Aula 4

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AULA 4 
TENDÊNCIAS EM 
PERSONALIZAÇÃO E 
MANUFATURA ADITIVA 
Prof. Roberson Cesar Alves de Araujo 
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INTRODUÇÃO 
Devido ao surgimento da prototipagem rápida, diferentes funcionalidades 
estão aparecendo e, entre elas, podemos destacar o uso de máquinas de baixo 
custo para produção de objetos funcionais. Cada vez mais são empregados 
diferentes métodos e ferramentas para apoiar ações referentes ao levantamento 
de soluções e à análise de viabilidade técnica para o desenvolvimento de 
máquinas de prototipagem rápida, baseando-se em projetos como de replicating 
rapid prototyping (RepRap). A tecnologia que vem ganhando destaque é a fused 
deposition modeling (FDM), que é uma solução de baixo custo, utilizada para 
efetivar sistemas. Entre as vantagens de se utilizar máquinas oriundas desse tipo 
de tecnologia, o que as define como produtos de inovação, está a capacidade de 
levar às casas de pessoas comuns um ferramental com potencial de efetuar a 
fabricação de uma imensidão de produtos essencialmente úteis, derivados de 
poucos cliques, restrita apenas à imaginação dos usuários, compreendendo 
inclusive as peças necessárias para a fabricação de outra máquina RepRap. 
TEMA 1 – ENTENDENDO O PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE 
PRODUTO 
Nos últimos anos, a utilização de tecnologias de manufatura aditiva 
(additive manufacturing – AM) tem crescido, ampliando seus benefícios para 
inúmeras áreas, como engenharia e saúde, encurtando também o tempo de 
desenvolvimento de produtos. A AM vem transformando os processos produtivos, 
as cadeias de suprimento, conservação, desenvolvimento de diferentes produtos 
e a globalidade do modelo de economia produtiva como um todo. Existem, no 
mercado atual, inúmeras tecnologias de AM e diferentes ferramentas para sua 
utilização; porém, não existem procedimentos, benchmarking ou aplicações que 
suportem a tomada de decisão em relação à escolha apropriada. 
Na atualidade, devido a exigência de clientes e consumidores, as 
organizações veem-se pressionadas a aumentar a complexidade de seus 
produtos. Por outro lado, de maneira a se manterem competitivas, precisam 
encurtar os prazos de desenvolvimento desses produtos. De modo geral, as 
tecnologias de AM apresentam a produção de objetos tridimensionais (3D), tendo 
o processo de adição de material camada por camada como sendo seu princípio
 
 
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básico de funcionamento. Na Figura 1, ilustra-se um esquema simplificado de 
funcionamento por meio da imagem de impressão. 
Figura 1 – Esquema simplificado de funcionamento de tecnologias de AM por meio 
de imagem de impressão 
 
Crédito: Zern Liew/Shutterstock. 
A prototipagem rápida (rapid prototyping – RP) pode ser entendida como 
sendo um processo de fabricação fundamentado na adição de material, camada 
a camada, em um plano de segunda dimensão (2D), criado na segunda metade 
dos anos 1980 por conta da crescente imposição, à indústria, de metas de redução 
de custos no processo de desenvolvimento de produtos. Em um primeiro 
momento, buscou-se integrar design e processamento na primeira etapa ou etapa 
de desenvolvimento do produto; contudo, de forma mais abrangente, o 
 
 
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mecanismo é ampliado à avaliação do mercado e à área de comercialização. A 
Figura 2 ilustra essas etapas. 
Figura 2 – Ciclo de vida de um produto 
 
Crédito: Ashalatha/Shutterstock. 
As modificações aplicadas à programação visual ou mesmo à 
funcionalidade de um produto, após este já estar nas etapas de produção e 
comercialização, demandam, de maneira geral, uma elevação dos custos. Estima-
se que essas modificações elevem em aproximadamente uma ordem de grandeza 
duas etapas relevantes do ciclo de um produto. 
Os processos aditivos, ao contrário dos processos subtrativos, operam pela 
adição de material para se produzir o produto. Os tipos de processos aditivos 
variam conforme a matéria-prima e o método empregados, conforme apresentado 
na Figura 3. 
 
 
 
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Figura 3 – Distribuição de processos aditivos 
Quanto à composição dos materiais, a maioria dos processos aditivos não 
exige a utilização de produto químico nocivo, e também não libera fumaça tóxica 
ao meio ambiente. 
1.1 Tecnologias de rapid prototyping (RP) 
As tecnologias baseadas no conceito de RP encontram-se segmentadas 
em duas classes principais: os métodos com adição de material e os com remoção 
de material. A classe com remoção de material, denominada de prototipagem 
rápida subtrativa (subtractive rapid prototyping – SRP), constitui-se em aparar 
blocos de diversos materiais, usualmente madeira ou espumas. A diferença 
Processos aditivos 
Pó
Material + 
aglomerante
MJM – Multi-Jet 
Modeling 
(impressão 3D)
Material + Laser
SLS – Selective 
Laser Sintering 
(Sintetização 
Seletiva a Laser)
Material
Lends – Laser 
Engineered 
NetShaping 
(Fabricação da 
Forma Final Via 
Laser)
Líquida
Material + laser
MJM – Multi-Jet 
Modeling 
(impressão 3D)
Material
SGC – Solid 
Ground Curing 
(Cura Sólida na 
Base)
Material
SLA –
Stereolithography 
(Estereolitografia)
Sólido
Material + 
aglomerante + 
laser
LOM – Laminated 
Object 
Manufacturing 
(Manufatura de 
Objetos em 
Lâminas)
Material + laser
MJM – Multi-Jet 
Modeling 
(impressão 3D)
Material
FDM – Fused 
Deposition 
Modeling 
(Modelagem por 
Deposição de 
Material Fundido)
Processos 
aditivos 
Matéria-prima 
 
 
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fundamental entre elas está no preceito de construção do protótipo; contudo, 
conforme o aspecto computacional, as etapas do processo de preparação e 
planejamento apresentam pontos que são comuns a ambas. Assim, encontram-
se divididas em três estágios: pré-processamento, processamento rápido e pós-
processamento do modelo. 
Figura 4 – Modelo sendo impresso em 3D 
 
Crédito: Sergi Lopez Roig/Shutterstock. 
As ações referentes ao estágio de pré-processamento iniciam-se com a 
criação de um arquétipo da peça em software de projeto assistido por computador 
(computer-aided design – CAD) 3D ou captura de dados digitalizados por meio de 
um escaneamento. Logo após isso, o arquivo produzido é convertido em um 
modelo aceito pelo equipamento de RP. O modelo de formatação stereo 
lithography (STL) é amplamente empregado e é composto da representação 
geométrica da face plana superior do modelo em malha triangular, sem que 
existam detalhamentos de cores ou mesmo texturas habituais em sistemas CAD, 
o que é supérfluo para a prototipagem. Assim, os triângulos definem um vetor 
normal singular, assistido pelas coordenadas de um sistema cartesiano, de modo 
tridimensional. 
A etapa de processamento das informações inseridas no arquivo STL é 
realizada por meio da elaboração do modelo, imprescindível para as próximas 
fases. Ela sofre uma sequência de ajustes referentes ao validamento e reparação 
 
 
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do modelo. É realizada a elucidação da orientação do objeto, o que impacta as 
propriedades do protótipo final, a exemplo do total de fatias produzidas no slicing 
e da porção de suporte obrigatória (no caso de haver disponibilidade no 
equipamento). O suporte é fundamental a todo momento em que a ação da 
gravidade venha a impactar alguma extensão do sólido, acarretando sua caída ou 
instabilidade. É usualmente composto por um material diferenciado do que 
realmente será empregado na elaboração do protótipo. Depois desse processo, é 
factível sua remoção de forma mecânica ou química. Na Figura 4, existem furos 
internos de impressão, no formato horizontal, que carecem de um suporte para 
uma impressão perfeita. Ademais, para o uso desse suporte, em alguns tipos de 
tecnologia, é necessário que haja uma camada de sustentação, na base, como 
forma de auxiliar a remoção do objeto, evitando possíveis deformações 
estruturais. 
Após a finalização dessa etapa, o objeto é cortado em camadas que serão 
confeccionadas em formato sequencial, na máquina de RP (Figura 3). As 
camadas correspondem a um planode divisão transversal relacionado a uma 
densidade uniforme, e cada plano é lido (scan) para possibilitar a determinação 
exata do formato pretendido e a programação da trajetória de adição. Isso 
contempla a determinação das rotas para que sejam preenchidas as bordas, o 
depósito de material e de suporte, nos casos em que isso for necessário. Trata-
se assim de uma etapa com diversas configurações, alternadas de forma diferente 
conforme cada tipo de tecnologia, sendo extremamente relevante ao estipular o 
tempo de construção e a qualidade final do produto impresso. 
Por fim, ocorre a etapa de controle de produção do objeto, cuja função 
proporciona realmente a fabricação do modelo físico. Isso ocorre por meio do 
envio de sinais de controle que vistoriam ou direcionam o processo de adição de 
material. A partir daí, se inicia o pós-processamento, que abrange as tarefas de 
correção, extração da estrutura de suporte e limpeza do componente ou produto 
final quando for preciso, para se desempenhar o processo de acabamento final 
do produto. 
TEMA 2 – AM E SUA REPRESENTAÇÃO GEOMÉTRICA 3D 
A representação geométrica tridimensional dos produtos ou objetos a 
serem desenvolvidos resultam na AM. Mesmo com a existência e a utilização 
massiva de diversas tecnologias como common layer interface (CLI), additive 
 
 
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manufacturing format (AMF), entre outras, a mais utilizada é a STL. Os formatos 
geométricos são criados, em sua maioria, de uma modelagem criada em sistemas 
do tipo CAD. Além dessa forma, existe também a possibilidade de se ter essa 
modelagem partindo-se de uma leitura com equipamentos como scanners 3D. 
Como exemplos desses scanners, podemos encontrar dispositivos de 
ressonância magnética, ultrassonografia 3D, entre outros. 
Independentemente da origem, em geral, ocorre na sequência um 
aperfeiçoamento em sistemas CAD 3D, onde são aprimorados e sofrem correções 
por possíveis falhas, promovendo seu uso mediante tecnologias de AM. Esse fato 
desencadeia uma sequência de problemas como demora ou atraso em muitos 
projetos, devido ao excesso de tempo que é despendido com correções de 
arquivos do tipo STL. Além disso, existe uma dificuldade com sistemas do tipo 
CAD 3D, cujo suporte de ferramentas não se apresenta de maneira apropriada 
para acelerar todo esse processo. De maneira a minimizar esses problemas e 
visando à agilização do processo como um todo, são utilizadas ferramentas 
próprias para essa finalidade. 
2.1 Caracterização de CAD 3D 
Em AM, as ações que englobam sólidos e superfícies são oriundas de 
sistemas CAD, o que resulta na criação de modelos geométricos 3D. A 
modelagem sólida (MS) se apresenta como a melhor forma para se conseguir 
gerar arquivos em 3D para a AM, sendo que isso reduz os problemas quanto à 
conversão do modelo primário em um formato utilizado amplamente na AM. Uma 
necessidade apresentada para as geometrias derivadas de modeladores de 
superfícies está na demarcação bem definida destes. Essa demarcação reforça a 
não existência de falhas, quebras, defeitos por conexões ou sobreposição de 
dimensões do modelo 3D. Dessa forma, o modelo criado precisa estar 
completamente ocluso, de modo a estabelecer o volume correto do produto final. 
Quando a modelagem ocorre de maneira incorreta, há como resultado o 
impedimento da criação de um sólido e, consequentemente, a geração de 
arquivos inadequados para utilização em AM. 
 
 
 
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Quadro 1 – Alguns sistemas de CAD 3D gratuitos ou pagos 
Sistemas CAD 3D Empresa Tipo 
Inventor Autodesk Inc. Pago 
NX Unigraphics Siemens PLM Software Pago 
Solid Edge Siemens PLM Software Pago 
SolidWorks Dassault Systemes Pago 
FreeCAD – Gratuito 
OpenCascade – Gratuito 
2.2 Problemas oriundos de defeitos na modelagem CAD 
Quando os padrões de modelagem para a criação de um modelo em CAD 
não são seguidos, acabam ocorrendo defeitos na geometria do sólido que 
impedem sua fabricação de maneira adequada. Diversos são esses possíveis 
defeitos gerados, dos quais relacionamos os principais, nesta sequência: 
a. Desacoplamento de superfícies: ocorre essa deficiência quando as 
camadas não se conectam. Primeiramente, se faz necessário constatar se 
essas camadas estão ou não se tocando de maneira completa. Caso 
ocorram conexões parciais, existe uma grande chance de a causa do 
desacoplamento de uma superfície ter sido originada pelas correias, que 
podem estar folgadas. Contudo, caso não haja conexão em todos os 
pontos, o defeito deve estar localizado na extrusão. Nesse caso, como o 
software da impressora solicita a utilização de linhas de 0,4 mm e na 
extrusão essas linhas não se conectam de maneira adequada por se 
encontrarem mais finas do que o necessário, para resolver pode-se reduzir 
a velocidade da impressão ou efetuar a elevação da temperatura. 
b. Subextrusão (subextrusion): esse defeito se caracteriza pela carência de 
material para a formação das camadas. Pode se apresentar como o defeito 
mais comum observado, ocorrendo quando a impressora tenta 
acompanhar a velocidade de extrusão determinada e o filamento não 
segue a mesma velocidade. Um fato relevante é que, à medida que se 
aumenta a velocidade de impressão, se reduz o tempo em que o filamento 
é aquecido antes de ser direcionado pelo bico de extrusão, isso resultando 
em seu bloqueio. Como solução, deve-se evitar adquirir filamentos 
 
 
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ovalizados que possuam muita variação de diâmetro e, ainda, manter 
sempre limpo esse filamento. 
c. Sobreposição de superfícies: esse defeito apresenta como resultado 
uma rede com triângulos sobrepostos, sendo gerado pelo uso de um 
modelador de superfície no processo de modelagem do objeto. Sua 
detecção é complicada e requer correção por meio da modelagem CAD. 
d. Impressão inclinada: esse defeito acontece pelo movimento, menor do 
que o esperado, do conjunto de extrusão. Isso ocorre pelo motivo da 
existência de uma prisão de movimento de impressão que exige uma força 
maior na movimentação da cabeça de impressão. Os motivos que levam a 
isso podem ser que a cabeça de impressão tenha sofrido uma colisão com 
algum objeto, como um filamento acumulado em parte da impressão; ou 
que a impressora está configurada para uma velocidade superior à que os 
motores conseguem desempenhar. 
e. Arranhões e marcas na superfície superior do objeto: esse defeito pode 
ocorrer pela movimentação do bico extrusor, ou seja, pela movimentação 
com arrasto de material já impresso. A origem desse problema pode estar 
no filamento, pois há extrusão de muito filamento. 
TEMA 3 – COMO OBTER O MODELO GEOMÉTRICO 3D 
Entende-se a captura de imagens para o formato 3D como sendo uma 
forma de obtenção de imagens que contenham as informações relativas à sua 
profundidade. O processo de obtenção de um modelo geométrico 3D ou 
escaneamento possibilita adquirir camadas de objetos mediante a utilização de 
equipamentos como máquinas fotográficas ou scanners. Após essa obtenção e 
tratamento, é realizada a sua conversão, em arquivo, para utilização em modelos 
de arquivos padronizados para ações de engenharia. 
3.1 Visões de obtenção de imagem 3D 
A utilização do processo de captura de uma imagem 3D ocorre pela captura 
de cada pixel da imagem associado diretamente com uma grandeza relativa à sua 
distância de um dado ponto de observação. Esse processo de captura de imagem 
se destaca principalmente em aplicações como simultaneous localization and 
mapping (Slam), proporcionando a capacidade de orientação de espaços 
 
 
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tridimensionais para robôs. Os programas utilizados para isso em geral criam 
arquivos no formato STL. Entre esses programas, temos o Remake, da Autodesk 
Inc., com ferramentas para tratativa e geração de arquivos STL. 
Quadro 2 – Exemplos de tecnologias usadas em processos de digitalização 3D 
PROCESSO DE ESCANEAMENTO 3D 
Utilizando contato Sem utilização de contato 
ApalpamentoCharge-coupled device (CCD) linear 
Braço mecânico Radar a laser 
Triangulação eletromagnética Registro por fotogrametria digital 
Triangulação ultrassônica Triangulação por laser 
3.2 Características da obtenção de modelos 
A integração, vinculação e avaliação sistemática do processo de obtenção 
de modelos em 3D tem como característica a capacidade de ser realizada por 
medição de coordenadas ou por apalpamento. Contudo, a realização da obtenção 
dos pontos da camada de superfície de um objeto qualquer é morosa e 
complicada de se efetuar onde existam áreas oclusas. 
Outra característica de obtenção de modelos 3D se apresenta nas 
tecnologias de imagens não invasivas. Como exemplo, temos a tomografia 
computadorizada, o ultrassom 3D e a ressonância magnética, em que os dados 
relativos à anatomia de um paciente são tratados por softwares próprios que se 
destinam a essa tratativa e que efetuam uma segmentação e reconstrução já em 
formato 3D. A tomografia computadorizada na área médica, por exemplo, se 
traduz na emissão e captura de raios X cuja radiodensidade é convertida em 
formato de imagem, em que as escalas de cinza têm seus tons mais claros 
representando áreas mais densas, a exemplo de ossos e seus tons mais turvos 
demonstrando regiões com menor adensamento, como músculos e peles. 
TEMA 4 – SISTEMAS CAD 3D: EXPORTAÇÃO E PROBLEMAS EM ARQUIVOS 
STL 
As formas de arquivos para operacionalização são apresentadas em 
diferentes estruturas para tratamento. Contudo, o formato desenvolvido em 1988 
pelo Albert Consulting Group, demandado pela 3D Systems Inc. (Estados Unidos), 
 
 
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denominado STL, tornou-se o padrão mais adotado. A característica principal 
desse formato está no formato de uma malha ou rede triangular sobre as 
superfícies de um determinado objeto. A questão que levou esse formato de 
arquivo a se tornar um padrão de utilização em AM destaca a sua concepção, que 
visa possibilitar sua interpretação por uma infinidade de sistemas de AM. Isso 
proporciona uma gama maior de utilização, uma vez que podem ser empregados 
diversos sistemas operacionais com capacidades computacionais variadas. 
4.1 Questões relevantes quanto a problemas do formato STL 
O portfólio de programas que utilizam o formato STL é amplo; contudo, 
deficiências no formato do arquivo resultam em problemas consideráveis. O 
formato foi criado para ser simples e, por isso, seus dados referentes a topologias 
visam à garantia da conectividade para além da própria estabilidade e 
regularidade da malha. Ainda, os dados referentes à direção do vetor normal não 
apresentam confiabilidade além da existência de dados redundantes, resultando 
no aumento do tamanho do arquivo, de forma desnecessária. 
Outras questões a serem consideradas estão na inexistência de dados 
relacionados a cor, tipos de gradação funcional de materiais (functionally graded 
materials – FGM). Mas o destaque dessas questões se encontra na incapacidade 
de armazenamento de informações referentes à unidade de medida referenciada, 
podendo dessa forma resultar em defeitos por interpretação, a exemplo de 
centímetros ou polegadas. Nessa última questão, é importante ficarmos atentos à 
unidade correta considerada no momento da utilização. 
4.2 Questões de algoritmo 
Ao se considerar a questão da qualidade da malha ou rede do objeto 
impresso em formato STL, o algoritmo utilizado é um dos seus fatores 
determinantes. Essa qualidade está alinhada ao resultado do algoritmo gerador 
que opera nos módulos dos sistemas CAD responsáveis pela exportação. Caso 
esses algoritmos não estejam em um formato adequado, isso pode desencadear 
uma instabilidade. Reparar a falha gerada na malha elaborada demanda a 
execução de uma sequência de ações onerosas, que exigem o uso de 
ferramentas específicas, além de muita calma, paciência e atenção para que 
 
 
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sejam atingidos os níveis mínimos de lealdade e exatidão à geometria modelada 
para o objeto. 
4.2 Exportando arquivos STL 
Os programas CAD fornecem um módulo de exportação de dados de 
maneira nativa, para o STL, fato que ocorre devido a esse formato de arquivo ter 
se tornado padrão nos dispositivos de AM. Ao se converter modelos sólidos ou 
mesmo superfícies fechadas em uma malha STL, há uma harmonização dessas 
superfícies do modelo CAD 3D em uma malha de triângulos. A quantidade de 
triângulos integrantes dessa malha representa uma base decisiva para a exatidão 
do modelo STL gerado. Para que o arquivo não se torne muito grande em questão 
de armazenamento, é preciso determinar a melhor quantidade de triângulos a ser 
utilizada, existindo diversos parâmetros capazes de controlar a malha gerada, 
sendo os mais usados por sistemas do tipo CAD o comprimento da corda ou flecha 
e o ângulo de controle. 
TEMA 5 – OUTROS FORMATOS DE ARQUIVOS UTILIZADOS EM AM 
Pensando nos diversos formatos de arquivos que podem ser utilizados em 
AM, uma análise de padrões e exceções se apresenta como uma boa 
oportunidade para obtenção de melhores resultados. O STL vem se apresentando 
como sendo o padrão adotado pela indústria com a finalidade de guardar e 
transmitir informações entre diferentes programas CAD e ferramentas da AM. 
Devido ao crescimento do uso de impressão do tipo 3D, cresce também a 
exigência por formatos mais eficientes na questão de armazenamento e 
transferência de todos os dados imprescindíveis aos objetos 3D a serem 
impressos no formato. 
5.1 Formato AMF 
Buscando atender às insuficiências apresentadas pelo formato STL para 
AM é que foi criado o AMF. Nesse formato, existe a possibilidade de se efetuar a 
inclusão de dados referentes a materiais, gradientes, cores, unidades, entre 
outros. O AMF foi inicialmente padronizado pela American Society for Testing and 
Materials (ASTM) e designado por F2915-11, constituindo em 2013 a 
padronização internacional ISO/ASTM 52915. 
 
 
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Esse formato armazena seus dados no padrão extensible markup language 
(XML), sendo composto por texto simples editável e amplamente usado em sítios 
web. A inovação que apresenta em comparação ao formato STL está na 
capacidade da representação por meio de triângulos de lados curvos ou também 
por superfícies que são curvas triangulares, diferentemente do uso de apenas 
uma malha de triângulos planos, pelo STL. Esse fato, além de reduzir a 
quantidade de triângulos necessários, diminui o tamanho do arquivo e incrementa 
a exatidão da representação do objeto. 
5.2 Formato VRML 
A primeira versão do formato virtual reality modeling language (VRML) foi 
apresentada em 1994 destacando três requisitos: independência relativa ao tipo 
de plataforma; extensibilidade; e eficiência mesmo em situações de conexão por 
internet de baixa velocidade. O objetivo da criação desse formato foca a 
capacidade de leitura e visualização mediante o uso de navegadores de internet. 
O VRML armazena as coordenadas da rede de pontos da superfície 3D, além das 
cores empregadas. Contudo, traz consigo dados pouco relevantes para AM, a 
exemplo de animação, luzes, transparência, sons e links para navegação web. 
5.3 Formato CLI 
O formato CLI foi desenvolvido para o atendimento das tecnologias de AM, 
oferecendo-lhes maior qualidade. Sua geometria é estruturada por contornos 2D, 
de forma fechada, nas camadas dispostas e em sequência ascendente, cuja 
primeira camada, denominada blind slice, contém apenas os dados do ponto 
extremo inferior da peça. As suas camadas têm início pelo conteúdo do valor de 
sua altura, sendo sua representação dada por meio de linhas poligonais 
denominadas polylines, em sentido horário, estruturando os contornos internos, 
com os contornos externos sendo, por sua vez, orientados no sentido anti-horário, 
com capacidade de eclipsarem outros contornos ou a si próprios. 
5.4 Formato OBJ 
O formato object file Wavefront 3D (OBJ) teve sua implementação inicial 
voltada para a visualização das animaçõesrealizadas pelos aplicativos do próprio 
desenvolvedor, a empresa americana Wavefront Technologies, e posteriormente 
 
 
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foi empregado em outros programas gráficos devido a sua simplicidade e por 
possuir seu código de desenvolvimento em formato aberto. O seu armazenamento 
da geometria ocorre por meio das coordenadas dos vértices das entidades 
geométricas, posicionadas em sentido anti-horário, sendo dispensável o 
armazenamento do vetor normal. Esse formato proporciona a reprodução de 
objetos poligonais usando-se pontos, linhas e lados. Uma quarta coordenada, 
chamada de peso, pode ser utilizada quando existem formas livres ou free forms, 
com curvas racionais e superfícies. Ainda, o formato OBJ é capaz de armazenar 
dados complementares como material e textura do objeto.