Impressora CubeX 3D da Faculdade CNEC Rio das Ostras Rev 03 11 19

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A RELEVÂNCIA DA IMPRESSORA 3D NO CENÁRIO EDUCACIONAL
Sara Tatiane Braz Neres1, Gabriela Coutinho dos Santos2
Christiany Alves Ferreira3, Alex Pereira Mota da Silva4
Gustavo Lopes Almeida5, Felipe Tavares de Ataide6
Matheus Stadler Soares7, Brenda da Silva Lopes8
Diego Rodrigues Procópio9, Darlen Apolinário de Souza10 
Igor Barreto Pinto11
Tatiany de Almeida Fortini Britto12
RESUMO
Este projeto relaciona a importância da impressora 3D no ambiente acadêmico, com ênfase em sua operação na Universidade CNEC. Para iniciar a pesquisa, foram utilizadas palavras-chave em bancos de dados científicos e pesquisas nos manuais de impressoras 3D de propriedade da faculdade. Por meio da pesquisa, observou-se a importância da impressora 3D, o aumento da demanda desse tipo de produto em um ambiente acadêmico e a explicação do funcionamento da impressora CubeX, modelo 401383, presente na instituição de ensino universitário.
Palavras chave: Impressora 3D, CubeX, Educação, Manual		. 			. 	
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ABSTRACT
This project relates the importance of the 3D printer in the academic enviroment, with emphasis in its operation at the CNEC University. To start the search, it was used keywords in scientific databases and searches at the college owned 3D printer manual's. Through the research was observed, the importance of the 3D printer, the increase of the demand of this kind of product in a academic enviroment and the explanation of the operation of the CubeX printer, model 401383, presents at the university education Institution.
Key Words: 3D Printer, CubeX, Education, 	Manual
1 Aluna do 9º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: sara.neres@hotmail.com
2 Aluna do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: gabrielacsantos@outlook.com
3 Aluna do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: Christiany.alv@gmail.com
4 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: alexmota_cwb@hotmail.com
5 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: gugamedi@hotmail.com
6 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: lipetavares@gmail.com
1. INTRODUÇÃO
	Inventada em 1984 no estado da Califórnia pelo norte-americano Chuck Hull, a impressora 3D utilizou a técnica da Estereolitografia (stereolithograph), que foi adaptada para a sigla SLA.
	O princípio da impressão 3D consiste na fabricação de uma peça a partir da deposição de um determinado material em camadas sobrepostas repetidas vezes até que se tenha a peça completa. Essa tecnologia é originária fundamentalmente de dois campos de estudos até então separados, a topografia e a foto-escultura, quando Wyn Kelly Swainson propõe a fabricação direta de uma peça através da catalisação seletiva de um polímero na interseção de dois feixes de laser (BOURELL et al 2009).
As primeiras tecnologias de impressão 3D originaram-se da década de 80 com o nome de Prototipagem Rápida, referindo-se aos processos rápidos e mais rentáveis para a criação de protótipos para o desenvolvimento de produtos dentro da indústria (3D PRINTING INDUSTRY; 2016). Inventor da Estereolitografia, Charles Hull desenvolveu em 1983 a tecnologia que, posteriormente, tornaria-se a impressora 3D, que além de criar lâmpadas para a solidificação de resinas, confeccionava partes plásticas de forma rápida. Já na época, a impressora já se apresentava como versátil e rápida. (PORTO, 2016).
Segundo Anderson (2012), a Nova Revolução Industrial acredita que com a popularização da impressora 3D, a forma de produção é alterada, uma vez que as mesmas podem confeccionar objetos sólidos em três dimensões segundo um modelo computacional. O produto é construído adicionando-se camada sobre camada de material e moldado por raio laser.
Com o desenvolvimento da impressora 3D, para que a ideia torne-se real, não necessita mais o investimento em fábricas ou vasta mão-de-obra. Os objetos físicos iniciam-se em meio digital, através de modelos computacionais e, posteriormente, sua confecção (PORTO, 2016). Conforme Bass (2011), a fabricação controlada através da impressora 3D já é capaz de iniciar uma produção em pequena escala, como por exemplo, em bioengenharia ou na construção civil. Nestes, o custo para a fabricação é menor que a tradicional.
7 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: m.sstadler96@gmail.com
8 Aluna do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: brenda.lopes@outlook.com.br
	Conforme Wohlers (2012), a utilização de prototipagem rápida vem crescendo rapidamente e a tendência é a sua manutenção. Isto se deve à evolução dos processos associados à diminuição dos custos do maquinário e matéria-prima. A evolução do mercado de impressão 3D é demonstrada na figura 1, onde em 2010 estimava-se um crescimento de 24,1%, sob montante de US$ 1,325 bilhões para 29,4% referente à US$ 1,714 bilhões em 2011. A mesma figura demonstra a tendência, para 2019, no valor de US$ 6,5 bilhões.
 Figura 1: Evolução do Mercado de impressão 3D.
Fonte: GSV (2013).
Com o crescimento da tecnologia as organizações começam a perceber como é importante tê-la. Uma das principais razões das indústrias utilizarem esta alta tecnologia, é o fato de o processo adotado gerar menos desperdício, se tornado uma alternativa viável. Nas pesquisas foram encontrados variadas áreas que atuam com essa tecnologia, tais como naval, aeroespacial, automotivo, construção civil, colónias espaciais, medicina através de próteses, órteses, reparação de crânio, transplante de órgãos, impressão de pele e na área educacional auxiliando no ensino como uma ferramenta de aprendizagem. Essa tecnologia estende-se à educação, porém com pouca publicação literária a respeito. 
9 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: diegovm10@yahoo.com.br
10 Aluna do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: Darlen.apolinario@outlook.com
Segundo o Department for Education (2013) há resultados de um projeto piloto no Reino Unido no qual 21 escolas receberam impressoras 3D e recursos para trabalharem com ela. Segundo a mesma, justifica-se a inclusão da pesquisa pela inserção da ciência e as aplicações da impressora ao proporcionar estudantes e professores, a confecção de artigos complexos que envolvam ciência e matemática complexas no desenvolvimento dos projetos.
	Assim o objetivo deste artigo é identificar a partir da revisão integrativa a relevância da impressora 3D no cenário educacional, tendo como estudo de caso a impressora CubeX 3D modelo 401383, localizada na Faculdade CNEC Rio das Ostras.
	O presente estudo justifica-se sobre a importância que tem a tecnologia de impressão 3D diante da educação, como é uma ferramenta de alto impacto para o aprendizado dos alunos. Tendo em vista o quanto é valoroso para comunidade acadêmica, foi estabelecido a apresentação deste artigo, a fim de divulgar todo o conhecimento adquirido através do estudo de caso e das pesquisas bibliográficas.
2. METODOLOGIA
	O método adotado em questão refere-se a uma revisão integrativa, de caráter exploratório. 
	Para WHITEMORE e KNAFL (2005), o “termo integrativa tem origem na integração de opiniões, conceitos ou ideias provenientes das pesquisas utilizadas no método”, ponto esse que “evidencia o potencial para se construir a ciência” (BOTELHO; CUNHA;MACEDO, 2011, p.127). Ou seja, a revisão é um método que propicia a síntese de conhecimento e a incorporação da aplicabilidade de resultados de estudos significativos na prática.
11 Aluno do 10º Período do Curso de Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade CNEC Rio das Ostras. Rio de Janeiro. Brasil. Contato: igor.bp@hotmail.com 
12 D. Sc. em Engenharia de Produção
A fim de compor a revisão integrativa foram percorridas as seguintes etapas: 1° etapa: identificação do tema e seleção da hipótese ou questão de pesquisa para a elaboração da revisão integrativa; 2° etapa: estabelecimento de critérios para inclusão e exclusão de estudos/ amostragem ou busca na literatura; 3° etapa: definição das informações a serem extraídas dos estudos selecionados/categorização dos estudos; 4° etapa: avaliação dos estudos incluídos na revisão integrativa; 5° etapa: interpretação dos resultados e 6° etapa: apresentação da revisão/síntese do conhecimento (MENDES, 2008).
 	O inicio da pesquisa foi baseada e construída através do tema principal, “A relevância da impressora 3D no cenário educacional”, Para melhor compreender como a tecnologia da impressora 3D funciona, estudos foram feitos através de revisão bibliográfica. Um dos conceitos analisados foi: “A nova revolução industrial”, que Mario Beja Santos (Dezembro, 2014 p. 1 e p. 2) aponta como primordial para o crescimento econômico, a fabricação de produtos industrializados, que sejam bem valorizados no mercado. Em conjunto com a modernização das fábricas e meios de produção, como máquinas de corte a laser e impressoras 3D, vem o desemprego, que afeta diretamente os setores onde os empregados são substituídos pelas máquinas. A fabricação de produtos atualmente se inicia na esfera digital, desde seu projeto inicial até sua concepção final, podendo ser partilhado e atualizado constantemente, em busca de melhorias e aperfeiçoamento. As novas tecnologias irão proporcionar um domínio ainda mais amplo sobre os meios de produção. Até mesmo nas escolas e universidades, as atividades e aulas com práticas manuais, serão substituídas por aulas de informática, utilizando programas de computador para reproduzir projetos, que podem ser impressos através das impressoras 3D, estimulando as crianças e jovens desde cedo a se adequarem à utilização da tecnologia que fará parte das indústrias nas próximas gerações.
Outro conceito muito importante analisado foi o “Estudo dos avanços da tecnologia de impressão 3D e da sua aplicação na construção civil”, onde Thomás Monteiro Sobrino Porto (Novembro, 2016) cita alguns benefícios significativos da impressão tridimensional, como a customização em massa, redução no tempo de construção, redução de resíduos e mão de obra. Tendo em vista que a construção civil é um ramo que está defasado tecnologicamente, a impressão 3D pode trazer grandes avanços, permitindo a customização em massa, o que favorece sua aplicação em uma escala maior. Neste cenário, a impressão 3D teria papel fundamental na redução de impactos ambientais, custos e prazos de construções. A técnica permite a execução de construções com arquitetura elaborada e complexa, assim como projetos padronizados e em larga escala, reduzindo a chance de retrabalho e interpretação incorreta do projeto. A tecnologia da impressora também irá diminuir muito os desperdícios da indústria, assim como reduzir os acidentes de trabalho em um setor tão crítico.
 Um dos maiores avanços em nossa sociedade industrial foi a obtenção da maioria dos produtos industrializados de forma rápida e fácil, podendo-se definir essa fase da nossa história como a era de diversificação de nosso desejo. As pressões de tempo, qualidade e custos junto com o aumento da variedade de produtos e o processo de competição mundial entre as empresas têm tornado a tecnologia de Prototipagem Rápida parte integrante dos processos de negócios (Friedel & Liedtka, 2007).
 A integração e a rapidez entre as várias fases do desenvolvimento de produtos são sem dúvida, elementos chave na competitividade entre as empresas. Assim, a passagem rápida do conceito do produto à produção é um incremento de competitividade, que a prototipagem por meio de sistema CAD oferece as empresas como meio determinante para o sucesso do desenvolvimento de novos produtos (Ferreira, Madureira, & Castro, 2006).
 	Através das pesquisas, podem-se notar os campos de atuação e como está sendo utilizada em variadas áreas profissionais e educacionais, até mesmo no meio doméstico. 
Para obter-se maior resultado do objetivo da pesquisa, que é a impressora CubeX 3D (modelo 401383), foi utilizado o guia de usuário da impressora, onde obteve todas as informações completas. A principal suposição qualitativa para esta pesquisa é a de que a tecnologia de impressão 3D é uma ferramenta que pode ajudar nas construções de atividades práticas para o aprendizado nas instituições de ensino.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
	A proposta desta seção é mostrar o estudo de caso examinado sobre a impressora 3D da Faculdade CNEC Rio das Ostras, comprada no ano de 2014 e nunca utilizada. 
	O equipamento denomina-se CubeX 3D (modelo 401383), fabricada pela 3D Systems. A impressora usa plástico ABS (é um plástico bem conhecido pela sua força e propriedades industriais, como material de construção) e PLA (é um plástico duro que tem um baixo impacto ambiental e é derivada a partir de recursos renováveis, à base de amido) como matéria-prima e de acordo com a fabricante, a máquina é capaz de produzir materiais do tamanho de uma bola de basquete, com qualidade profissional. O aparelho conta com uma tela touchscreen e permite imprimir em até três cores distintas. 
 Figura 1: Modelo da impressora que se encontra na faculdade em estudo.
 Fonte: Fotografia do autor1.
	A CubeX 3D cria o modelo puxando filamentos do cartucho através dos jatos de impressão através dos tubos de entrega. O filamento é então jorrado através da ponta do jato de impressão em uma fina corda de plástico fundido. O movimento do jato de impressão é coordenado pela placa de impressão, que diminui gradualmente após o depósito de cada camada, para que uma nova camada possa ser desenhada sobre a última, construindo a peça.
	O inicio do estudo aconteceu no mês de março, onde foi descoberto o tema para o projeto integrador que seria sobre a impressora 3D na engenharia, porém para a entrega da primeira parte só falamos sobre a impressão 3D em diversas áreas. 
	Ao passar dos meses para a entrega da segunda e última parte, a coordenadora Tatiany Fortini nos deu a ideia de focar na impressora 3D da instituição CNEC. No dia 08 de setembro de 2019, o grupo junto à coordenadora Tatiany, examinou a impressora que estava localizada no laboratório de Topografia. Este foi o primeiro dia que todos obtiveram contato e mais informações sobre o equipamento. Dentre outras visitas, foi possível constatar a falta de diversos acessórios complementares para que seja possível realizar o teste de funcionamento da impressora. Para termos a certeza de que foram perdidos os acessórios, foi perguntada à responsável do laboratório e infelizmente confirmou que se perderam ao longo dos anos.
Na tabela 1, demostra-se os itens inclusos que vem com a impressora, os itens perdidos e valores.
 Tabela 1: Relação dos itens da impressora CubeX 3D.
	Quantidade
	Itens inclusos
	Itens perdidos
	Valor
	01
	Impressora CubeX 3D
	Ok
	R$ 29.270,00
	01
	Invólucro de Material
	Ok
	Incluso na Impressora
	01
	Cartucho Inteiro
	Falta, mas já foi orçado para compra.
	R$ 830,34
	02
	Tubo de Cola (CubeStick) 100ml
	Falta
	R$ 39,90
	01
	Pad Impressão
	Ok
	Incluso na Impressora
	01
	Cabo de Alimentação
	Falta
	R$ 14,00
	01
	Pen Drive (USB Stick)
	Falta
	R$ 55,00
	01
	Jet Wiper (limpador de impressão)
	Ok
	Incluso na Impressora
	01
	Conjunto de Ferramentas
	Ok
	Incluso na Impressora
	01
	Guia de Inicio Rápido
	Faltava, mas o técnico do TI da CNEC solicitou ao fabricante.Ok
	Incluso na Impressora
 Fonte: 3D Systems e pesquisa no local da impressora.
	Para a impressora funcionar é preciso comprar os componentes faltantes, e para isso necessita-se da verba da instituição, que no momento não tem.
De acordo com o guia de usuário da impressora, existem alguns requisitos para o funcionamento da impressora. São eles:
Peso e dimensões:
· 515mm (w) x 515mm (l) x 598mm (h) (20 ¼” x 20 ¼” x 23 ½” inches)
· 36kg (79 lbs)
Requisitos mínimos de hardware (um PC com esses requisitos mínimos será necessário para executar o software):
· Processador: Processador multinúcleo - 2 GHz ou mais rápido por núcleo
· Sistema RAM: 2 GB
· Resolução da tela: 1024x768
Requisitos do PC:
· Microsoft® Windows® 7 
· Microsoft® Windows® XP (SP3 or higher)
· Microsoft® Windows® 8
Software:
· CubeX Client Software, disponível em Cubify.com
Requisitos Elétricos:
· 110-240 v AC
Armazenamento de material (embora todos os polímeros se degradem com o tempo, as seguintes condições ajudam a garantir que o material permaneça de alta qualidade):
· Desembale o material apenas conforme necessário;
· Armazene o material a 10-30 ° C;
· Use dentro de 12 meses após o recebimento.
As áreas mais importantes da impressora:
A – Touchscreen (tela sensível ao toque);
B – Botão de Função;
C – Limpador de Jato;
D – Eixo Z;
E – Almofada de impressão e placa de impressão;
F – Porta USB do cartão de memória e conexão USB ao PC;
G – Fonte de Energia;
H – Jato de Impressão 1;
I – Jato de Impressão 2;
J – Jato de Impressão 3;
K – Dica de jato de Impressão 1;
L – Dica de Jato de Impressão 2;
M – Dica de Jato de Impressão 3;
N – Compartimento do cartucho de material 1 (para jato de impressão 1);
O – Compartimento do cartucho de material 2 (para jato de impressão 2);
P – Compartimento do cartucho de material 3 (para jato de impressão 3).
 Figura 2: Áreas internas fundamentais da impressora.
 Fonte: Manual do usuário da impressora CubeX 3D.
Visto anteriormente os componentes que faltam, as áreas mais importantes da impressora e os requisitos para seu funcionamento, temos também como critério relevante a localização ideal e por final calibragem. A tecnologia se encontra no laboratório de topografia, um local não adequado para seu uso. Foi sugerido pela coordenadora Tatiany Fortini o laboratório de física, pois já existe um espaço disponível e esse local será ideal para a impressora. 
A sala é climatizada, espaçosa e segura, portanto será um espaço perfeito para utilização dela.
As vantagens de ter uma impressora 3D nas instituições de ensino são notáveis, começando pelas criações das peças, que será no mínimo um marco para o aluno; incentivo a criatividade; alto poder de demonstração; prática aliada à teoria; cria novas possibilidades de aprendizagem; preparação para o mercado de trabalho de um futuro próximo. É perceptível que a instituição só tem a ganhar com essa grande tecnologia em funcionamento.
Apesar das vantagens, a impressora requer ainda sim, algumas atenções especiais para não gerar prejuízo à instituição. Algumas dessas são os custos da manutenção, sendo que a cada utilização tem que ser feita limpeza; exige conhecimento técnico, apesar do guia do usuário; peças com custo elevado; e o tempo de espera para produzir um produto, pois pode elevar à um pico de energia alto, gerando assim uma despesa maior.
6. CONCLUSÃO
A impressão 3D na educação vem trazendo grandes mudanças e uma melhor experiência aos alunos. Entender o que é impressão 3D e como ela pode ser aplicada na educação promete ser um verdadeiro divisor de águas. Os professores podem usar a máquina para estimular os alunos a pensarem em projetos, peças, soluções de problemas e muito mais. Com um mundo cada vez mais digital, entender as novas necessidades é fundamental no processo de formação.
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