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Novo design de scanner óptico é desenvolvido no Brasil
Os scanners ópticos representam uma solução tecnológica que faz parte do cotidiano da vida moderna, incorporado em impressoras a laser, microscópicos de varredura a laser e leitoras de código de barra encontradas nos supermercados e outros estabelecimentos comerciais.
Espelhos giratórios
Com a função de controlar de forma precisa a direção da propagação de um feixe luminoso (geralmente um laser), os scanners ópticos hoje disponíveis comercialmente são grandes e muito caros. Eles são compostos de um pequeno espelho que, ao girar, posiciona o feixe de laser de acordo com a necessidade do equipamento em que está inserido.
"Nós trabalhamos para tornar esse dispositivo menor, mais barato e fácil de ser produzido", afirma Luiz Otávio Saraiva Ferreira, engenheiro electrónico e professor do Departamento de Mecânica Computacional da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, que estuda o assunto há mais de 20 anos.
Scanner integrado
Ferreira explica que os scanners convencionais são verdadeiros mecanismos de relojoaria, com uma mecânica complicada de dezenas de peças que precisam ser montadas e ajustadas.
"Nosso dispositivo é feito de uma peça única", compara o professor que agora comemora os resultados da tese de doutorado do seu orientando, o físico Luiz Cláudio Marangoni de Oliveira, intitulada Contribuições para a melhoria do desempenho e viabilidade de fabricação de scanners indutivos, que conseguiu tornar esse dispositivo ainda mais eficiente e económico, o que resultou em depósito de pedido de patente de invenção pela Agência de Inovação Inova Unicamp.
O scanner de uma única peça é produzido através de processo semelhante ao utilizado em gráficas para fazer matrizes de impressão, o chamado processo fotolitográfico, que também é usado na indústria electrónica para fabricar chips de computador.
Por meio dele é possível fazer muitas peças em tamanho pequeno, de uma única vez, tornando a produção simples e barata. "Isso é muito diferente de fazer peça por peça, que depois precisam ser montadas, ajustadas e calibradas", enfatiza Ferreira.
Fotolitografia
O design dessa peça única foi possível graças à utilização de conceitos da microeletrônica para a planarização da máquina, que assim pode ser produzida em lotes pelo processo fotolitográfico, resultando em redução de custos e melhoria de desempenho.
É também esse processo que proporciona a fabricação de peças planas tão pequenas. "Não conseguiríamos fazer peças desse tamanho através da mecânica convencional, porque é muito difícil manusear peças tão pequenas", comenta o pesquisador.
Moldado às capacidades da indústria nacional
O primeiro scanner óptico desenvolvido por Ferreira foi feito de silício - o mesmo material utilizado para fazer chips eletrônicos -, mais leve e resistente do que o aço. E, como o scanner óptico possui um espelho que precisa se mover rápido para promover a deflexão do feixe de laser, o fato de o silício ser leve faz com que esse espelho mova-se ainda com mais velocidade.
No entanto, os pesquisadores perceberam que trabalhar apenas com esse material tornaria inviável a produção industrial dos scanners, porque no Brasil não há indústria que domine o processo de usinagem química do silício.
"Então decidimos desenvolver uma nova geração de dispositivos mais adequados à indústria existente no país", justifica Ferreira. Foi assim que a pesquisa migrou da utilização do silício para uma tecnologia à base de metais. Em parceria com uma empresa nacional - Metalfoto Indústria e Comércio de Fotofabricação - alguns protótipos pré-industriais foram produzidos. As peças de metal que compõem os scanners também foram usinadas quimicamente por processo fotolitográfico igual ao aplicado às peças de silício.
Scanner de acoplamento forte
Os polímeros compõem ainda outra alternativa de material para produzir os dispositivos dos scanners, que ficam com um desempenho menor, porém muito mais baratos se comparados aos de metal. Assim, os pesquisadores conseguíram criar três alternativas de dispositivos, sempre mantendo as demais inovações - formato plano e produção em lotes.
Outra vantagem da inovação é o acoplamento forte desses scanners. Os equipamentos convencionais possuem acoplamento fraco, ou seja, não há um caminho de ferro para o campo magnético fluir da bobina do estator (peça que fica parada) até a bobina do rotor (peça que se move).
Já nos fortemente acoplados há um caminho de ferro para o campo magnético fluir entre essas peças. O campo magnético flui milhares de vezes mais facilmente pelo caminho de ferro que pelo caminho de ar, e, com isso, o scanner com acoplamento forte funciona de forma mais eficiente, consumindo menos energia.
Aplicações dos scanners
Após muitos anos trabalhando na fabricação e mecânica dos scanners, Ferreira agora busca complementar a tecnologia para deixá-la pronta para as aplicações finais. O próximo passo é o desenvolvimento do circuito de controle do dispositivo, ou seja, a parte electrónica.
Com o pacote tecnológico pronto, os scanners ópticos poderão ganhar um mercado bastante diversificado, que abrange indústrias de equipamentos gráficos (impressoras a laser e equipamentos de corte e gravação a laser), ópticos (para inspecção e medição), sistemas de projecção de imagens (projectores para imagens e displays retinais), entretenimento (para projeção de formas e imagens em grandes anteparos) e equipamentos médico-hospitalares (para cirurgias a laser).
Bibliografia:
Novo design de scanner óptico:
Revista Conecta
Sara Nanni em IT (BR)
04/08/2008
Os scanners ópticos representam uma solução tecnológica que faz parte do cotidiano da vida moderna, incorporado em impressoras a laser, microscópicos de varredura a laser e leitoras de código de barra encontradas nos supermercados e outros estabelecimentos comerciais.
Espelhos giratórios
Com a função de controlar de forma precisa a direção da propagação de um feixe luminoso (geralmente um laser), os scanners ópticos hoje disponíveis comercialmente são grandes e muito caros. Eles são compostos de um pequeno espelho que, ao girar, posiciona o feixe de laser de acordo com a necessidade do equipamento em que está inserido.
"Nós trabalhamos para tornar esse dispositivo menor, mais barato e fácil de ser produzido", afirma Luiz Otávio Saraiva Ferreira, engenheiro electrónico e professor do Departamento de Mecânica Computacional da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp, que estuda o assunto há mais de 20 anos.
Scanner integrado
Ferreira explica que os scanners convencionais são verdadeiros mecanismos de relojoaria, com uma mecânica complicada de dezenas de peças que precisam ser montadas e ajustadas.
"Nosso dispositivo é feito de uma peça única", compara o professor que agora comemora os resultados da tese de doutorado do seu orientando, o físico Luiz Cláudio Marangoni de Oliveira, intitulada Contribuições para a melhoria do desempenho e viabilidade de fabricação de scanners indutivos, que conseguiu tornar esse dispositivo ainda mais eficiente e económico, o que resultou em depósito de pedido de patente de invenção pela Agência de Inovação Inova Unicamp.
O scanner de uma única peça é produzido através de processo semelhante ao utilizado em gráficas para fazer matrizes de impressão, o chamado processo fotolitográfico, que também é usado na indústria electrónica para fabricar chips de computador.
Por meio dele é possível fazer muitas peças em tamanho pequeno, de uma única vez, tornando a produção simples e barata. "Isso é muito diferente de fazer peça por peça, que depois precisam ser montadas, ajustadas e calibradas", enfatiza Ferreira.
Fotolitografia
O design dessa peça única foi possível graças à utilização de conceitos da microeletrônica para a planarização da máquina, que assim pode ser produzida em lotes pelo processo fotolitográfico, resultando em redução de custos e melhoria de desempenho.
É também esse processo que proporciona a fabricação de peças planas tão pequenas. "Não conseguiríamos fazer peças desse tamanho através da mecânica convencional, porque é muito difícil manusear peças tão pequenas", comenta o pesquisador.
Moldado às capacidades da indústria nacional
O primeiro scanner óptico desenvolvido por Ferreira foi feito de silício - o mesmo material utilizado para fazer chips eletrônicos -, mais leve e resistente do que o aço. E, como o scanner óptico possui um espelho que precisa se mover rápido para promover a deflexão do feixe de laser, o fato de o silício ser leve faz com que esse espelho mova-se ainda com mais velocidade.
No entanto, os pesquisadores perceberam que trabalhar apenas com esse material tornaria inviável a produção industrial dos scanners, porque no Brasil não há indústria que domine o processo de usinagem química do silício.
"Então decidimos desenvolver uma nova geração de dispositivos mais adequados à indústria existente no país", justifica Ferreira. Foi assim que a pesquisa migrou da utilização do silício para uma tecnologia à base de metais. Em parceria com uma empresa nacional - Metalfoto Indústria e Comércio de Fotofabricação - alguns protótipos pré-industriais foram produzidos. As peças de metal que compõem os scanners também foram usinadas quimicamente por processo fotolitográfico igual ao aplicado às peças de silício.
Scanner de acoplamento forte
Os polímeros compõem ainda outra alternativa de material para produzir os dispositivos dos scanners, que ficam com um desempenho menor, porém muito mais baratos se comparados aos de metal. Assim, os pesquisadores conseguíram criar três alternativas de dispositivos, sempre mantendo as demais inovações - formato plano e produção em lotes.
Outra vantagem da inovação é o acoplamento forte desses scanners. Os equipamentos convencionais possuem acoplamento fraco, ou seja, não há um caminho de ferro para o campo magnético fluir da bobina do estator (peça que fica parada) até a bobina do rotor (peça que se move).
Já nos fortemente acoplados há um caminho de ferro para o campo magnético fluir entre essas peças. O campo magnético flui milhares de vezes mais facilmente pelo caminho de ferro que pelo caminho de ar, e, com isso, o scanner com acoplamento forte funciona de forma mais eficiente, consumindo menos energia.
Aplicações dos scanners
Após muitos anos trabalhando na fabricação e mecânica dos scanners, Ferreira agora busca complementar a tecnologia para deixá-la pronta para as aplicações finais. O próximo passo é o desenvolvimento do circuito de controle do dispositivo, ou seja, a parte electrónica.
Com o pacote tecnológico pronto, os scanners ópticos poderão ganhar um mercado bastante diversificado, que abrange indústrias de equipamentos gráficos (impressoras a laser e equipamentos de corte e gravação a laser), ópticos (para inspecção e medição), sistemas de projecção de imagens (projectores para imagens e displays retinais), entretenimento (para projeção de formas e imagens em grandes anteparos) e equipamentos médico-hospitalares (para cirurgias a laser).
Bibliografia:
Novo design de scanner óptico:
Revista Conecta
Sara Nanni em IT (BR)
04/08/2008