Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks by Grupo Lidel

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Índice Introdução........................................................................................................................ VII Capítulo 1

Conceitos Base 1 1.1. Tipos de concordância entre elementos geométricos.................................. 1 1.2. Características dos sólidos e das superfícies.............................................. 6 1.3. A interface do SolidWorks na modelação por superfícies............................ 8 1.4. Visualização de elementos do modelo 3D.................................................... 10 1.5. Desenho de curvas com a ferramenta “Spline” ........................................... 14 1.6. Modelos com vários corpos......................................................................... 31 Capítulo 2

Modelação de uma Jarra

2.1. Corpo da jarra............................................................................................... 39 2.2. Pega da jarra................................................................................................. 41 2.3. Transição entre o corpo e a pega................................................................. 44 2.4. Extremidade da pega.................................................................................... 49 2.5. Bordo da jarra............................................................................................... 53 Capítulo 3

Reparação de Modelos Importados

3.1. Reparação do modelo A............................................................................... 59 3.2. Reparação do modelo B............................................................................... 70 III

Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Capítulo 4

Modelação de uma Cadeira

4.1. Assento da cadeira....................................................................................... 81 4.2. Pernas da cadeira......................................................................................... 95 4.3. Pega da cadeira............................................................................................ 99 Capítulo 5

Modelação Alternativa de uma Cadeira

105

5.1. Assento da cadeira....................................................................................... 105 5.2. Pernas da cadeira......................................................................................... 111 Capítulo 6

Modelação de um Secador de Cabelo

127

6.1. Corpo do secador......................................................................................... 127 6.2. Pega do secador........................................................................................... 137 6.3. Transição entre o corpo e a pega do secador.............................................. 141 6.4. Extremidade da pega do secador................................................................. 145 6.5. Suporte do secador...................................................................................... 154 6.6. Aplicação de um fator de escala ao secador............................................... 161 Capítulo 7

Modelação de uma Garrafa

165

7.1. Corpo da garrafa........................................................................................... 165 7.2. Pega da garrafa............................................................................................ 173 7.3. Gargalo da garrafa........................................................................................ 176 7.4. Rosca do gargalo.......................................................................................... 182 7.5. Tampa da garrafa.......................................................................................... 185 Capítulo 8

Modelação de uma Mesa

193

8.1. Partição do “Sketch” do tampo da mesa..................................................... 193

Índice

8.2. Perna da mesa.............................................................................................. 195 8.3. Tampo da mesa............................................................................................ 199 8.4. Arredondamento das arestas com “Fillets”.................................................. 202 8.5. Arredondamento das arestas com superfícies............................................. 205 Capítulo 9

Modelação de um Rato de Computador

213

9.1. Corpo do rato................................................................................................ 213 9.2. Baixos-relevos do corpo do rato.................................................................. 224 9.3. Roda do rato................................................................................................. 236 9.4. Aplicação de um fator de escala ao rato...................................................... 243 Capítulo 10

Modelação de um Copo

249

10.1. Superfície base do copo............................................................................... 249 10.2. Deformação da superfície base.................................................................... 251 10.3. Fundo do copo............................................................................................. 256 10.4. Bordo do copo.............................................................................................. 258 10.5. Baixos-relevos no copo................................................................................ 268 Capítulo 11

Modelação de um Avião

273

11.1. Fuselagem do avião...................................................................................... 273 11.2. Entrada de ar para o motor........................................................................... 284 11.3. Leme vertical................................................................................................. 296 11.4. Leme horizontal............................................................................................ 299 11.5. Asa................................................................................................................ 305 11.6. Transição asa-fuselagem.............................................................................. 312 11.7. Tanques de combustível............................................................................... 321

11.8. Contorno da cabine...................................................................................... 325

Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Capítulo 12

Modelação de um Automóvel

329

12.1. Corpo do automóvel..................................................................................... 329 12.2. Habitáculo..................................................................................................... 346 12.3. Tomadas de entrada e saída de ar............................................................... 365 12.4. Faróis da frente............................................................................................. 367 12.5. Rodas............................................................................................................ 371 12.6. Faróis traseiros.............................................................................................. 373 12.7. Detalhes das janelas laterais e traseira......................................................... 376 12.8. Baixo-relevo nas portas................................................................................ 380 12.9. Espelhos retrovisores laterais....................................................................... 382 Índice Remissivo............................................................................................................. 393

Introdução A modelação com superfícies permite a geração de formas tridimensionais complexas que, apenas recorrendo à modelação com sólidos, seriam impossíveis ou extremamente difíceis de obter. O seu domínio é, assim, particularmente importante para profissionais de Engenharia e Design que trabalhem na conceção de produtos. Também de grande importância é o facto de, com elevada frequência, ser necessário recorrer ao uso de superfícies para se proceder à reparação de modelos 3D provindos de outros programas de modelação. Apesar de esta forma de modelar ser geralmente considerada um tópico avançado, dada a complexidade de ter de se gerar os modelos face a face, o excelente e intuitivo naipe de ferramentas de superfície que o SolidWorks possui facilita muito a vida ao utilizador, devido à sua facilidade de uso e à sua flexibilidade, sendo a abordagem global à modelação 3D muito enriquecida graças ao seu conhecimento. Com frequência, um modelo final 3D é resultado de uma mistura de operações com superfícies e sólidos – neste caso, a modelação é designada por mista ou híbrida. Assim sendo, a presente obra não se limita a abordar operações com superfícies, recorrendo também à modelação por sólidos sempre que se justificar. De referir que todos os exercícios terminam com o modelo tornado um sólido, pelo que, desta forma, será amplamente tratado o importante tópico da transição de um modelo de superfícies para um modelo sólido e vice-versa. Para tornar a presente obra mais focada e compacta, uma vez que já existem múltiplos recursos de aprendizagem das funcionalidades básicas do SolidWorks, assume-se que o leitor possui alguma familiaridade com o programa na sua vertente tradicional de modelação com sólidos, não pretendendo este livro ser de carácter introdutório.

Com o intuito de explanar de uma forma natural, com mais clareza e menos aridez, as diversas capacidades das diferentes ferramentas apresentadas, ao longo do livro, ao invés de se apresentarem isoladamente as funcionalidades de cada operação, estas serão expostas no contexto de exemplos práticos de construção de objetos 3D, sendo amiúde discutido o uso, em alternativa, de diferentes ferramentas e técnicas de modelação.

VII

Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

O emprego de esboços conceptuais executados à mão livre colocados em fundo, situação comum e que se reveste de singularidades próprias, é também abordado em profundidade, sendo a maioria dos exercícios deste livro iniciada desta forma. Conclui-se esta introdução salientando que o resultado final pretendido da leitura e da prática deste livro é proporcionar ao leitor o domínio de um conjunto de conhecimentos adicionais, de formas alternativas de modelação e do reforço de técnicas já conhecidas, esperando assim facultar maiores flexibilidade e à-vontade na abordagem dos desafios do dia a dia.

VIII

Modelação de uma Garrafa

Tal como nos capítulos anteriores, vamos iniciar a modelação da garrafa com a inserção das suas imagens de referência (disponíveis para descarregamento no site da FCA, em www.fca.pt). As imagens serão colocadas em “Sketches” criados nos planos originais do SolidWorks sem alterar as suas dimensões e, no final do desenho, se tal for necessário, procederemos a uma operação “Scale” para ajustar as dimensões globais do modelo.

7.1. Corpo da garrafa

Observando as imagens de referência frontal e lateral, constamos que a secção transversal “mais larga” da garrafa se situa não na base mas mais acima, aproximadamente na cota indicada pela seta na figura seguinte. Este aspeto é importante, pois o contorno reportado pela vista de cima de referência corresponde à forma da garrafa a essa cota.

Constatada esta situação, criamos um plano horizontal aproximadamente à cota assinalada pela seta, no qual desenhamos um “Sketch” com base na imagem de cima de referência. Começamos por criar uma linha auxiliar que passa pela origem do plano, linha essa que servirá para realizar uma operação “Mirror”, pois iremos desenhar com uma “Spline” apenas metade do contorno do “Sketch”. Em alternativa, poderia usar-se o plano frontal do SolidWorks para espelhar a “Spline”, dispensando-se a linha auxiliar. Uma condição de verticalidade tem de 165

Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

ser imposta aos manipuladores dos pontos extremos da “Spline”, tal como indicado pelas setas na figura seguinte, de forma a evitar a existência de arestas vivas entre as duas metades do contorno depois de efetuada a operação “Mirror”.

No plano de topo do SolidWorks, situado na base da garrafa, criamos agora um “Sketch” no qual projetamos o “Sketch” anterior, através da ferramenta “Convert Entities”. De seguida, realizamos uma operação “Offset” de 10 mm para o lado de dentro no “Sketch” projetado, de forma que a sua dimensão seja consistente com a imagem frontal de referência. Para que o “Sketch” projetado não interfira nas operações a realizar em etapas seguintes, convertemo-lo em elemento de construção, o que faz com que passe de linha contínua para linha traço ‑ponto.

De seguida, criamos um plano horizontal na parte superior da garrafa, na região do bocal, a uma cota que é sugerida pela imagem frontal de referência. Neste plano, desenhamos um “Sketch” com base na imagem de referência de topo, respeitando as mesmas condições dos “Sketches” anteriores. 166

Modelação de uma Garrafa

De acordo com a imagem frontal de referência, criamos agora no plano frontal um “Sketch” e nele desenhamos os contornos da garrafa com duas “Splines”. Aos pontos de controlo das “Splines” situados perto dos “Sketches” horizontais aplicamos relações “Pierce” para que as “Splines” os intercetem.

Antes de gerar a superfície do corpo da garrafa, e de maneira a conseguir moldar corretamente a sua forma lateral, precisamos ainda de desenhar curvas adicionais, baseadas na imagem lateral de referência. No entanto, dada a forma da garrafa, estas curvas adicionais não poderão estar situadas num único plano vertical lateral, facto que se ilustra na figura seguinte e se passa a detalhar. Com efeito, tendo em conta que a imagem de referência lateral da garrafa fornece o seu contorno lateral, isto é, os pontos com maior afastamento ao plano vertical de simetria, um plano lateral posicionado como o ilustrado na figura apenas interceta o “Sketch” horizontal de cima na sua cota máxima de afastamento (assinalado pelo V); o mesmo já não 167

Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

acontece no que diz respeito aos dois outros “Sketches” horizontais, conforme indicado pelas cruzes na figura.

Para ultrapassar este problema, criamos um “Sketch 3D” no qual desenhamos uma “Spline” com três pontos de controlo, cada um situado sobre o ponto de maior afastamento dos três “Sketches” horizontais relativamente ao plano frontal.

De seguida, olhando perpendicularmente ao plano lateral, e com base na vista de referência, ajustamos os manipuladores da “Spline” de forma a controlar a forma da curva. Refira-se que, para conseguir moldar melhor a forma da “Spline” à vista lateral de referência, foi necessário criar um ponto de controlo adicional, selecionando-se para tal a “Spline”, clicando no botão direito do rato, escolhendo a opção “Insert Spline Point” e clicando no botão esquerdo do rato no local da “Spline” onde se pretende que o ponto de controlo fique localizado. A inserção do ponto de controlo adicional na “Spline” é apresentada na figura seguinte, sendo este ponto 168

Modelação de uma Garrafa

assinalado pela seta. Para finalizar o “Sketch 3D”, efetuamos um “Mirror” da “Spline” em torno do plano frontal do SolidWorks.

Estamos agora em condições de obter a superfície que constituirá o corpo da garrafa, o que pode ser realizado através de uma operação “Boundary Surface” ou uma operação “Loft Surface”, optando-se pela primeira dadas as razões já expostas em capítulos anteriores. Recorrendo, assim, a uma operação “Boundary Surface”, criamos a superfície do corpo da garrafa, selecionando para curvas na direção 1 os “Sketches” horizontais e para curvas na direção 2 os “Sketches” verticais.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Analisando a forma da superfície obtida, verificamos que a região indicada pela seta na figura seguinte é demasiado estreita quando vista de topo, o que significa que é necessária uma curva adicional para melhor guiar a superfície nessa zona.

Num novo “Sketch 3D”, desenhamos uma única “Spline” que abranja a região pretendida e tenha os pontos de controlo situados sobre os “Sketches” verticais, tal como assinalado pelas setas na figura seguinte. Aos dois manipuladores das extremidades da “Spline” aplicamos a condição de serem perpendiculares ao plano frontal (“Along Z”) e finalizamos o “Sketch 3D” executando uma operação “Mirror” da “Spline” em torno do plano frontal.

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Modelação de um Rato de Computador

À semelhança de capítulos anteriores, começamos o processo de modelação pela colocação das imagens de referência do rato (disponíveis para descarregamento no site da FCA, em www.fca.pt). As imagens serão inseridas em “Sketches” criados nos planos originais do SolidWorks sem efetuar alteração das suas dimensões. No caso de as dimensões finais do modelo serem excessivas ou demasiado pequenas, efetuaremos uma operação “Scale” no final da modelação. Na figura seguinte, apresentam-se as imagens de referência já inseridas nos diversos planos, operação que, por já ter sido descrita em capítulos anteriores, não será aqui detalhada.

9.1. Corpo do rato

Começamos por criar, no plano frontal do SolidWorks, um “Sketch” no qual desenhamos uma “Spline” correspondente à forma do perfil da superfície superior do rato. A “Spline” deverá conter o menor número possível de pontos do controlo, de forma a facilitar a sua edição e a manter as variações de curvatura suaves.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

De seguida, damos início a um “Sketch 3D” para obter, como resultado final, a curva tridimensional que se apresenta na imagem seguinte. De seguida, detalhar-se-ão as várias etapas necessárias para a sua obtenção.

O primeiro passo consiste em desenhar a curva tridimensional vista de cima, tendo em atenção que os seus pontos extremos têm de coincidir com os do “Sketch” criado no plano frontal e os manipuladores destes pontos de ser perpendiculares a esse plano. Para tal, é necessário impor a condição “Along Z”, assinalada pela seta do lado esquerdo na figura seguinte; a seta do lado direito aponta para a direção Z da tríade dos eixos coordenados. A condição “Along Z” é necessária para evitar que, mais adiante na construção do modelo, ao executar-se uma operação de espelho da superfície do rato, apareçam arestas vivas nestes pontos. Importa referir que a curva desenhada tem oito pontos de controlo, não sendo este um número rígido, apenas um valor de referência.

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Modelação de um Rato de Computador

Neste momento, e olhando o modelo de cima, a forma do “Sketch 3D” é já a correta, mas ainda lhe falta dar a forma certa na vista frontal. Para tal, olhamos o “Sketch 3D” perpendicularmente ao plano frontal e alteramos a posição dos pontos de controlo apenas segundo a direção vertical, de forma a não alterar a forma da “Spline” vista de cima. A melhor maneira de deslocar apenas verticalmente os pontos de controlo é usando o botão indicado pela seta na figura seguinte.

Uma vez concluído o “Sketch 3D”, colocamos a imagem de referência do rato visto por baixo no plano horizontal do SolidWorks, criando de seguida um “Sketch” neste plano e nele desenhando uma “Spline” com a forma do contorno aí existente. Aos manipuladores dos extremos da “Spline” temos de impor um alinhamento perpendicular ao plano frontal (“Along Z”) pelas razões já expostas. Na figura seguinte, apresenta-se em perspetiva o “Sketch” terminado.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

De seguida, no plano frontal, desenhamos o “Sketch” que se apresenta na próxima figura, constituído pelas duas “Splines” assinaladas pelas setas. Ambas as “Splines” contêm apenas dois pontos de controlo, que são coincidentes com as extremidades dos “Sketches” anteriores. A forma das duas “Splines” é obtida alterando-se a direção dos manipuladores dos pontos de controlo para que as curvas respeitem a imagem frontal de referência.

Para ajudar a obter a forma arredondada das superfícies laterais do rato, vamos criar uma curva adicional que, para não termos de recorrer a mais um plano de trabalho, será desenhada num “Sketch 3D”, tal como se ilustra na figura seguinte. Uma forma muito expedita e simples de desenhar a “Spline” é, após dar início ao “Sketch 3D” e com a ferramenta “Spline” já ativa, clicar primeiro sobre o “Sketch” de cima e depois sobre o “Sketch” de baixo, aproximadamente a meio de cada um. Dado a “Spline” ter apenas dois pontos, terá inicialmente a forma de uma reta, que se transformará em curva ao ser alterada a direção dos seus manipuladores.

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Modelação de um Rato de Computador

Estamos agora em condições de criar a superfície lateral do rato através de uma operação “Boundary Surface”.

A superfície de cima do rato será obtida de seguida, recorrendo também a uma operação “Boundary Surface”. Um aspeto muito importante de realçar é que, para poder impor a condição “Curvature To Face” à superfície que iremos criar, é necessário selecionar a aresta da superfície lateral e não a “Spline” do “Sketch 3D” que existe sobreposto à aresta. Com efeito, apenas a aresta pode fornecer indicações ao programa sobre a forma da superfície lateral, já que a “Spline” do “Sketch 3D” é tão-só uma curva, sem qualquer informação geométrica sobre a superfície que lhe é adjacente. De forma a selecionar a aresta e não a “Spline” do “Sketch 3D”, ativamos, através da tecla F5, o menu de opções de seleção que o SolidWorks dispõe, clicando de seguida no botão “Filter Edges” (arestas).

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Com a opção “Filter Edges” ativa, o cursor muda de aparência, tal como se pode observar na próxima figura (passando a ser possível selecionar apenas arestas), e, de seguida, selecionamos a aresta da superfície.

De forma a podermos agora selecionar o “Sketch” existente no plano frontal, temos primeiro de desativar o filtro de seleção, o que se faz clicando no botão “Clear All Filters” (assinalado pela seta na próxima figura). Para fazer desaparecer todo o menu de seleção visível na base do ecrã, basta clicar de novo na tecla F5.

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Modelação de um Automóvel

Neste capítulo, será modelado um automóvel desportivo, imaginado pelo autor através de um esboço das suas projeções ortogonais. As vistas de frente, de lado e de topo do automóvel servirão de ponto de partida à construção do modelo 3D e estão disponíveis para descarregamento no site da FCA, em www.fca.pt.

12.1. Corpo do automóvel O primeiro passo a efetuar é colocar as imagens de referência sem alterar as suas dimensões nos planos originais do SolidWorks, tal como se ilustra na figura seguinte. Para maior facilidade de construção do modelo 3D, recomenda-se modificar a sua transparência para 50%.

Iniciamos a modelação do veículo propriamente dita criando, no plano frontal, um “Sketch” no qual desenhamos uma “Spline” que acompanhe o contorno superior do corpo do veículo. Coincidente com a extremidade direita da “Spline”, desenhamos uma linha auxiliar vertical para ajudar a construir o “Sketch” que se segue.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Criamos agora um plano horizontal que intercete a extremidade esquerda da “Spline” do “Sketch” anterior, tal como assinalado pela seta na figura seguinte.

Neste novo plano, com base na imagem de topo de referência e através de uma “Spline”, desenhamos o contorno do automóvel visto de cima. É necessário assegurar que a extremidade esquerda do “Sketch” coincida com a extremidade esquerda da “Spline” do “Sketch” anterior e que, do lado direito, o “Sketch” interceta a linha auxiliar vertical. É também preciso impor uma condição de verticalidade aos manipuladores das extremidades da “Spline” agora desenhada, para evitar que surjam arestas vivas, mais tarde, ao executar operações “Mirror”.

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Modelação de um Automóvel

Com base nos dois “Sketches” anteriores, através de uma operação “Projected Curve” com a opção “Sketch on sketch” selecionada, obtemos a curva tridimensional assinalada pela seta na figura seguinte.

De seguida, com base na imagem frontal de referência, criamos o plano horizontal assinalado pela seta na figura seguinte, situado à cota da base do corpo do automóvel.

Nesse plano, vamos desenhar o contorno do automóvel à sua cota zero, tendo em atenção que, através da imagem lateral de referência, se constata que ele é aí mais estreito. Uma vez mais, é necessário que os manipuladores dos pontos extremos da “Spline” sejam verticais, sendo este novo “Sketch” assinalado pela seta na figura seguinte.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

No plano frontal, desenhamos outro “Sketch”, correspondente ao contorno da traseira do automóvel, tal como assinalado pela seta na próxima figura.

Estamos agora em condições de tentar obter a superfície lateral do automóvel recorrendo a uma operação “Boundary Surface”. Para a direção 1, escolhemos a curva tridimensional e a curva desenhada no plano da base do automóvel e, para a direção 2, a curva correspondente à forma da traseira do veículo, impondo a condição “Normal To Profile”.

Uma observação atenta à extremidade frontal da superfície obtida revela que é necessária mais uma curva para uma melhor definição da sua forma, dado o enrolamento percetível na figura seguinte.

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Modelação de um Automóvel

Assim sendo, criamos no plano frontal um “Sketch” adicional com a curva assinalada pela seta da esquerda na figura seguinte. Para definir melhor a forma curva da superfície na região das portas do automóvel, criou-se igualmente a curva indicada pela seta da direita. Para evitar estar a criar mais um plano, esta última curva foi obtida através de um “Sketch 3D” no qual se desenhou uma “Spline” com apenas dois pontos de controlo, sendo posteriormente modificadas as orientações dos seus dois manipuladores.

Obteve-se, assim, a superfície que se ilustra na figura seguinte, sendo as curvas na direção 2 da “Boundary Surface” a curva do perfil traseiro do automóvel, a nova curva na região das portas e a nova curva na parte frontal do veículo à qual foi imposta a condição “Normal To Profile”.

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Modelação por Superfícies e Híbrida em SolidWorks

Através de uma nova operação “Boundary Surface”, com base no “Sketch” do perfil do veículo e na curva tridimensional obtida, geramos a superfície que se apresenta na figura seguinte. A esta superfície vamos impor uma condição “Normal To Profile” junto ao plano frontal, para evitar arestas vivas quando, mais tarde, executarmos uma operação “Mirror” para obter a outra metade do veículo.

Para se conseguir uma concordância suave entre as duas superfícies, é necessário que exista um espaço entre ambas para se poder gerar uma superfície de transição. Para tal, começamos por desenhar um círculo no plano frontal com centro no vértice da extremidade posterior do veículo e diâmetro de 15 mm.

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