Imãs de Terras Raras

O nome impressiona e pode dar a impressão de que são imãs naturais extraídos de minas secretas de países exóticos, mas não é nada disso. São imãs artificiais extremamente fortes feitos com uma liga de Neodymium (Nd), Ferro (Fe) e Boro (B). Essa tecnologia de imãs existe desde 1996, mas só nos últimos anos começou a ficar comercialmente viável para produção em escala, então eles estão ficando mais baratos e extremamente comuns para imãs de terras raras.

De onde vem o nome "terras raras"

Terras raras é uma família de elementos na tabela periódica, também conhecida como Lantanídeos, porque todos eles tem características semelhantes às do lantânio. By the way, os lantanídeos não tem nada de raros, na verdade são até bem comuns na natureza mas não em forma pura, precisam ser separados de outros compostos.

Temperatura de Curie

Desde a década de 1970 que já se sabe que alguns lantanídeos tem uma capacidade de magnetização muito maior do que os imãs comuns, feitos de ferrite ou cerâmica. Mas todo imã, raro ou não, tem a sua temperatura de Curie, que é a temperatura em que um imã perde suas propriedades magnéticas e passa a ser apenas um pedaço de metal ou de cerâmica. O problema dos lantanídeos é que a temperatura de Curie deles é menor que a temperatura ambiente, então para que funcionem como imãs precisam estar em ambientes refrigerados. Claro que isso limita muito as aplicações.

É justamente para aumentar a temperatura de Curie das terras raras que são acrescentados ferro, níquel ou cobalto. O resultado é um imã extremamente poderoso e com uma temperatura de Curie relativamente alta, atualmente algo em torno de 400° celcius para os de neodymium.

Evolução

A primeira geração dos imãs de terras raras usava uma liga de cobalto e samarium. Não ficou muito popular porque é uma liga muito cara e com menor capacidade de magnetização do que a liga de neodymium e ferro usada atualmente. Mas como vantagem, a temperatura de Curie da liga de samarium-cobalto chega a 800°C, então continua tendo a sua utilidade em nichos específicos.

A liga de neodymium, ferro e boro é muito mais barata, tem uma capacidade de magnetização pelo menos 20% maior que a liga de samarium e maior coercitividade, o que significa que é mais difícil de ser desmagnetizado (campo magnético mais estável). Mas além da baixa temperatura de Curie, uma outra desvantagem da liga de neodymium/ferro é que é mais vulnerável à oxidação, então para proteger o imã é necessário um banho com um outro metal como zinco, níquel e eventualmente até com prata e ouro. 

O imã da foto acima tem cerca de 25mm de diametro e 12mm de altura, mas um deles sozinho consegue segurar quase 25 kg de peso. A especificações dele estão aqui.

 

 Comparação

Eu não vou nem tentar falar das unidades dos números da tabela abaixo, mas dá pra fazer uma comparação do desempenho de alguns tipos de imãs (fonte: Wikipedia):

Tipo	Força	Coercitividade	Densidade	Temp Curie
Nd2Fe14B (neodymium)	1.0–1.4	750–2000	200–440	80–400
SmCo5 (samarium)	0.8–1.1	600–2000	120–200	720
Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7 (samarium)	0.9–1.15	450–1300	150–240	800
Alnico (ferro, alumínio, niquel e cobalto)	0.6–1.4	275	10–88	700–860
Ferrite	0.2–0.4	100–300	10–40	450

Grades

Os imãs de terras raras são classificados em grades. Essa classificação tem a ver com a composição exata da liga de neodymium, mas o que importa é que quanto maior a grade, mais forte é o imã. Normalmente ela é indicada logo após a letra ´N´. A menor grade que vi nas minhas navegações é N33, então se a grade não estiver indicada deve ser algo por aí. Por um preço relativamente acessível, é fácil achar imãs com grade N45 ou N48, mas estão em produção imãs com grade de até N52. Em teoria, a grade máxima que os imãs de neodymium podem alcançar é N64, mas os engenheiros acham que na prática o que dá pra conseguir é N60, então isso está sendo pesquisado atualmente, existe uma espécie de corrida entre os fabricantes para conseguir o imã com grade N60.

Riscos

Imãs de terras raras, especialmente com grade acima de N40 são extremamente perigosos. Um par de imãs colocados próximos vai se atrair com extrema violência e conforme o caso podem se espatifar e literalmente explodir mandando pedaços para todo lado feito uma granada. A resistência mecânica destes imãs é bem baixa, eles são muito frágeis. Mas apesar disso são pesados e podem machucar bastante pessoas e animais que se colocarem entre os campos magnéticos de um par deles. Pares de imãs podem se atrair de distâncias incrivelmente longas. Já houve casos de ossos quebrados. Acidentes com cortes nos dedos também são muito comuns.

Computadores, laptops, celulares, monitores, cartões de crédito, etc. Todo esse povo tem que ficar muito distante de imãs de terras raras. O campo magnético de um pode facilmente inutilizar um hd de computador ou de laptop, apagar cartões e bagunçar celulares.

Links:

Campo magnético:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico


Imãs de terras raras:
(em inglês): http://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_magnet
(portugues): http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dm%C3%A3_de_neod%C3%ADmio

Neodímio:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Neod%C3%ADmio

Glossário com os principais conceitos relacionados a imãs de neodymium (em inglês):
 http://www.kjmagnetics.com/neomaginfo.asp
http://apexmagnets.com/index.php?main_page=page&id=3

FAQ muito bom:
http://apexmagnets.com/index.php?main_page=faq

Sobre temperatura de operação:
http://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=temperature-and-neodymium-magnets

Grades:
http://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=magnet-grade

Meu baby finalmente wireless graças ao Wixel

Robit

Faz tempo que não posto nada aqui, mas não parei de trabalhar nos meus projetos. A ideia sempre foi fazer robôs de baixo custo e "made in home", comprar um kit pronto eu nem levo em consideração. E aos poucos estou fazendo alguns progressos. Esse robozinho da foto começou com o projeto que descrevi em Tutorial: Robô simples com sucata. E como o nome diz, era bem simples. Os pulsos para os motores de passo eram gerados pelo computador através de timers e iam praticamente direto para os motores de passo pela porta paralela. Tudo bem simples, o maior desafio foi soldar o conector para o (pesadão) cabo paralelo com todos os seus 25 pinos um quase encostando no outro.

Figura 2 - PicStamp da Grande Ideia Studio

 Mas depois ele evoluiu. Graças ao Prof. Mário Guimarães da Grande Ideia Stúdio que gentilmente forneceu um PicStamp 1 (figura 2) para algumas experiências. O PicStamp é uma plaquinha com um conector USB e um microcontrolador PIC 18F2550 já com o cristal e todos os componentes necessários que um microcontrolador exige. Dois arrays de pinos na parte de baixo da placa facilitam muito a instalação (e remoção) do PIC no dispositivo que será controlado. É um microcontrolador extremamente poderoso e cheio de recursos. Com essa plaquinha meu robozito deu adeus à porta paralela e passou a usar a porta USB. Muito mais rápida, com um cabo muito mais fino e mais leve (figura 3).

Figura 3 - Robô usando o PicStamp para comunicação via USB

Mas um cabo mais fino e mais leve, continua sendo um cabo. E um cabo amarra o robô ao computador, ele não fica livre pra explorar o mundo com suas próprias rodas. Então continuei procurando opções, de baixo custo, evidentemente. E aí topei com o Wixel (figura 3). Do mesmo modo que o PicStamp, o Wixel também tem um microcontrolador em uma plaquinha, já com o cristal e os arrays de pinos na parte de baixo. Mas com uma diferença fundamental, ele é também um transceptor (transmissor e receptor) de RF. Um par de wixels permite estabelecer uma comunicação direta sem fio entre os dois. Com mais de dois é possivel fazer uma rede. O microcontrolador embutido nele também não é pouca coisa, roda a 24Mhz, oferece 29k de memória flash disponível para o programa (de um total de 32k) e (quase) 4k de memória RAM, além de dispor de 15 pinos de IO (6 podem ser configurados para entrada analógica) e de quebra oferece 4 timers, sendo um de 16 bits e três de 8 bits. Dá pra brincar bastante com ele.

Figura 3 - Wixel

Ok, tudo isso é muito bom, mas e o custo? Afinal o propósito deste projeto é fazer robôs de baixo custo. Em uma palavra: barato. Uma plaquinha já pronta custa US$ 20,95, o que dá uns 42 reais. Um joguinho com dois wixels e o cabo USB sai por US$ 41,95. Ponha mais US$ 11,00 pelo envio e com pouco mais de 100 reais vc tem o conjunto. Muito mais barato que as outras opções de wireless como o Zig-Bee ou o Bluetooth. E fica melhor quando a gente considera que além de transceptor ele tem também um microcontrolador programável. O problema do wixel é que o alcance não é grande coisa. Em situaçoes ideais (e os astros favoráveis e ventos a favor), chega a 15 metros, mas situações ideais são ideais porque não são reais, então na prática não espere mais do uns 10 metros. Mesmo assim, 10 metros é bem melhor do que 1,80m do cabo USB.

Pra quem se interessar em obter um par, uma dica importante: se não quiser ser extorquido pelo governo, de maneira nenhuma use o Fedex  pra importar o Wixel. Caí nessa besteira uma vez. Chegou em 3 dias, rapidinho, mas aí tive que desenbolsar R$ 111,00 de IMPOSTO pelo conjunto que me custou R$ 85,00, o imposto é mais caro que o produto... Só no Brasil mesmo. Se optar pelo correio e o total da compra não ultrapassar US$ 50,00, aí demora pra chegar, mas não tem imposto. E pra aproveitar o envio sem passar dos 50 dólares, sugiro encomendar na mesma compra um ou dois pacotinhos de jumpers macho-macho. São muito úteis pra testar o wixel em uma proto-board, ou vc pode usar em uma plaquinha própria para o wixel como essa que eu fiz aí na foto abaixo.

Figura 5 - Placa de teste caseira para o Wixel

Medindo distâncias com um laser - 1

Como citei no post anterior, adquiri a câmera com a intenção de tentar implementar, ou pelo menos pesquisar técnicas de navegação por imagens. Por alguns problemas técnicos (muito consumo de energia e muito peso) não posso instalar a câmera no meu robô, mas isso não me impede de fazer algumas experiências. E uma ideia que eu já tinha bem antes de comprar a câmera é usar um ponto de laser para medir distâncias. Se não contarmos com o custo da câmera, que afinal tem outras utilidades também, essa talvez seja a  forma mais barata de medir distâncias para um robô. Canetinhas laser podem ser adquiridas em camelôs e lojas de quinquilharias por preços que variam de R$ 3,00 a R$ 10,00.

Então comprei uma canetinha laser, desmontei e comecei a fazer a adaptação. Tem vários modelos disponíveis, esse que comprei além do laser, também tem dois leds, um de alto brilho pra funcionar como lanterna e outro que, se formos acreditar no vendedor, serve pra detectar dinheiro falso (!). Não tenho nenhuma nota falsa (que eu saiba) pra testar o led, mas descobri algo bem interessante sobre ele. A luz que ele emite está bem no limite do ultra-violeta, na verdade só uma pequena parte da luz dele é visível, a maior parte está logo acima do limite de frequências que nossos olhos conseguem captar, então só enxergamos uma fraca luz azulada, mas as câmeras normalmente captam uma faixa de frequências ligeiramente maior que os nossos olhos então para a câmera, esse led ilumina muito mais do que o outro que emite luz visível. Vai ser útil em outro projeto. Abaixo uma foto do laser enquanto estava inteiro.

Figura 1 - Laser tipo chaveiro usado no projeto

O próximo passo é desmontar o laser e nessa fase é preciso tomar muito cuidado para não estragar o equipamento. O laser é montado em uma plaquinha já com a lente adaptada à placa. É importante que a lente não seja separada da placa, ou o laser fica inutilizado e o projeto termina aí.

Figura 2- Laser desmontado

Conforme o tipo do laser, a plaquinha vai ter também um ou dois botões e no caso deste tinha também dois leds. O ideal é remover tudo isso, com muito cuidado. Perto da lente, tem um resistor SMD, daqueles minúsculos. É importante que ele não seja removido, ele é necessário pra proteger o laser. A figura 3 mostra  a placa do laser já com os botões e os leds removidos.

Figura 4 - Placa do laser com os botões e leds removidos

A seguir é preciso descobrir dois pontos na plaquinha pra ligar a alimentação. Um dos buracos onde ficavam os contatos do botão que liga/desliga o laser é um deles. O outro ponto provavelmente é a carcaça da lente, mas deve ter algum lugar na placa conectado à carcaça que pode ser usado para soldar o fio de alimentação. Use as próprias baterias do laser pra testar. Conecte-as com uma fita adesiva e ponha fios nos dois polos para ir testando até fazer o laser acender. Depois que descobrir os pontos para alimentação, solde dois pedaços de fio rígido de aproximadamente 1,5 cm cada. Estes fios serão soldados em um pedaço de placa padrão, aquela cheia de furinhos.  Nessa placa será colocado o borne para ligar a alimentação, e pra garantir coloquei também dois diodos. No caso, o laser funciona com 4,5 volts, mas a saída da câmera chega quase a 6 volts, então os diodos além de dar alguma proteção contra inversão de polaridade, também servem pra provocar uma queda de tensão e deixar a alimentação dentro do limite para o laser. É interessante deixar um espaço reservado para um parafuso de 3mm na placa padrão para facilitar a fixação do laser.

 

Figura 5 - Laser montado em uma placa padrão

Impressões sobre a Câmera IP Feasso F-IPCam01

Ha uma semana finalmente comprei uma câmera IP wireless, coisa que eu estava querendo a muito tempo.  É um lançamento recente da marca Feasso, modelo F-IPCAM01, brinquedinho bem legal, ela tem pan-tilt, consegue girar 270 graus na horizontal, quase 90 na vertical e vem com um programa de controle que pra falar a verdade nem tive a curiosidade de instalar pra ver como é.

E aí tive boas e más surpresas. Minha intenção era tentar instalar a câmera no meu robozinho e tentar algo com navegação por imagens, mas assim que vi a fonte dela já percebi que não ia dar. A fonte fornece 2 amperes pra câmera, alimentar isso com baterias é complicado, a não ser que eu faça outro robô bem mais parrudo que o atual. Com o que eu tenho não tem jeito mesmo.

A outra decepção, mas que eu já meio que esperava, é que em lugar nenhum, nem no manual, nem no CD ou no site tem qualquer referência aos comandos que a câmera aceita, cheguei até a mandar um email pro representante da Feasso no Brasil, e adivinha... nenhuma resposta. As vezes eu acho que alguns fabricantes de hardware têm titica de galinha na cabeça, fazem um equipamento cheio dos recursos e não dizem como usar esses recursos em aplicações, será que não passa pela cabeça deles que se os programadores conseguirem desenvolver aplicações para o equipamento deles isso incentivaria a venda desses produtos? Ou eles têm tão pouca imaginação que pensam que o programa que vem junto com a câmera atende todas as aplicações possíveis para o equipamento?

Mas felizmente a câmera tem dentro dela algumas páginas web que permitem controlar boa parte dos recursos e com a ajuda do Google Chrome não foi difícil interceptar toda a comunicação entre a página e a câmera, no fim acabei descobrindo quase todos os comandos da câmera. Que felicidade... Imediatamente fiz uma aplicaçãozinha em delphi pra testar o controle da câmera e consegui que ela fizesse todo tipo de movimento.

E aí a outra decepção, pra isso ser útil em um robô, não adianta apenas poder mover a câmera, é preciso poder também quantificar esse movimento e isso a câmera não faz. Não tem como você dizer pra ela girar tantos graus e a câmera também não diz quantos graus ela girou. Na verdade, não tem nenhuma precisão nos movimentos dela, mas afinal de contas é uma câmera de segurança, não foi feita pra robôs.

Ela tem três tipos básicos de movimento: patrulha, linear e por passo, e cada um desses tipos tem opções em todas as direções. Na patrulha ela fica repetindo o mesmo movimento esquerda-direita, pra cima pra baixo sem parar. No movimento linear, você manda ela ir pra alguma direção e ela vai, até chegar no fim de curso e para. No movimento por passo, ela vai pra alguma direção em passos, cada comando faz ela mover um pouco naquela direção. Até que seria útil se os passos fossem sempre iguais movendo sempre o mesmo angulo, mas não é assim, é uma coisa meio aleatória quantos graus cada passo gira a câmera.

Mas também tive boas surpresas com a câmera. Ela tem uma saída de 5 volts que serve pra ativar algum alarme caso a câmera detecte movimento e é possível enviar comandos pra ativar ou desativar essa saída. É claro que não tenho nenhuma intenção de usar alarmes com a câmera, mas uma saída de 5 volts que pode ser ligada e desligada via programa é extremamente útil e me animou a implementar uma idéia que eu já tinha a algum tempo: de instalar um laser na câmera pra medir distâncias. E olha só... Funcionou... e com um laser comprado em camelô por 6 reais... No próximo post falo sobre esse projeto. Abaixo uma foto de como ficou.

Download do tutorial de robô usando sucata

Acabo de colocar a versão PDF do tutorial para download no meu SkyDrive, então quem estiver interessado pode baixar ou visualizar o tutorial completo clicando aqui. É um projeto aberto. Sugestões, críticas e principalmente colaborações para incrementar o tutorial serão bem vindas. Pretendo fazer revisão periódicas do tutorial acrescentando mais informações, circuitos, técnicas, etc. Mas sempre dentro da proposta de usar de preferência material extraído de sucata e/ou de baixo custo e indicar técnicas caseiras e baratas para resolver problemas comuns no estudo da robótica. 

PIC ou Arduíno?

Desde que iniciei o projeto do robozinho controlado por porta paralela, já venho imaginando que a próxima versão vai usar um microcontrolador. E de lá pra cá estou tentando resolver em qual microcontrolador vale a pena investir. Percebi que a disputa hoje está entre PIC e Arduíno, não tenho visto muita gente falando do 8051, então imagino que atualmente ele não faça muito sucesso entre os entusiastas da robótica. Deve ter alguma boa razão pra isso. Vi muitos sites comparando o PIC com o ATmega usado no Arduíno, mas senti que dificilmente vou conseguir uma opinião isenta, os dois lados têm defensores ardorosos e com argumentos bem convincentes.

Sem dúvida o PIC 18F2550 e seu irmão mais cheio de pernas o 18F4550, são mais rápidos  e tem mais memória do que o ATmega168 e o ATmega368 que são os mais comuns nas placas Arduíno. Mas o Arduíno com certeza tem mais documentação disponível e acessível para os pobres mortais que querem iniciar na programação de microcontroladores. Também pesa o fato de ter compiladores freeware de melhor qualidade (penso eu) e uma grande biblioteca de funções disponível para programação, visto que é uma plataforma aberta.

Mas ser uma plataforma aberta não significa que é barato desenvolver dispositivos com o ATmega. A placa do padrão Arduíno realmente facilita muito o desenvolvimento de protótipos, mas parece que para por aí. Tem centenas de shields no mercado para encaixar no Arduíno e geralmente a documentação se limita a dizer qual pino encaixa aonde, mas e daí? Da maneira que eu vejo, isso serve pra testar o circuito, ver se tudo vai dar certo e se for o caso fazer as correções necessárias. Mas finalizados os testes, quero poder montar o dispositivo final da maneira mais compacta e econômica possível. Não quero gastar uma placa Arduíno e vários shields para cada dispositivo que eu for montar, isso não faz muito sentido. Afinal uma placa padrão Arduíno custa entre R$ 120,00 e R$ 250,00 conforme o tipo e os shields, bom, tem de todos os preços, mas nunca são baratos. Um microcontrolador, que no final é o que importa, não chega a R$ 20,00 e os sensores usados nos shields também são muito mais em conta quando comprados separadamente fora dos shields. Nas minhas navegações não tenho visto muitos circuitos usando o ATmega fora da placa Arduíno. Já para o PIC, uma rápida prece ao Santo Google retorna dúzias de circuitos usando o microcontrolador e sensores variados sem placas pré-montadas (e caras).

Então até o momento, estou inclinado a investir no PIC.

Apêndice - Duplicando polias e engrenagens

Quem se envolve com robótica, cedo ou tarde acaba precisando usar polias e engrenagens. E aí descobre que é extremamente difícil encontrar em sucatas de impressoras e outros equipamentos eletrônicos, polias e engrenagens nas medidas e quantidades necessárias para o projeto em execução. Um robô que se movimenta usando rodas ou esteiras e usa sistema de direção diferencial, precisa que  todo o sistema de movimento seja duplicado. Vai ser necessário conseguir dois motores iguais e dois conjuntos de engrenagens/polias iguais para que o movimento possa ser controlado adequadamente. Uma situação comum é encontrar uma engrenagem/polia que seria perfeita para o projeto se fosse possível conseguir outra igual, mas isso nem sempre é possível e nesse caso, a solução é duplicá-la. Outra situação comum é encontrar uma engrenagem com o diâmetro e tamanho de dentes corretos, mas com o furo do meio na medida errada para o projeto.

A boa notícia é que é possível duplicar uma engrenagem com materiais de baixo custo e sem envolver equipamentos caros. Em resumo, a duplicação de uma engrenagem envolve fazer um molde com a engrenagem disponível e depois preencher o molde com resina. Eventualmente pode ser necessário modificar o tamanho do furo central. Nesta seção abordaremos as técnicas para duplicar engrenagens e polias.

O silicone líquido

Em primeiro lugar é preciso conseguir um material para fazer o molde. Para isso a melhor opção é o silicone líquido. Este tipo de silicone é vendido com um endurecedor que deve ser misturado ao silicone nas proporções indicadas. Depois de algum tempo o silicone endurece e se transforma em uma borracha flexível. O silicone pode ser encontrado em casas que vendem materiais para artesanato e/ou pintura artística, também não é difícil de encontrar para venda on-line pela internet. Neste caso, faça buscas por “borracha de silicone” ou “silicone líquido”. A cor do silicone indica a sua dureza (ou flexibilidade) depois de curado. Os mais indicados para moldar engrenagens são o branco e o azul. Existem também silicones capazes de suportar alguns metais derretidos (silicone vermelho ou marrom), mas são bem mais caros. O silicone azul utilizado neste projeto pode ser encontrado por um preço que varia de R$ 22,00 a R$ 30,00 o litro (preços de 2011). Um litro é suficiente para fazer vários moldes, considerando que cada molde usa cerca de 100 ml de silicone. A figura 34 mostra o silicone utilizado neste projeto.

Figura 34: Silicone líquido azul e endurecedor

O molde

Para fazer o molde, consiga um recipiente de plástico não muito fino. Um plástico muito fino pode deformar e atrapalhar a modelagem. Também é importante que tenha o fundo plano. Recipientes de plástico com tamanhos e espessuras variadas podem ser encontrados facilmente em lojas de materiais para festas.

Para conseguir engrenagens de boa qualidade, também vai ser necessário dispor de uma superfície bem nivelada. Uma boa dica é fazer uma mesa niveladora. É bem simples e evita vários problemas depois. Pode ser feita com um pedaço de madeira lisa e quatro parafusos com suas respectivas porcas. Faça furos nos cantos da madeira no diâmetro dos parafusos e fixe as porcas alinhadas com os furos. Assim os parafusos podem ser rosqueados para cima e para baixo até que a madeira fique bem nivelada. A figura 35 mostra a mesa niveladora feita para este projeto. 

Figura 35: Mesa niveladora

Use uma fita adesiva dupla face para fixar a engrenagem no fundo do recipiente plástico (figura 36). Fitas bem finas dão um resultado melhor, existe uma fita dupla face de borracha que é usada para fixar quadros na parede, essa não é indicada porque é muito grossa e cria sulcos no molde que acabam atrapalhando a modelagem. O outro tipo de fita é uma fita adesiva comum com adesivo dos dois lados, pode ser facilmente encontrada em papelarias e é bem mais barata.  

Figura 36: Recipiente para o molde com a engrenagem fixada no fundo

Antes de preparar a mistura do silicone determine a quantidade necessária para fazer um molde com aproximadamente 1,5 cm de espessura, para isso apenas despeje água no recipiente até ter 1,5 cm de água no fundo e depois verifique quantos ml de água foram utilizados. Para o recipiente que foi usado neste projeto, 100 ml foi a medida ideal. Na mesma loja onde foi comprado o recipiente para o molde, também foi possível encontrar copinhos descartáveis de 100 ml e palitos de sorvete para misturar o silicone.

Dica: Se o silicone ficou algum tempo armazenado, o que com certeza é o caso quando você acaba de comprar um pote, ele tende a se depositar no fundo do pote. Antes de usar, é uma boa idéia misturar misturar bem o silicone com um pedaço de madeira para deixa-lo mais homogêneo, inclusive raspando bem o fundo do pote, você vai perceber que o silicone no fundo do pote é muito mais denso que o que está na superfície.

Depois de fixar a engrenagem no fundo do recipiente, coloque-o em uma superfície nivelada ou na mesa niveladora e faça a mistura do silicone com o endurecedor. Para o silicone usado neste projeto, a medida que deu melhores resultados foi duas tampinhas de endurecedor para 100 ml de silicone. É preciso cuidado para não produzir muitas bolhas no silicone enquanto estiver misturando, fazendo movimentos lentos e suaves. Também é importante misturar bem o silicone com o endurecedor, raspando as laterais e o fundo do copinho para misturar o silicone que fica aderido às paredes do recipiente. Depois de misturado, algumas pancadinhas no fundo do copinho ajudam a fazer subir as bolhas que estiverem no silicone. Essa operação não deve demorar mais do que dois minutos, depois de misturado com o endurecedor, o silicone começa a endurecer rápido e é importante que ele seja despejado no molde enquanto ainda está bem líquido para que forme uma superfície nivelada na parte de cima. 

Dica: Depois de despejar o silicone no copinho medida e antes de misturar o endurecedor (perceberam que eu negritei, inclinei e sublinhei a palavra antes né?), deixar o copinho descansar por alguns minutos vai fazer com que boa parte das bolhas que estiverem la dentro subam e estourem na superfície.

Despeje o silicone no recipiente de plástico e espere cerca de 3 horas para retirar o molde do recipiente e a engrenagem do molde (Figura 37). A cura completa só acontece depois de 24 horas. É aconselhável esperar a cura completa antes de usar a resina no molde ou ela pode aderir ao silicone, outra opção é usar algum desmoldante. Um desmoldante é uma substancia, geralmente em spray, que é colocada no molde para que a resina não grude nele. Existe um óleo de silicone em spray que é próprio para isso e é facilmente encontrado em lojas de ferramentas.

Importante: Não use recipientes de vidro para fazer o molde. O silicone adere ao vidro. 

Figura 37: Silicone no recipiente esperando a secagem

Depois de seco, o silicone forma uma borda ligeiramente levantada devido à tensão superficial que existe enquanto está líquido. Essa borda deve ser retirada para garantir que o molde fique bem nivelado quando for colocada a resina. Com uma tesoura, corte as bordas conforme mostrado na figura 38. 

Figura 38: Bordas sendo cortadas para garantir bom nivelamento do molde

Figura 39: O molde depois de pronto

A resina

Durante o desenvolvimento deste projeto foram testados vários tipos de resina. A mais fácil de conseguir é a resina de poliéster pré-acelerada. Essa resina é utilizada para fazer peças de fibra de vidro, então pode ser encontrada em qualquer loja de tintas e é bem barata. Mas infelizmente não serve para fazer engrenagens. Depois que seca apresenta uma retração bem significativa o que acaba alterando o diâmetro da peça. Além disso, a resistência mecânica dela é baixa, uma engrenagem feita com essa resina nem pôde ser testada porque caiu no chão e quebrou.

Também foi feito um teste com acrílico em pó auto-polimerizante, material utilizado pelos dentistas para fazer próteses. Este material é um pouco mais caro e mais difícil de encontrar já que só é encontrado em casas especializadas em materiais para dentistas. Tem uma excelente resistência mecânica e não tem o problema da retração como a resina de poliéster. O problema do acrílico em pó é que depois misturado com o líquido ele se transforma em uma pasta bastante densa e é difícil colocar a pasta no molde de borracha, preenchendo todos os detalhes sem deformar o molde que é bem flexível. Também é possível colocar diretamente o pó no molde e depois gotejar o líquido sobre ele. O problema dessa técnica é garantir que o líquido se espalhe por todo o pó de maneira homogênea. Se uma parte do pó não receber o líquido, não vai endurecer e a engrenagem será inutilizada.

Os melhores resultados foram obtidos com a resina epóxi. Não é uma resina cara (por volta de R$ 40,00 o litro – valores de 2011), tem uma ótima resistência mecânica, não apresenta retração depois de seca e a mistura da resina com o endurecedor forma um líquido com uma viscosidade satisfatória para ser despejado no molde preenchendo todos os detalhes. O único problema é que é difícil encontrar estabelecimentos que vendam essa resina. Como não foi encontrada nos estabelecimentos da cidade, a opção foi comprar pela internet. Existem vários tipos de resina epóxi, o ideal é que seja um tipo com baixa viscosidade.

É preciso muito cuidado ao manipular a resina epóxi. Use jornais velhos para evitar que respingos possam atingir a superfície de trabalho e palitos de sorvete e copinhos descartáveis para fazer a mistura, esta resina depois de seca é extremamente dura e os respingos não saem facilmente.

Uma superfície nivelada também é importante no momento de preencher o molde com a resina, então antes de fazer a mistura coloque o molde na mesa niveladora. A resina epóxi é razoavelmente lenta para secar, demora pelo menos 5 horas para que possa ser retirada do molde, mas só atinge o máximo da sua resistência mecânica depois de 24 horas.

Câmara de secagem

A temperatura e umidade do ar influenciam bastante no processo de cura da resina. O ideal é um ambiente seco e ligeiramente aquecido, isso acelera a secagem e melhora a resistência da engrenagem. Não é difícil fazer uma câmara de secagem para a resina, é basicamente uma caixa de madeira com uma lâmpada incandescente de 40W dentro dela. Na falta de uma caixa de madeira apropriada, uma câmara de secagem usando uma prateleira de armário foi improvisada para este projeto, conforme mostrado na Figura 40.

Resista à tentação de colocar o dedo na resina para verificar se está seca, antes de secar a resina fica em um estado gelatinoso e a pressão do dedo pode deformar a engrenagem. Use as sobras da mistura para deixar uma porção à parte como controle.  

Figura 40: Câmara de secagem improvisada em um armário

O furo central

Se for possível encontrar uma engrenagem que tenha o diâmetro, o tamanho e numero de dentes correto para seu projeto e, além disso, tenha também o furo central na medida correta para o eixo onde a engrenagem será fixada, parabéns, considere-se com sorte. Mas eventualmente acontece de a engrenagem não ter um furo central na medida correta. Se for um furo pequeno e você precisa de um furo maior, talvez seja possível aumentar o furo com uma broca apropriada. Mas se o furo não for tão pequeno assim e você precisar aumentar o tamanho dele, vai acabar descobrindo que é muito difícil aumentar seu diâmetro mantendo o furo exatamente centralizado na engrenagem. E uma engrenagem com o furo fora de centro, mesmo que ligeiramente, fica inutilizada. Uma situação parecida ocorre quando a engrenagem tem um furo maior do que o necessário, nesse caso não há como diminuir o diâmetro dele. A solução, tanto para um caso quanto para o outro, é eliminar o furo e fazer outro.

Para eliminar o furo é bastante simples, basta cortar o pino central do molde e moldar a engrenagem sem o furo, como mostrado na Figura 41. Já para fazer o novo furo é bastante mais complicado, especialmente porque o furo precisa estar muito bem centralizado na engrenagem.  

Figura 41: (a) Molde com o pino central retirado (b) A engrenagem depois de pronta

Esquadro de centrar

O problema de fazer o novo furo é como determinar a posição exata do centro da engrenagem. Existe um tipo de esquadro que é próprio para marcar o centro de uma peça circular, o esquadro de centrar, mas é muito difícil de ser encontrado e costuma ter um preço proibitivo. Felizmente, não é difícil fazer um esquadro de centrar caseiro com um custo muito baixo.

Só é necessário dispor de um esquadro de desenho triangular comum, do tipo com ângulos de 45º e 90º. O primeiro passo é cortar o lado do esquadro que tem os ângulos de 45º (hipotenusa). Em seguida a parte cortada deve ser posicionada e colada de modo que um dos ângulos de 45º divida o ângulo de 90º na metade, conforme mostrado na figura 42.  

Figura 42: (a) Esquadro de desenho cortado (b) Depois de posicionado e colado

Para marcar o centro da engrenagem, posicione-a de modo que suas bordas encostem no ângulo reto interno do esquadro (figura 43) e risque com uma caneta, lápis ou a ponta seca de um compasso, conforme o material da engrenagem. Faça pelo menos três ou quatro riscos. A intersecção entre os riscos marca o centro da engrenagem. Depois quando for furar, fure primeiro com uma broca fina e depois com a broca da medida desejada para o furo.  

Figura 43: (a) Engrenagem posicionada no esquadro (b) Depois de riscada

Links úteis

Aqui alguns links muito bons pra quem quiser se aprofundar mais:

Resina

1) Um breve mas bem completo resumo sobre tipos de resina e suas aplicações e características. Também tem um FAQ com informações bem importantes pra quem quiser fazer peças mais bem acabadas:

http://www.fazfacil.com.br/reforma-construcao/resinas-poliester-epoxi/

Silicone

1) Informações acessíveis e úteis sobre tipos de silicone e suas aplicações:

http://www.fazfacil.com.br/materiais/silicone.html

Índice

2) Visão geral do projeto
3) Fonte de alimentação para testes de bancada
4) A porta paralela
5) Motores de passo
6) Montagem dos circuitos
7) Montagem do robô
8) Alimentação
9) Software de navegação
10) Conclusão
Apêndice - Duplicando polias e engrenagens