A impressão 3D não é uma tecnologia recente, porém ideias, sonhos, projetos e invenções sobre o assunto surgiram há muito tempo atrás.
Publiquei um resumo sobre o assunto
Segue o link para download
https://www.academia.edu/129647033/Evolu%C3%A7%C3%A3o_impress%C3%A3o_3D
A intenção de preparar esse material seria para ser a introdução do meu TCC da Pós Graduação: Aplicação da tecnologia de otimização topológica e design generativo para redução de peso nos sólidos paramétricos em projetos mecânicos. Mas com tanta informação não foi impossivel fazer parte do trabalho e para não se perder os dados, resolvi publicar. O material completo está disponivel para download.
O conceito padrão sobre CAD do inglês Computer – Aided Design ou Desenho assistido por computador ou Projeto assistido por computador é um sistema computacional para a execução de desenhos bidimensionais em geral para documentação de desenhos técnicos, projetos e modelos tridimensionais utilizados pela engenharia, arquitetura, design entre outros.
No universo das ferramentas para CAD, fica a dúvida: Como começou?
Segundo Nayra Belluomini, no blog Por dentro da Autodesk Brasil (http://blogs.autodesk.com/por-dentro-da-autodesk-brasil/2017/01/02/a-evolucao-do-cad/), a história do CAD iniciou em 1861, na França, com o químico Alphonse Louis Poitevin descobridor de um processo que envolvia a luz solar e uma substância encontrada na goma de mascar que permitia a reprodução precisa de desenhos originais para serem copiados, distribuídos e possibilitando que todos trabalhassem no mesmo projeto sem medo de erros de reprodução.
O processo criava uma cópia em negativo, em que as linhas pretas ficavam brancas e o espaço em branco fica azul, criando a cópia blueprint ou cópia heliográfica. A figura 1 mostra uma imagem da apresentação sobre a evolução do CAD do blog “Por dentro da Autodesk Brasil
Esta pesquisa pretende realizar um histórico sobre os principais acontecimentos do desenvolvimento do CAD em principal sobre a modelagem tridimensional.
A evolução do CAD pode ser dividida nas seguintes décadas:
Décadas de 40 e 50, marcada pela evolução do computador e pesquisas em novas tecnologias.
Década de 60, pelo desenvolvimento do CAD com o incentivo das empresas automobilísticas nos EUA e Europa para o desenvolvimento dos programas de uso interno.
Década de 70, visando as indústrias automobilísticas e aeroespacial, surgem várias empresas desenvolvendo os sistemas CAD. O interesse em softwares de modelagem 3D é intensificado e o final da década é marcada pela introdução de microcomputadores.
Década de 80 e 90, é marcada pelo lançamento de programas CAD no mercado em que o CAD 2D se torna “acessível” ao público e os programas paramétricos começam a ser conhecidos.
Década de 2000 até os dias atuais, temos o desenvolvimento dos programas In Cloud, impressão 3D, topologias optimizadas, design generativo, realidade virtual, entre outros..
A década de 60 pode ser considerado como o desenvolvimento real do sistema CAD, porém é obvio que os sistemas não poderiam ser desenvolvidos sem a evolução dos computadores nas décadas de 40 e 50 que foi acompanhado por pesquisas de novas tecnologias, como exemplo o sistemas de programação de controle numérico, pelas universidades americanas, principalmente pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e empresas automobilísticas como General Motors.
Instituto de Tecnologia de Massachusetts
Em inglês: Massachusetts Institute of Technology (MIT) , universidade privada de pesquisa localizada em Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, tradicionalmente conhecida por sua pesquisa e educação na ciências físicas, engenharia, biologia, eco-nomia, linguística e administração
Fundada em 1861, é frequentemente citada como entre as melhores universidades do mundo.
1936
O inglês Alan Turing desenvolveu a Máquina de Turing, que passou a ser a base do computador moderno e estabelecendo o conceito do algoritmo.
Em 1936, em Cambridge, publica o seu principal e mais famoso artigo “On computable numbers, with an application to the Entscheidungs problem” – estabelecendo os conceitos fundamentais de um computador, chamado na época de “A máquina de Turing”.
Segundo Turing, o dispositivo lógico intitulado de “automatic machine” (ou “a‐machine”), seria capaz de ler, escrever e apagar símbolos binários (0, 1 e conjunto vazio) em uma fita de comprimento ilimitado e dividida por quadrados de igual tamanho. Uma cabeça de leitura/gravação se moveria em qualquer direção ao longo da fita, um quadrado por vez, e uma unidade de controle poderia interpretar uma lista de instruções simples, movendo‐se para a direita ou esquerda.
No início da 2ª Guerra Mundial, Turing e um grupo de matemáticos e linguistas foram contratados pelo serviço de decodificação britânico para decifrar os códigos de comunicação nazista.
Os alemães utilizavam uma máquina eletromecânica de criptografia conhecida como Enigma que “embaralhava” as mensagens transmitidas para que os aliados não conseguissem nenhuma informação caso as interceptassem.
Turing e a equipe desenvolveu o equipamento The Bombe que decifrou o código da máquina Enigma permitindo que os aliados tivessem acesso a informações privilegiadas ao longo da guerra.
Bombe era um enorme computador eletromecânico que pesava quase uma tonelada e tinha cerca de 1,80 m altura.
A quebra dos códigos emitidos pelo Enigma e as informações obtidas com isso são dois dos grandes fatores que levaram ao fim da guerra em 1945.
Em 1950, Turing publicou o artigo Computary Machinery and Intelligence em que questionava: “poderia uma máquina pensar?”, dando origem ao Teste de Turing ou o Jogo da Imitação, um teste que teria a capacidade de indicar se um computador tem inteligência própria.
No artigo, Turing afirma que se um computador fosse capaz de enganar pelo menos um terço dos seus usuários durante o teste – ou seja, se o computador pudesse fazer acreditar que os interlocutores estivessem falando com um humano – então o computador estaria pensando por si próprio.
1942
Entre 1942 e 1955 surgem os computadores mainframes, equipamentos de grande porte que usavam tubos de vácuo e ocupavam uma sala inteira.
O Eniac Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Eletrônico) foi o primeiro computador digital, iniciando o funcionamento em 1947.
Pesando 30 toneladas e ocupando uma área de 180 m² de área construída. Sua produção custou US$ 500 mil na época e contava com um hardware com 70 mil resistores e 18 mil válvulas de vácuo que em funcionamento consumiam vorazmente 200 mil watts de energia.
O “sistema operacional” eram cartões perfurados operados por um grupo de funcionárias do exército.
• Na história da Computação Gráfica, existe um consenso que o primeiro computador capaz de exibir texto e gráficos em tempo real foi o “Whirlwind ” (em português turbilhão ou furacão) iniciado em 1944, pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) sob a direção de Jay Forrester, como simulador de voo universal para treinar equipes de bombardeio durante a Segunda Guerra Mundial .
Weisberg comenta : Whirlwind é importante para o desenvolvimento da tecnologia CAD (Computer-Aided Design) devido a intenção original de usar o computador como o elemento de controle para simulador de voo sendo capaz de processar textos e gráficos em tempo real em um terminal de vídeo.
Whirlwind foi o primeiro computador com dispositivos interativos para comunicação do operador com o equipamento para a identificação de pontos específicos, a figura 1 mostra uma versão da pistola de luz antecessora da caneta de luz que eram exibidos em um tubo de raios catódicos em inglês Cathode Ray Tube.
Ocupando uma área aproximada de 232 m² (2500 square feet), o equipamento consistia em 12.500 tubos de vácuo e memória eletrostática. Por ser considerado lento para um sistema que exigia resposta em tempo real para as ações de um piloto, Jay Forrester desenvolveu o primeiro núcleo de memória magnética e instalou no Whirlwind I em 1953, tornando um padrão em computadores digitais . A figura 2 mostra a sala de console de computador Whirlwind no Edifício Barta do MIT em 1950.
Weisberg comenta sobre o início e o final das atividades do Whirlwind: É difícil determinar exatamente quando o Whirlwind se tornou operacional. Para fins práticos, a melhor data é provavelmente em março de 1951, embora algum trabalho produtivo foi iniciado no terceiro trimestre de 1949. Whirlwind continuou a fornecer serviços computacionais valiosos para a comunidade do MIT até que foi desclassificado em 1959. Após ficar ocioso por vários anos, foi transferido em 1963 para Wolf Research & Development em West Concord, Massachusetts, onde continuou em operação até o início dos anos 1970, quando foi permanentemente desligado.
Whirlwind foi o precursor do sistema de defesa SAGE, da força aérea dos Estados Unidos. A figura 3 mostra a tela do SAGE com exibição de vetor das marcas de referencias geográficas , o equipamento gera e exibe a posições da aeronave. (A direção e o comprimento do vetor indicam a direção e a velocidade da aeronave.)
• Uma das influencias da origem do CAD veio dos esforços do desenvolvimento para facilitar o processo de fabricação por controle numérico, em inglês Numeric Control (NC), sendo responsável o engenheiro estadunidense, John T. Parsons considerado como o pioneiro do Comando Numérico Computadorizado em inglês Computer Numeric Control.
Com o incentivo do engenheiro-chefe da produção do avião Ford 4AT Trimotor, William Stout Bushnell que acreditava que os helicópteros seriam o “próximo grande sucesso”, a empresa de Parsons conhecida como Parsons Corporation de Traverse City em Michigan, até então fabricante de artefatos de guerra passou a ser fabricante de hélices e rotores para helicópteros <1> e iniciou em 1942 alguns experimentos com uma fresadora ligada a um leitor de cartões perfurados para a construção das longarinas nas pás do rotor em metal usinado <2>.
Em 1949, com interesse em desenvolver métodos para a usinagem das peças de uma série de aeronaves de combate , a Força Aérea do EUA em conjunto com MIT e Parsons acertaram um contrato para a construção de duas maquinas de fresar (Card-A-Matic Milling Machines) e como clausula de contrato um protótipo e um sistema de produção foram entregues à Parsons <3>. A figura 2 mostra a primeira máquina-ferramenta NC no laboratório do MIT.
• Em 1950, congelando o projeto com Parsons, MIT e a Força Aérea dos EUA afirmaram um contrato a parte dando origem ao desenvolvimento dos sistemas de controle numérico que seria publicado em setembro de 1952 no Scientific American , conforme a figura 3.
Em 1950, a fábrica sueca Saab Scania AB desenvolveu um sistema para superfícies. Segue o comentário de Anderson: A fabricação de aeronaves de alta precisão e alta performance foi facilitado pelo desenvolvimento do sistema de determinação matemática de linhas da Saab.
O sistema desenvolvido por N. Lidbro , tornou possível determinar exatamente um grande número de pontos de referência (coordenadas) na aeronave – em alguns casos até quase 500.000 – que foram abrangidos durante todo o processo de projeto e produção.
A Saab também desenvolveu um método para transferir as coordenadas com precisão para gráficos especialmente desenvolvidos de um modo similar aplicados na criação de mapas.
Lidro descreveu o sistema utilizado pela Saab-Scania em 1950, na publicação Modern Aircraft Geometry: A Description of the Mathematical Method used at SAAB, Sweden, for Aircraft Dimensioning and Shape Determination”, Aircraft En-gineering and Aerospace Technology, Vol. 28 Iss: 11, pp. 388 – 394.
Joanna Wexler descreveu que a fabrica sueca Saab Scania AB no ramo automobilístico desenvolveu um sistema para superfícies. A figura 4 mostra a pagina 130 da publicação “CAD84: 6th International Conference and Exhibition on Computers in Design ” que é uma coleção de vários documentos de conferências sobre CAD.
Em 1955, o laboratório Lyncoln do MIT iniciaram a construção do computador TX-0 – uma versão transistorizada do Whirlwind.
Enquanto o Whirlwind com 12.500 tubos de vácuo, preenchia um andar inteiro de um grande prédio, aproximadamente uma área de 232 m² , o TX-0 se encaixava em uma única sala de tamanho razoável e com processamento mais rápido, conforme a figura 1.
Entrou em operação em 1956 e foi atualizado com a versão TX-2 em 1959.
Um aspecto interessante é que em 1958, o TX-0 foi transferido para o campus do MIT permitindo que os estudantes e associados para pesquisa pudessem se inscrever e usar a máquina por no máximo uma hora por vez, sendo um dos poucos locais de estudo que possibilitavam aos desenvolvedores de softwares terem acesso a um equipamento para uso próprio.
• Em 1956, o programa de controle numérico NC apesar de ser considerado uma inovação, apresentou varias dificuldades relacionadas ao tempo e precisão para a criação das fitas magnéticas, motivando o grupo Computer Applications Group liderado por Douglas T. Ross do Laboratório de Servomecanismos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) a produzir uma linguagem de programação padrão para o controle numérico conhecido como APT (Automatically Programmed Tool). Parsons comentou sobre o problema: O conceito NC era tão estranho para os fabricantes, e tão lento para aprender, que o próprio Exército dos EUA construiu 120 máquinas NC e alugou para vários fabricantes com a intenção de popularizar o sistema.
• Os Laboratórios de Pesquisa da General Motors utilizavam computadores digitais programados por cartão para análises científicas e engenharia desde 1952, mas as equipes de projetos passavam por problemas na organização. Os projetos na GM eram acompanhados por determinados departamentos com equipes próprias para a execução dos desenhos desde a concepção inicial até o detalhamento de peças. Quando um documento era repassado para outro departamento ou alterado, as equipes redesenhavam os desenhos adaptando para as normas próprias de cada equipe, ocasionando erros e tempo. Outro problema que ocorria era o arquivamento dos desenhos, desde a quantidade, local e pesquisa. Com a intenção de organizar o método de trabalho, em 1956 a GM e a IBM iniciam um projeto para criar um ambiente unificado de projeto assistido por computador, originalmente chamado de “Design Digital” que foi posteriormente alterado para GEM (Graphics Enxpression Machine ou Graphic Engineering Machine) com a intenção de digitalizar, armazenar e imprimir os desenhos que eram gerados pelos vários departamentos da empresa. O projeto nunca foi lançado, mas aproveitando a experiencia, a IBM desenvolveu o monitor gráfico IBM 2250 e lançou em 1964.
• Na França, Paul de Casteljau da empresa Citroen desenvolveu algoritmos para os cálculos da família de curvas conhecida como algoritmo de De Casteljau, mas a sua pesquisa foi considerada segredo industrial pela Citroen e o relatório técnico MAC-TR-41 foi divulgado em 1967. • O dr. Patrick J. Hanratty, desenvolveu e lançou nos laboratórios de pesquisa da General Eletric Research Laboratories, o primeiro sistema comercial de programação de controle numérico NC nomeado como PRONTO (Programme for Numerical Tooling Operations), superando em uso comercial o programa APT tornando-se conhecido como o primeiro sistema de CAM. • O comando de defesa aérea dos EUA, temendo ataques soviéticos durante a guerra fria iniciaram uma operação do sistema de monitoramento e controle de vôos (SAGE – Semi-Automatic Ground Enviroment) utilizando os computadores desenvolvidos pela IBM. O sistema de defesa SAGE implantado entre 1957 e 1961 , no laboratório Lincoln do MIT, foi criado para ser responsável pelo controle e monitoramento de todo o espaço aéreo dos Estados Unidos controlando quando algum objeto não identificado entrava em curso e poderia ainda enviar um contra ataque ao alvo, interceptando qualquer ameaça ao país durante a guerra fria.
O SAGE conseguia converter os dados do radar em informação gráfica no monitor. A figura 1 mostra o esquema de sistema aéreo do SAGE.
Quando ficou pronto em 1962, as ameaças à segurança aérea eram os misseis balísticos e a função do SAGE era detectar aviões de bombardeios, tornando o equipamento obsoleto, mas foi utilizado até 1983. A figura 2 mostra o SAGE exposto no Museu da História do Computador na Califórnia.
• Surgiram os circuitos integrados em inglês, microchip ou chip, revolucionando o mundo da eletrônica e inciando a miniaturização dos equipamentos eletrônicos. A figura 1 mostra Jack Kilby da Texas Instrument , responsável pelo primeiro microchip.
• Em fevereiro de 1959, a Aircraft Industries Association (AIA) e o Air Material Command na Base da Força Aérea Wright-Patterson juntos com o grupo Computer Applications Group do MIT realizaram uma coletiva de imprensa para a apresentação do programa APT e distribuíram como kit um cinzeiro usinado em 3D como demonstração do resultado , conforme mostra a figura 2. A figura 3 mostra os técnicos assistindo a ação da fresadora no laboratório do MIT.
Em seguida, foi lançado o 2D APT-II , diminuindo o interesse do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) em programas controles numéricos NC.
• Em maio, foi realizado o encontro do grupo ESL(Eletronic Systems Lab) representa-do por J. Francis Reintjes e Douglas T. Ross e representantes da divisão de design do departamento de engenharia mecânica do MIT, entre eles, Steven A. Coons ,Robert W. Mann, e Dwight Baumann, em que foram apresentados vários termos: Computerized Design (Projeto Computadorizado) ou Computer Automated Design (Design Automatizado por Computador), resultando na definição do projeto Computer-Aided Design (CAD) e com a seguinte afirmação: “o computador pode ajudar o engenheiro a criar desenhos, mas não pode substituí-lo.” <A adição do hífen em Computer-Aided Design , foi uma sugestão de Robert W. Mann, por considerar que o hífen tornaria o termo mais significativo representando o computador com o uma ferramenta para o engenheiro e não como um substituto>.
O encontro resultou também em alguns questionamentos sobre o uso do computador:
Como o engenheiro irá inserir os comandos operacionais e informações no computador?
Como as informações do projeto serão apresentadas ao engenheiro?
Como as informações serão armazenadas internamente no sistema do computador?
Quais serão as funções de design e desenho que precisam ser implementadas?
A década de 60 foi marcada pelo desenvolvimento do CAD para desenhos em 2D e devido ao alto custo dos computadores, o uso dos sistemas CAD/CAM estavam nas grandes empresas automotivas e aeroespacial que incentivavam o estudo sobre superfícies e curvas para uso interno.
• Em 1959, alguns membros que trabalharam no desenvolvimento do SAGE partem para outros projetos ou empresas. Jack Gilmore e Charles Adams Ken Olsen, uns dos primeiros programadores do SAGE criam a empresa Charles W. Adams Associates e em conjunto com a empresa Itek, lançaram o programa EDM (Electronic Drafting Machine), em agosto de 1960 e foi o primeiro CAD comerciável por $500,000.
O projeto utilizou um computador PDP-1 da Digital Equipment Corp., que era um display com atualizações de vetores, um grande dispositivo de memória para a exibição gráfica, os comandos de entrada eram feitos através de uma caneta eletrônica de luz e foi planejado para ser utilizado nas indústrias de arquitetura e engenharia em que o operador poderia desenhar linhas, círculos e outros elementos, especificar distâncias e ângulos, copiar e criar copias simétricas e sem ter a necessidade de ser um programador. A figura 1 apresenta a tela do EDM.
A figura 2 apresenta um desenho realizado no EDM, observando a semelhança com o Autocad que seria lançado em 1982.
Vários artigos foram publicados sobre o programa, a revista Time em março 1962 descreveu sobre a “quebra de barreiras” entre o usuário e o computador: Com uma caneta de luz fotoelétrica, o operador de um EDM pode formular graficamente os diagramas de um projeto de engenharia em um console plano semelhante a uma tela de televisão.
Apesar das grandes “revelações”, foram vendidos poucos equipamentos devido ao elevado preço.
O grupo de pesquisa da Marinha dos Estados Unidos mostrou interesse no programa com a intenção de trabalhar nos projetos de submarinos, especialmente com tubulações de bordo, mas a Marinha queria que o programa exibisse o interior do submarino e indicasse interferências entre os dutos e tubulações , como programa não apresentava essas possibilidades as negociações não foram adiante. Vários sistemas foram vendidos para fabricantes de semicondutores, sendo que o EDM foi direcionado para desenhar gráficos. Em 1962, a Corporation adquiriu a tecnologia EDM e lançou o programa Digigraphics com uma configuração similar ao EDM e após alguns anos, a CDC concluiu que o negócio não era rentável e fechou a operação Digigraphics. Segundo Weisberg, Jack Gilmore e Charles Adams Ken Olsen são responsáveis pelo primeiro CAD comercialmente viável, apesar dos créditos sobre o programa Sketchpad inicia-do em 1961.
• William Fetter designer gráfico da Boeing Aircraft Co, levou os créditos por criar a expressão “Computação Gráfica”.
“Perhaps the best way to define computer graphics is to find out what it is not. It is not a machine. It is not a computer, nor a group of computer programs. It is not the know-how of a graphic designer, a programmer, a writer, a motion picture specialist, or a reproduction specialist.
Computer graphics is all these – a consciously managed and documented techno-logy directed toward communicating information accurately and descriptively.”
Seus primeiros trabalhos na Boeing foram focados no desenvolvimento de descrições ergonômicas. Uma das imagens mais conhecidas foi uma figura humana conhecido como “Homem Boeing”, apresentado na figura 3.
• Utilizando o computador TX-2 no laboratório Lyncoln, Ivan Sutherland iniciou a pesquisa para a sua tese de doutorado sobre a aplicação de computadores para a execução de desenhos.
O professor Claude Shannon foi o supervisor da tese e participaram do comitê Marvin Minsky e Steven Coons.
• Em outubro, Douglas T. Ross, chefe do ESL, desenvolveu o sistema AED (Automated Engineering Design) – Desenho de engenharia automatizado – em que automatizava o processo de desenho através da linguagem de programação e publicou um memorando técnico intitulado “Projeto Auxiliado por Computador: Uma Declaração de Objetivos” ( Computer-Aided Design: A Statement of Objectives) – em que definiu o termo CAD, os princípios, objetivos e visões do projeto auxiliado por computador e se tornou responsável pelo termo CAD. A figura 4 mostra a publicação “Computer-Aided Design: A Statement of Objectives”.
• Em novembro, Steven Coons e Robert Mann, do Departamento de Design e Gráficos do Departamento de Engenharia Mecânica, publicaram um memorando complementar intitulado “Projeto Auxiliado por Computador Relacionado ao Processo de Design de Engenharia” (Computer-Aided Design Related to the Engineering Design Process).
Com essas publicações, ficou evidente que Ross e Coons tinham visões divergentes sobre o desenho pelo computador.
Ross defendia que os computadores eram ferramentas capazes de automatizar totalmente o desenho, e a proposta era desenvolver um sistema CAD generalizado, para ser aplicado em diversas áreas em que não seria necessário que o usuário conhecesse a linguagem de programação.
Coons , por sua vez, acreditava que o computador não poderia substituir o desenhista e seria como um assistente do homem para auxiliar na criatividade. A figura 5 mostra o prefácio do trabalho de Coons.
• Em novembro, Sutherland apresentou a primeira versão do Sketchpad que desenhava linhas horizontais e verticais com visualização ampliada do desenho na tela semelhante ao efeito Zoom. A figura 1 mostra a tela do Sketchpad.
• Dr. Patrick Hanratty foi transferido para General Motors para auxiliar a equipe de Fred N Krull no desenvolvimento do projeto originalmente chamado de “Design Digital”, que posteriormente foi alterado para DAC 1 (Design Augmented by Computer) para uso interno da GM em sendo originalmente desenvolvido para ser um sistema de desenhos bidimensionais.
• Lawrence G. Roberts, publicou a tese de doutorado Machine Perception Of Three Dimensional Solids em que defendeu a extração de informações 3D sobre objetos sólidos. A figura 1 mostra a visualização dos sólidos segundo Roberts.
A figura 4 mostra as restrições atômicas no anexo do material de Sutherland em que cada restrição possui um conjunto de variáveis de entrada e uma explicação das funções explícitas que transformam as variáveis nas saídas desejadas.
Para Sutherland , o programa Sketchpad não foi criado com a intenção de desenhar peças para fabricação mas apenas para criar os desenhos de sua tese.
O MIT com a intenção de divulgar o programa, criou um filme sobre o Sketchpad fazendo as demonstrações para estudantes, acadêmicos, jornalistas, talvez sendo um dos motivos que o programa se tornou tão conhecido. A figura 5 mostra Sutherland em uma demonstração do Sketchpad.
Sutherland descreveu em sua tese sobre o desenvolvimento do sistema tridimensional de Timothy Johnson: The methods outlined in this report generalize nicely to three dimensional drawing. In fact, work has already been begun to make a complete “Sketchpad Three” which will let the user communicate solid objects to the computer. A forthcoming thesis by Ti-mothy Johnson of the Mechanical Engineering Department will describe this work. When Johnson is finished it should be possible to aim at a particular place in the three dimensional drawing through two dimensional, perspective views presented on the display. Johnson is completely bypassing the problem of converting several two dimensional drawings into a three dimensional shape. Drawing will be di-rectly in three dimensions fromthe start. No two dimensional representation will ever be stored.
• No mesmo ano, Johnson apresentou o Skethpad III. O sistema trabalhava em 3 vistas ortogonais do modelo tridimensional , rotacionando a perspectiva e com a visualização em wireframe (armação de arame) que representava apenas os contornos das formas. A figura 6 mostra uma demonstração do Sketchpad III.
• Em novembro, Patrick Hanratty na GM desenvolveu um programa para o desenvolvimento da tampa da mala do Cadillac apresentada na figura 7.
• A GM apresentou o DAC 1 na Conferência de Computação Conjunta de Outono de 1964, para escaneamento de desenhos existentes , edição, digitalização e impressão.
A principal diferença entre o DAC 1 e o Sketchpad é que a GM desenvolveu um sistema capaz de ler desenhos que deveriam ser copiados para o computador através de um scanner, não sendo possível criar um desenho na tela a partir do zero.
Em 1967, a GM decidiu interromper o desenvolvimento do DAC 1 e repassou o desenvolvimento para Manifacturing Develoment Staff. A figura 1 mostra a visualização do modelo no DAC-1 em rotação, vista parcial e vista ampliada.
• Donald Welbourn da Universidade de Cambridge, em março, conheceu sobre o CAD em uma palestra realizado no MIT e até o final do ano conseguiu um subsidio do Conselho de Pesquisas Científicas do Reino Unido para as pesquisas sobre sistemas CAD que seriam desenvolvidas no Departamento de Engenharia da Universidade de Cambridge (CUED).
Suas pesquisas se concentraram em desenhos 3D ao contrário de outros sistemas da época que estavam direcionados para desenhos 2D.
Donald conhecia os problemas que as indústrias de moldes tinham para resolver com os desenhos 2D e acreditava que uma solução mais confiável seria trabalhar com os modelos em 3D criados no computador, o interesse resultou na criação do sistema de CAD/CAM nomeado DUCT .
Welbourn propôs desenvolvimentos importantes nos sistemas CAD como a definição da intersecção de dois cilindros e as linhas de referência de objetos.
• Nesta época, o desenvolvimento do CAD não era reconhecido como um importante avanço tecnológico e um dos poucos artigos sobre o sistema foi publicado em 25 de outubro no Wall Street Journal, escrito por Scott R. Scmendal, descreveu como os cientistas utilizavam as recentes tecnologias para o desenvolvimento e edição dos desenhos.
• Douglas Automation Company (McAuto) lançou CADD – o programa rodava apenas em computadores mainframe IBM que para a época eram muito caros.
• Pierre Bézier, funcionário da Renault apresentou a curva de Bézier , continuando a ser aplicada atualmente na computação gráfica.
Os estudos iniciaram em 1962 a partir do algoritmo de De Casteljau. A figura 2 mostra um exemplo das curvas de Bézier.
A década de 70 foi marcada pela continuação do desenvolvimento dos programas de CAD e pelos programas para simulação de engenharia CAE (Computer Aided Engineering) desenvolvidos pelas empresas automobilísticas e aeroespacial, conhecidos como “in house CAD software”: General Motors CADANCE (Computer Aided Design and Numerical Control Ef-fort), Mercedes-Benz SYRCO, Nissan (CAD-I), Ford Corporation PDGS (lançado em 1967) Toyota (TINCA em 1973, CADETT em 1979), a Volkswagen em parceria com a empresa Control Data desenvolveu o ICEM (Intergrated Computer-Aided Engineering and Manufacturing, Toyota cria o sistema COSMOS (Compound Sur-face Modelling Systems) para modelamento de superfícies complexas.
Apesar da predominância do uso em programas para desenhos 2D, o interesse e pesquisas sobre os softwares de modelagem 3D que já estavam em andamento desde a década anterior são intensificados na década de 70 com o lançamento de alguns modeladores de sólidos.
Visando esse mercado, várias empresas surgem para desenvolver e oferecer sistemas CAD, tais como Intergraph, Applicon, Computervision, Auto-trol Technology, UGS Corp. e outros.
Os mainframes, computadores enormes que necessitavam de salas refrigeradas e operados por poucos usuários eram predominantes até o final da década em que se iniciou o uso dos minicomputadores lançados pela DEC, Data-General, HP e Prime com preços mais acessíveis para as pequenas empresas.
• Patrick Hanratty criou a empresa MCS (Manufacturing and Consulting Services ) e lançou em novembro o programa ADAM (Automated Drafting And Machining) Manufatura e Desenho Automatizado que desenhava (CAD) e usinava (CAM) as peças em um único sistema.
Até hoje, cerca de 70% da elaboração de programas CAD possuem as raízes no sis-tema do ADAM, por isso o Dr. Harantty é popularmente conhecido como o precursor dos sistemas CAD/CAM
• Após seis anos com preocupações para obter os recursos para investimento, Donald Welbourn conseguiu obter o patrocínio da Control Data na Alemanha e ofereceu o DUCT para as empresas Volkswagen e Mercedes Benz.
• Foi lançado para o público, o programa de análise de elementos finitos NASTRAN (NASA Structure Analysis) foi originalmente desenvolvido para a NASA (National Aeronautics and Space Administration) entre 1964 e 1968. A figura 1 mostra a publicação do NASTRAN.
• A Renault desenvolveu o sistema UNISURF baseado nos estudos realizados por Pierre Bézier para definição matemática de superfícies, sendo o primeiro sistema computacional para modelamento de superfícies em projetos mecânicos. A figura 1 mostra a propaganda da Renault 1983 divulgando o uso do UNISURF.
• A empresa Magi (Mathematics Application Group, Inc) lançou o SynthaVision, o primeiro programa modelagem solido 3D, porém não foi lançado como programa CAD , mas como um programa para imagens e filmes.
Os elementos do programa eram modelos sólidos semelhantes ao CSG utilizados posteriormente nos programas 3D. A figura 2 mostra uma cena do Demo MAGI SynthaVision Demo Reel 1970 – 1985.
• Richard Riesenfeld apresentou em sua tese de doutorado uma nova teoria para cálculos matemáticos de superfícies conhecidos como B-Splines.
• Ken Versprille desenvolveu a tese sobre Non Uniform Rational B-Splines (NURBS).
• Ian Braid, do grupo de pesquisa CAD no laboratório computacional de Cambridge, apresentou Build-1, um sistema de sólidos geométricos que usava a lógica booleana, com representações em tons de cinza e desenhos com linhas escondidas (hidden lines).
• A United Computing introduziu o sistema UNI-GRAPHICS com a funcionalidade básica de modelagem e desenho 2D com 14 camadas.
• Robert Barnhill e Richard Riesenfeld organizaram uma conferência em Utah, sobre o estudo da representação geométrica de sólidos e superfícies a partir de descrições ma-temáticas da forma para uso em computação gráfica dando origem a uma área de pes-quisa denominada Computer Aided Geometric Design (CAGD).
• A empresa Avion Marcel Dassault – fabricante de aviões civis e militares, sediada na França – adquiriu a licença do CADAM (Computer Augmented Drafting and Manufacturing) da Lockheed que iniciou o desenvolvimento em 1965. A figura 3 mostra a interface do CADAM. A figura 4 mostra o CADAM instalado em um IBM.
• O filme Futureworld foi lançado utilizando pela primeira vez a computação gráfica 3D. A figura 1 mostra o poster do filme Futureworld.
• Ari Requicha e Herbert Voelcker apresentaram os estudos da Geometria Sólida Construída (Constructive Solid Geometry ou CSG) combinada com técnicas B-rep no sistema de modelagem: Part & Assembly Description Language, conhecido como PADL.
PADL (Part e Assembly Description Language) .é um linguagem de programação de alto nível para descrever com precisão a geometria dos objetos sólidos . A figura 2 mostra um desenho com cotas produzido automaticamente no PADL,
• Francis Bernard da Avion Marcel Dassault iniciou o desenvolvimento do programa CATI.
Bernard comentou sobre o nome CATI: Depois de pensar e discutir com minha equipe, decidi por CATI, uma sigla válida tanto em francês quanto em inglês, que significa Computer Aided Tri-dimensional Interactive Application. Alguns anos depois, quando decidimos comercializá-lo e descobrimos que CATI já era uma marca registrada nos EUA, então adicionei A para chamá-lo de CATIA.
• O departamento Delta Technical Services foi criada na Universidade de Cambridge para pesquisas na área de CAD , mas não conseguiu grandes resultados por enfrentar dificuldades financeiras para obter computadores compatíveis para os estudos.
• Charles M Eastman e Max Henrion no Instituto de planejamento físico Carnegie Mellon desenvolveram o sistema Glide (Graphical Language for Interactive Design), em que a representação tridimensional deveria ser eficiente e detalhada e é atualmente considerada como um dos princípios para a plataforma BIM. A figura 2 mostra a tela do Glide.
1978
• Com a evolução dos computadores, a introdução de minicomputadores mais acessíveis, com diversidade dos programas CAD, dos códigos e vários formatos de arquivos, a Boeing, a General Electric e a NBS (então National Bureau of Standards, atual NIST – National Institute of Standards and Technology) prevendo o aumento da comercialização e acessibilidade dos programas CAD, se uniram para a criação do IGES (Initial Graphic Exchange Standard) que permitia a conversão de curvas e superfícies complexas entre diferentes programas de CAD , ainda sendo utilizado atualmente. A figura 3 mostra o logo IGES pelo NIST.
Nos anos 80, os programas CAD evoluíram, principalmente para modelamento de superfícies incentivando as áreas de design e engenharia.
As empresas automobilísticas começam a adotar os programas comercializados, iniciando o fim dos programas “in house”.
As empresas automobilísticas no Brasil – GM, Fiat, Ford e Volkswagen – adotam como padrão os programas Unigraphics (atualmente NX), I-DEAS, ICEM Surf e o CATIA.
• Os irmãos Mike e Tom Lazear desenvolveram o primeiro PC para CAD em 1979 e Tom na empresa T&W Systems lançou o Versa CAD. A figura 1 mostra a tela do VersaCAD 5.3
• Em 1980, a Avion Marcel Dassault criou a subsidiaria Dassault Systemes, lançando o CATIA para 3D e continuaria com o CADAM para 2D e em acordo com a IBM para a comercialização, distribuição e suporte técnico dos programas. Em 1981 , o CATIA V1 fpi lançado com ferramentas para modelagem 3D, superfícies e programação NC. A figura 2 mostra o primeiro logo e a tela do CATIA.
• O programa I-DEAS foi lançado e adotado pela maioria das indústrias automotivas , em principal Ford Motor Company e General Motors.
• A Unigraphics lançou o UniSolid considerado como o primeiro sistema de modelagem de sólido. A figura 3 mostra a tela do Unisolid
• A figura 4 mostra o primeiro IBM PC que deu origem para o início da larga escala para adoção do CAD.
• Applicon iniciou os primeiros passos na modelagem de sólidos, licenciando o Synthavision do MAGI com o nome de Solids Modeling .
• Com a iniciativa de John Walker e mais cinco componentes, a Autodesk foi criada na California com a intenção de lançar um programa CAD por $1000 para PC.
A primeira versão do AutoCAD foi desenvolvido por Mike Riddle e lançado com o nome de MicroCAD e posteriormente alterado para Interact
A figura 1 mostra em novembro de 1984 , no evento COMDEX em Las Vegas, a apresentação do AutoCAD como o primeiro programa em PC do mundo.
• Em janeiro, a revista Time alterou a tradicional nomeação do Homem do Ano para nomear o computador pessoal como Maquina do Ano. John A. Meyers, editor da Time, escreveu: “Vários candidatos humanos podem ter representado 1982, mas nenhum simbolizou o ano passado mais ricamente, ou será visto pela história como mais significativo, do que uma máquina: o computador”.
Acrescentou que os computadores anteriormente vistos como abstrações ameaçadores e distantes, em 1982 se tornaram personalizados e acessíveis para que as pessoas pudessem segurar e brincar e que o texto foi escrito em uma máquina de escrever mas que a redação seria renovada para processadores de texto no mesmo ano. A figura 1 mostra a capa da revista Times .
• AutoCAD foi lançado na Alemanha e França. Autodesk lançou em abril a versão Au-toCAD 1.2 em abril, em agosto a versão 1.3 e em outubro a versão 1.4.
• Iniciou-se o desenvolvimento do sistema de transferência de dados para CAD conhe-cido como STEP (Standard for the Exchange of Product model data) e foi lançado em 1991 pela EDC Unigraphics
• Jon Hirschstick (que posteriormente fundou a SolidWorks) criou a empresa Premise e o primeiro produto foi o DesignView – ferramenta para desenho paramétrico 2D. A figura 4 mostra a tela do Premise .
• A universidade de Cambridge e um grupo do Delta Birmingham continuaram com o desenvolvimento do DUCT e foi reconhecido pelos usuários por ser um dos poucos sistemas desenvolvidos para projetos e usinagem .
• Gabor Bajor na Hungria , contrabandeou dois Macs para o seu país, em uma época em que a posse de computadores pessoais era ilegal sob o regime comunista e desenvolveu o programa ArchiCAD para o Mac que foi o início da empresa Graphisoft.
• A figura 1 mostra a tela do CATIA2 , lançado pela Dassault Systemes como software independente do CADAM.
• A Apple apresentou o primeiro Macintosh 128 e no ano seguinte foi publicado o MiniCAD. A figura 2 mostra a tela do programa.
• Autocad versão 2.18, apresentada na figura 1, foi lançado e no final do ano o programa ganhou o prêmio de The Best Cad product da PC World Magazine e continuou recebendo o prêmio durante os próximos 10 anos.
• Graphsoft lançou o ArchiCAD com o conceito “construção virtual”, o primeiro cad 3d para Mac. A figura 2 mostra a tela do ArchiCAD.
• Autocad R9 foi relançado para versão DOS. A figura 3 mostra uma publicação do programa.
• PTC (Parametric Technology Corporation) lançou Pro / Engineer, o primeiro modelador que utilizava o recurso de parametrização baseado em features e modelagem associativa de sólidos no mercado para UNIX. A figura 4 mostra uma imagem do demo ProENGINEER Release 1 .
• Surware Inc, lançou a primeira versão do SURFCAM , um programa CAD/CAM, apresentado na figura 5.
• Autodesk lançou o AutoCAD R10 com ferramentas para o 3D, A figura 6 mostra a tela inicial do Autocad R10 para Mac.
• O CATIA V5 foi lançado para PCs . A figura 7 mostra a tela do programa.
• Top System lançou o T-FLEX, o primeiro programa CAD mecânico paramétrico para PC.
• Impulsionado pela inovação do Pro / Engineer, a Unigraphics retirou o UniSolids e lançou um novo programa baseado em Parasolid: UG / Solids.
No início dos anos 90, diversos softwares CAD de baixo custo e de várias empresas foram adquiridas e concentradas nos principais fornecedores: Siemens, Dassault, PTC e Autodesk
As empresas automobilísticas adotaram o uso dos programas CAD comerciáveis e reduziram o uso dos softwares desenvolvidos internamente (in house).
No final dos anos 90, os desenvolvedores de CAD se concentraram em melhorar as capacidades dos softwares PDM ( Product Data Management ) e acessibilidade para a Internet.
• Foi lançado o núcleo ACIS 1.0 desenvolvido pela companhia de software Spatial Corp. para modelagem 3D.
• Varimetrix lançou a primeira versão do Varimetrix CAD/CAM e desenvolveu um modelador geométrico híbrido e sistema CAD. O nome Varimetrix veio de “geometria variacional” e “tecnologia paramétrica”, que são dois componentes básicos do kernel de programação VX. Com o tempo, o nome “Varimetrix” foi alterado pelos clientes e revendedores para “VX”.
• CATIA e CADAM foram unificados com os recursos tecnológicos de ambos sistemas.Os irmãos Alex Mazzardo e Mario Mazzardo começaram o projeto SolidThinking em 1991.
O software de design foi desenvolvido originalmente para o NEXTSTEP , o sistema operacional desenvolvido pela NeXT , e logo foi premiado como o melhor novo aplicativo na categoria “CAD e 3D” na NeXTWORLD EXPO realizada em São Francisco em junho de 1993. O programa além de modelador de sólidos , trabalhava com curvas e superfícies poligonais e baseadas em NURBS.
• O arquiteto Frank Gehry foi um dos primeiros arquitetos a testar os programas paramétricos no desenvolvimento de projetos arquitetônicos de formas complexas. Para o desenvolvimento da escultura The Fish, apresentado na figura 1, localizado na vila olímpica em Barcelona (1992) e o Nationale-Nederlanden Building em Praga (1996), foi utilizado o Catia V3.
A figura 2 mostra o desenvolvimento do projeto .
1992
1994
A figura 3 mostra uma publicação em brochura Autodesk Mechanical Desktop Tutorial Version 1 -dezembro 1996.
• A Unigraphics introduziu ferramentas avançadas para verificação de interferências, geração CAM e modelagem de superfície Classe A.
• A General Motors assinou o maior contrato CAD/CAM na época, selecionando a Unigraphics como única plataforma de software de desenvolvimento de veículos.
• A Intergraph lançou o Solid Edge V1, programa modelagem paramétrica, conforme a figura 4.
• A Dassault Systemes (desenvolvedor do CATIA) adquiriu o SolidWorks por US $ 320 milhões .
• A Bentley lançou o MicroStation Modeler versão 5.5 (baseado no kernel de modelagem ACIS 2.1)
• Foi lançado o Pro / E versão 18 com mais de 50 módulos integrados com o preço iniciando em 26.000 USD para 13 módulos.
• Em 1997, o mercado CAD/ CAM apresentou as seguintes posições:
• Solid Works 98 foi lançado com 150 novas ferramentas e o Solid Edge versão 3 com mais de 150 novas ferramentas
• Em 1998 foi lançado o CATIA V5 na plataforma Windows. A figura 1 mostra a tela do CATIA V5.
• Foi lançado o Autocad R14, apresentado na figura 5.
Nos anos 2000, os principais esforços dos desenvolvedores de CAD foram simplificar a modelagem intuitiva e na integração de CAD em suítes de PLM (Product Lifecycle Management) mais amplas. Os desenvolvedores se preocupam em desenvolver ferramentas para um o público em geral, utilizando realidade virtual, renderizações mais realistas.
A década é marcada pelo softwares criando ferramentas para a impressão 3D e armazenamento na nuvem.
2005
2006
2007
2008
• Em fevereiro de 2009, a Autodesk reuniu a imprensa /mídia e lançou oficial-mente o Inventor Fusion como um programa de modelagem paramétrica e modelagem direta.
Autodesk através de vídeos apresentou o programa em diferentes casos de uso enfatizando o programa como uma tecnologia e não como um produto.
Autodesk emphatically stresses that Inventor Fusion is currently just a technology preview, not yet a product. Coming roughly 10 months after the debut of Siemens’ Synchronous Technology, Autodesk’s initiative might seem late. But the distinguishing features in Inventor Fusion suggest the technology might have what it takes to make up for lost time. There are things about parametric that are good; there are things about direct modeling that are good,” acknowledges Anagnost. “Parametric gets in the way of quick design changes. If you don’t know how the model was created, you can break a model ]with your changes]. Direct editing allows you to modify models that are not native ]to your CAD system], easy to explore what-if scenarios, easy to create a concept from scratch without worrying about the parameters.” Inventor Fusion represents, in Anagnost’s words, “a system that lets you use both the big, heavy mode, and the light, nimble mode.”
A figura mostra a tela do Fusion ,
A década de 2010 foi marcada pelo interesse em aplicativos on line , desenvolvimento de modelos 3D para serem impressos , CAD baseado em nuvem , design generativo, otimização topológica além de visualização dos modelos CAD com Realidade aumentada, simulação digital de um ambiente ou produto com realidade virtual.
Apesar das impressoras 3D existirem desde os meados da década de 1980, o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D nesta década, tornou-se possível graças ao lançamento de computadores potentes que permitem a instalações de softwares de modelagem, a liberação de softwares de código aberto, ao interesse de várias indústrias interessadas na tecnologia de impressão 3D, tais como: a indústria de tecnologia, farmacêutica e odontológica e a disponibilidade de arquivos na internet para serem baixados e impresso.
Outro detalhe importante são os tipos de materiais disponíveis para a impressão 3D. No início, quando as impressoras 3D foram introduzidas, a lista de material era muito limitada.
2010
2012
2013
2015
Os principais programas paramétricos para a área de mecânica em uso são:
Link para o download do material completo
https://www.academia.edu/125034834/A_evolu%C3%A7%C3%A3o_do_cad_3Dl
Dicas CAD Rosa Katori 