CAD & CAM

A tecnologia CAD/CAD potencializou o poder da criatividade humana e a realização de projetos de uma forma incalculável, tanto que é muito difícil imaginar o nível tecnológico em que estaríamos sem essas ferramentas. A complexidade de alguns projetos essenciais para nós é tamanha, que sua fabricação só é possível porque outras tecnologias foram desenvolvidas antes, e contam com a utilização de máquinas e ferramentas especialmente criadas para atender tais projeto, mas em todas os passos, sistemas CAD/CAM tem papel fundamental.

A área odontológica talvez tenha se beneficiado de forma mais ampla, profunda e diretamente dos recursos CAD/CAM mais recentemente, coisa de talvez 20 anos, o que é pouco tempo comparado com outras áreas, mas com certeza muitas das ferramentas e materiais que usamos tem sua produção possível porque seus fabricantes dispõe de sistemas CAD/CAM em suas produções

O objetivo deste material é trazer um panorama sobre CAD/CAM, ou seja uma visão resumida do todo, com uma ênfase em como ela é utilizada na odontologia. Para antes de começar a entender como funcionam as máquinas e os programas, ter um entendimento dos conceitos, processos e tecnologias, e como cada parte se conecta e trabalha com outra.

O QUE É CAD/CAM?

É importante lembrar que toda a criação e avanço tecnológico visa a automatização ou potencialização de tarefas e processos nas quais o esforço humano encontra limitação na entrega de resultados.

O termo CAD/CAM é um conjunto de duas siglas que diz respeito as ferramentas e processos de projeção e produção de objetos feitos com auxilio de computação. O CAD vem de Computer Aided Design, e significa desenho auxiliado por computador, e CAM vem de Computer Aided Manufactoring, e significa produção auxiliada por computador

Para um entendimento temporal, o ENIAC, sigla para Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer, foi o primeiro computador eletrônico de grande escala, desenvolvido pelos cientistas norte-americanos John Eckert e John Mauchly em 1946, durante a Segunda Guerra Mundial, e por depender de computadores, o desenvolvimento do CAD/CAM acompanhou diretamente a evolução da computação.

CAD: ORIGEM E EVOLUÇÃO

Antes da criação de tecnologias CAD, todo o projeto e desenho era realizado de forma manual, e para isso era necessário uma enorme habilidade para desenho técnico, além de todo o conhecimento de engenharia.

O CAD é uma tecnologia que permite o desenho e a modelagem de objetos em computadores, usando softwares específicos. O CAD surgiu na década de 1950, como uma ferramenta para auxiliar os engenheiros e arquitetos na elaboração de projetos. O primeiro sistema de CAD foi desenvolvido pelo matemático John von Neumann, que criou um programa capaz de gerar curvas matemáticas em uma tela, impulsionado pela demanda da indústria aeroespacial, automobilística e militar por projetos mais complexos e precisos, o CAD evoluiu muito, incorporando recursos como a simulação, a análise, a animação e a impressão 3D.

O CAD passou por diversas fases de desenvolvimento ao longo das décadas. Na década de 1960, o CAD se popularizou entre as indústrias aeroespacial e automotiva, que usavam o sistema para criar modelos tridimensionais de peças e veículos, inclusive em 1963, Ivan Sutherland criou um dos programas gráficos mais lembrados, o Sketchpad, um marco na Informática, sendo o primeiro editor gráfico orientado a objetos.

Na década de 1970, o CAD se tornou mais acessível e versátil, com a introdução dos microcomputadores e dos softwares gráficos interativos. Na década de 1980, o CAD se expandiu para outras áreas, como a eletrônica, a mecânica, a civil e a biomédica. Em 1983, a Autodesk produziu o primeiro programa CAD significativo, o AutoCAD, para a IBM. Ainda nos anos do CAD 2D, este programa dominava o mercado. Em 1995, o SolidWorks foi lançado como o primeiro programa CAD 3D significativo, já que os computadores já haviam atingido os requisitos para executar esses programas naquela época. Muitos dos programadores originais dos programas CAD 2D mais antigos foram contratados novamente pelas empresas para produzir novos programas CAD 3D concorrentes, e programas como Inventor e SolidEdge nasceram. Na década de 1990 também, o CAD se integrou com outras tecnologias, como a internet, a realidade virtual e a inteligência artificial. Na década de 2000, o CAD se consolidou como uma ferramenta indispensável para o design e a inovação em diversos campos. 

Atualmente o CAD tem aplicações em diversas áreas do conhecimento e da sociedade. O CAD é usado para criar e modificar projetos de arquitetura, engenharia, urbanismo, paisagismo, design de interiores, design gráfico, design de produto, design de moda, design de joias, design de games, design de animação, entre outros. O CAD também é usado para fins educacionais, científicos, artísticos e recreativos. O CAD permite que os profissionais e os estudantes expressem suas ideias de forma visual, precisa e criativa. E hoje em dia não estamos a ver grandes mudanças na indústria, mas sim para mantê-la excitante, entretanto, muitos programas diferentes estão a inclinar-se para extremos opostos para dominar mercados mais pequenos em vez de um mercado amplo. Programas como o SolidWorks se inclinam para o campo do tipo Engenharia Mecânica com apenas design paramétrico e simulações avançadas, enquanto programas como o Maya se inclinam para a indústria cinematográfica com sua modelagem de caixa e renderização de animação de alta qualidade integrada e pronta para ser usada imediatamente.

CAM: ORIGEM E EVOLUÇÃO 

A história do CAM, Computer Aided Manufacturing,  começa na década de 40 com o surgimento das primeiras máquinas de controle numérico (CNC), e compreende todo o sistema que vai produzir a peça virtualmente projetada pelo software CAD, desde o software utilizado para gerar o arquivo com as instruções a serem utilizadas por uma máquina, até as próprias máquinas e toda a sua estrutura tecnológica.

As máquinas CNC, sigla de … que usavam cartões perfurados para executar operações de corte e perfuração, 

Patrick J. Hanratty é amplamente considerado “o Pai do CAD/CAM”, mas também o criador do CAM. Em 1957, enquanto trabalhava na General Electric, desenvolveu um software denominado PRONTO (Programa para Operações Numéricas de Ferramentas), que se tornou o primeiro sistema comercial de programação CNC, e assim sendo um expoente ao integrar CAD e CAM. (https://cadday.weebly.com/history.html)

O desenvolvimento do CAM foi influenciado pela integração com o CAD, formando o sistema CAD/CAM, que permite a comunicação direta entre o projeto e a produção. 

Atualmente o CAM é caracterizado pela diversidade de máquinas e materiais que podem se dividir em basicamente dois grandes grupos de tecnologias, os de produção aditiva e os de produção redutiva. Nas de produção aditiva as máquinas trabalham em um processo de construção de peça, ou seja, elas fabricam adicionado material, e os de produção redutiva vão esculpindo blocos, lâminas, cilindros, e outros formatos, mas sempre peças maiores para que por redução cheguem ao tamanho e forma finais.

Os equipamentos CAM compreendem fresadoras, tornos, impressoras 3D, lasers, e qualquer outro equipamento que possa trabalhar de forma automática a partir de configurações de softwares. Alguns exemplos mais comuns de uso do CAM são: fabricação de peças mecânicas, moldes, próteses, joias, brinquedos, móveis, roupas e outros E dentre os materiais temos: cerâmicas, metais, plásticos, e vem se desenvolvendo máquinas e processos para trabalhar  com diversos tipos de materias, desde cimento para produção de casas, à materiais orgânicos como tecidos humanos para procedimentos cirúrgicos e tecidos animais para alimentação.

ENTENDENDO O  CAD/CAM ODONTOLÓGICO

Diferente da maioria dos projetos CAD nas quais se desenvolvem do zero a partir de dimensões simples de comprimento x largura x altura, na área odontológica, mais especificamente na produção de restaurações dentais, os contornos dentais são únicos em cada peça e com dimensões complexas de serem mensuradas com qualquer instrumento para posteriormente serem utilizadas em softwares CAD, logo os projetos CAD para a odontologia requerem um passo antes, que é a digitalização, na qual a partir de um equipamento que comumente é um escaner 3D o contorno do meio oral é capturado e transformado em um arquivo 3d para reprodução e uso em ambiente virtual, em resumo, na digitalização o contorno oral se torna um arquivo para ser trabalho pelos softwares 3D.

E a partir desses arquivos 3D nós podemos desenhar as restaurações e depois produzi-las em fresadoras e impressoras 3D.

HISTÓRIA DO CAD/CAM NA ODONTOLOGIA

A história do CAD e CAM na odontologia começa na década de 80, quando o professor Werner Mörmann desenvolveu o primeiro sistema CAD/CAM odontológico, capaz de fabricar inlays a partir de um bloco cerâmico (https://blog.dentaltiradentes.com.br/cad-cam/). O desenvolvimento do CAD e CAM na odontologia foi marcado pelo aprimoramento dos scanners, dos softwares, das fresadoras e dos materiais, ampliando as possibilidades de restaurações e próteses

EQUIPAMENTOS E O CAD/CAM NOS DIAS ATUAIS

ESCANERS

O processo de escaneamento 3D consiste em capturar a forma e as dimensões de um objeto real e transformá-lo em um modelo digital tridimensional. 

Como funciona o processo de escaneamento 3D

O escaneamento 3D é uma tecnologia que permite criar uma representação digital de um objeto físico. Essa representação é chamada de modelo 3D, e é realizada em basicamente 2 etapas:

1. Captura de dados

Na etapa de captura de dados, o scanner 3D coleta informações sobre a forma e a superfície do objeto a ser escaneado, para isso, o scanner 3D utiliza diferentes tecnologias, como luz estruturada, laser, fotogrametria ou tomografia, que projetam ou captam a luz refletida pelo objeto e medem a distância entre o scanner e a superfície do objeto. Como essa captura abrange e busca diferenciar todas as mínimas nuances dos objetos físicos atribuindo pontos, o resultado bruto forma algo semelhante e denominado “nuvem de pontos”.

Dentre as tecnologias de captura de dados temos:

LIDAR: O scanner projeta um feixe de laser na superfície do objeto e mede o tempo que leva para o feixe retornar. Essa informação é usada para calcular a distância entre o scanner e o objeto.  O scanner Lidar é um dos tipos mais comuns de scanners 3D. É usado em uma ampla gama de aplicações, incluindo engenharia, arquitetura e manufatura.

Câmera estéreo: O scanner usa duas câmeras para capturar imagens do objeto a partir de ângulos diferentes. Essas imagens são usadas para calcular a profundidade da superfície do objeto. O scanner de câmera estéreo é uma boa opção para escanear objetos com detalhes complexos. É frequentemente usado em aplicações de manufatura e engenharia.

Fotogrametria: O scanner usa uma câmera para capturar imagens do objeto em movimento. Essas imagens são usadas para criar um modelo 3D do objeto. A fotogrametria é uma técnica de captura de imagens que pode ser usada para criar modelos 3D de objetos grandes e complexos. É frequentemente usada em aplicações de arqueologia e conservação.

2. Processamento de dados

Na etapa de processamento de dados, os dados capturados pelo scanner são processados por software para então criar a representação virtual do objeto

E a nuvem de pontos capturada é então processada por um software que usa uma variedade de algoritmos que reconhece as formas, as texturas do objeto e pode reconhecer até as cores, e cria uma malha poligonal que reproduz o modelo digital 3D do objeto. Esse modelo pode ser salvo em diferentes formatos de arquivo, com características e uso distintos, como STL, OBJ, PLY ou VRML, que podem ser usados e pós processados para diversas aplicações, como software de modelagem 3D, software de análise de engenharia, impressão 3D, entre outros

O futuro do escaneamento 3D

O escaneamento 3D é uma tecnologia em rápida evolução. À medida que a tecnologia continua a se desenvolver, o escaneamento 3D está se tornando cada vez mais acessível e preciso. Isso está tornando a tecnologia disponível para uma gama mais ampla de usuários.

SOFTWARES DE DESENHO

Cada software CAD tem um desenvolvimento para um uso especifico, tem softwares para arquitetura, desenvolvimento de objetos, outras mais simples para aprendizagem, mas cada um com ferramentas e recursos pensados para a finalidade ao qual foram criados, e o softwares de CAD odontológico não são diferentes, eles contam com funções e ferramentas exclusivas para a criação de restaurações dentais ou acessórios de uso exclusivo de cirurgiões dentistas. Além dessas funções, os programas vem se desenvolvendo e proporcionando menos erros.

FRESADORAS 

(Em breve)

IMPRESSÃO 3D E IMPRESSORAS

A impressão 3D é uma tecnologia que permite criar objetos tridimensionais a partir de dados digitais. Ela surgiu na década de 1980, com o desenvolvimento de diferentes técnicas de prototipagem rápida, que se diferenciam pelo tipo de material, pelo método de formação das camadas e pelo resultado final da impressão.

A estereolitografia (SLA) usa um laser para solidificar um líquido fotossensível, formando as camadas do objeto. Essa técnica produz objetos com alta resolução e detalhamento, mas requer um pós-processamento para remover o excesso de resina e curar a peça. 

A sinterização seletiva a laser (SLS) usa um laser para fundir partículas de pó metálico ou plástico, formando as camadas do objeto. Essa técnica produz objetos com boa resistência e durabilidade, mas pode gerar peças porosas e com superfície áspera. 

A modelagem por deposição fundida (FDM) usa um bico aquecido para extrudir um filamento plástico e depositá-lo sobre uma plataforma, formando as camadas do objeto. Essa técnica produz objetos com baixo custo e variedade de materiais, mas pode gerar peças com baixa precisão e qualidade superficial.

Essas três técnicas são as mais antigas e populares da impressão 3D, mas existem outras que foram desenvolvidas posteriormente, como a impressão por jato de tinta, a fusão a laser direta de metal (DMLS), a estereolitografia digital (DSL) e a impressão por luz projetada (DLP). Cada uma delas tem suas características específicas, que devem ser consideradas na hora de escolher a melhor técnica para cada aplicação.

As impressoras 3D evoluíram muito desde o seu surgimento, tornando-se mais rápidas, precisas, versáteis e acessíveis. Elas são usadas para diversas aplicações, como prototipagem, design, educação, arte, medicina, engenharia, arquitetura e até mesmo alimentação. A impressão 3D é considerada uma tecnologia revolucionária, que pode mudar a forma como produzimos e consumimos objetos no futuro.

PRECISÃO EM CAD/CAM ODONTOLOGICO

Todas as ferramentas CAD/CAM, sejam softwares ou máquinas, funcionam apenas processando todas as informações e configurações adicionadas por pessoas, logo a precisão e qualidade dos trabalhos desenvolvidos em CAD/CAM são diretamente proporcionais a qualidade das informações, configurações, conhecimento técnico odontológico e computacional daquele, ou daqueles que se utilizam do CAD/CAM.

Muitos micro processos dentro do sistema foram automatizados por algoritmos, e vem sendo aperfeiçoados, e são melhores com o passar do tempo, mas em muitos processos a experiência humana ainda é essencial, como por [exemplo](http://exemplo.na) no preparo dental e afastamento gengival, que vai influenciar diretamente no escaneamento e resultado da delimitação e inserção das restaurações, ou no conhecimento de morfologia e oclusão, que vai influenciar na forma da restauração, e toda a função mastigatória em que estará envolvida. Sem contar processos bem manuais como refino de bordo de restauração, e ajuste fino de pontos de contato, que se não forem bem feitos, podem fazer com que a peça seja inutilizada.

VEJA TAMBÉM

• https://materiais.makertechlabs.com.br/artigos-complementares

• https://cults3d.com/en/3d-model/tool/bases-for-articulator-mounting-gifts

• https://3dcriar.com.br/manufatura-aditiva-descubra-os-maiores-na-industria/

• https://exocad.com/integration/dentalcad-library-integration

• https://www.straumann.com/en/dental-professionals/products-and-solutions/cares-digital-solutions/connectivity.html?sort=publicationDate_desc#download

FONTES

• https://en.wikipedia.org/wiki/Patrick_J._Hanratty

• https://cadday.weebly.com/history.html

• https://www.3dlab.com.br/tipos-de-impressao-3d-e-beneficios/