inicia-se a fabricação do modelo, utilizando para
isso as ferramentas necessárias e especificas para o manuseio dos
materiais selecionados. Após, a fabricação de todas as peças, é
iniciada a etapa de acabamento base, empregando para isso, as
ferramentas específicas para o material utilizado. Na etapa de pré-
montagem é avaliada a funcionalidade do modelo. Após, a
aprovação funcional, é realizada a pintura das partes ou do
conjunto. A montagem final é concluída, somente após a finalização
das etapas anteriores.
Materiais
A figura 2 apresenta os produtos desenvolvidos por acadêmicos, do
Curso de Design de Produto da UFRGS, tendo como referência a
classificação dos materiais. A ordem de execução dos trabalhos
pode ser invertida, se houver necessidade de adequação a estrutura
existente em cada curso. Nos exemplos apresentados, fabricados
com materiais compósitos e metálicos, pode-se verificar o diferencial
14
gráfico para uma mesma proposta de trabalho. Isso é devido ao fato
de que o acadêmico pode criar sua própria estrutura gráfica e aplica
- lá em seu trabalho. Essa pratica é de fundamental importância,
pois possibilita a troca de informações entre os próprios
acadêmicos, além de permitir o contato com outros tipos de
materiais.
Figura 2 – Estudo de caso 1
O primeiro material utilizado é classificado como cerâmico, e pode
ser argila ou massa de modelar. O segundo material utilizado é
classificado como compósito, como por exemplo, as fibras. No caso
apresentado o acadêmico agrega, alem do material proposto, mais
oito tipos diferentes de texturas, que podem ser naturais ou
industriais. O terceiro material utilizado é classificado como natural,
15
como por exemplo, a madeira oriunda de sobras de construção ou
de reflorestamento. Neste caso, o acadêmico tem como requisito
utilizar o material proposto, e gerar um diferencial gráfico com outros
tipos de materiais. A tabela 2 apresenta os produtos desenvolvidos e
o material utilizado em sua fabricação.
Tabela 2 - Materiais e proposta de trabalho
Na aplicação dos polímeros, a proposta de produto foi livre, ou seja,
o acadêmico apresenta um projeto de produto e o constrói. Porém, o
requisito principal, é de que o material seja utilizado na fabricação
da estrutura principal do produto. Esse requisito é proposto, para
que sejam avaliadas in loco as características estruturais do modelo.
A proposta de produto livre pode ser empregada a qualquer uma
das cinco classificações dos materiais. O último material utilizado é
classificado como metálico. Neste caso, o acadêmico tem de criar
um diferencial gráfico no produto, podendo utilizar para isso outros
tipos de materiais.
Materiais Produto desenvolvido
Cerâmicos
A1 – Desenvolvimento de figuras geométricas
A2 – Execução de produtos existente – tema livre
A3 – Execução de produtos existente – tema livre
Compósitos
B1 – Produto fabricado a partir de desenho técnico com textura livre
B2 – Produto fabricado a partir de desenho técnico com textura livre
B3 – Produto fabricado a partir de desenho técnico com textura livre
Naturais
C1 – Produto fabricado a partir de barras de material natural – tema livre
C2 – Produto fabricado a partir de barras de material natural – tema livre
C3 – Produto fabricado a partir desenho técnico – textura livre
Poliméricos
D1 – Aplicação de polímero em conjunto com compósito – tema livre
D2 – Aplicação de polímero em conjunto com compósito – tema livre
D3 – Aplicação de polímero em conjunto com compósito – tema livre
Metálicos
E1 – Produto fabricado a partir desenho técnico – textura livre
E2 – Produto fabricado a partir desenho técnico – textura livre
E3 – Produto fabricado a partir desenho técnico – textura livre
16
Resultados
O estudo de caso apresenta um dos primeiros momentos, em que o
acadêmico tem contato direto com os materiais e da possibilidade
de construção de objetos, onde a materialização do produto é um
dos principais desafios propostos nesta pratica. O processo aplicado
procura incentivar, através dos materiais, a aplicação de alguns
sentidos humanos, tais como o tato, a visão, a audição e olfato. Isso
possibilita ao acadêmico desenvolver ou aprimorar sua habilidade
manual, sua visão espacial e a tridimensionalidade do produto.
Os produtos propostos podem ser criados conforme a condição
especifica de cada instituição. O importante é que sejam
desenvolvidos, empregando-se as classes dos materiais
apresentados na figura 2, podendo ainda, ser utilizados outros tipos
de materiais. Outro ponto importante a ser destacado é o fato de o
acadêmico poder apresentar uma proposta de produto e construí-lo.
Isso tende a incentivá-lo no aperfeiçoamento do modelo e
consequentemente aprimorar sua noção espacial em 3D.
A metodologia apresentada tem demonstrado que o acadêmico de
Design vem entendendo a importância da pratica manual com
diversos materiais. Essa pratica tende a proporcionar, uma visão
mais critica sobre as facilidades e dificuldades da fabricação de um
produto e o que isso representa em um processo industrial real.
17
Conclusões
Modelos e protótipos físicos reduzem o esforço cognitivo de
interpretar palavras ou imagens virtuais, e trazem ao mesmo tempo
a possibilidade da idealização física do produto. Quando
apresentado diretamente ao usuário, esse pode tocar no produto,
sentir sua textura, seu cheiro, e outras sensações importantes em
uma decisão de compra. Atualmente, uma da empresas mais
inovadoras do globo, a IDEO, utiliza a pratica da fabricação de
modelos e protótipos físicos, como ferramenta essencial na
resolução de problemas e para a criação de produtos inovadores.
Hoje em dia, na área industrial e na pesquisa, a prototipagem é uma
técnica conhecida e consagrada, sendo aplicada, por exemplo, para
estudo de produtos, desenvolvimento de biomodelos, produção em
série e outras. Os modelos virtuais também têm seu espaço e sua
aplicação tanto no ensino, na pesquisa, na área industrial e vem
revolucionando e agilizando o lançamento de novos produtos.
Porem, o contato físico com os materiais é de extrema importância
para a aprendizagem de acadêmicos de Design e de outras áreas.
Neste sentido, o trabalho apresentado demonstra que o contato
direto com diversos tipos de materiais, pode transmite experiências
importantes no aprendizado acadêmico. Esse fato contribui para
fortalecer o valor da pratica do ensino sobre os materiais, em
disciplinas de modelagem e prototipagem manual, em disciplinas de
projeto de produto e disciplinas afins. Assim, as propriedades dos
materiais, a relação estrutura e função e os processos de
18
fabricação, podem ser avaliadas fisicamente quando são
empregadas estratégias de ensino que contemplem essas questões.
19
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