UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-L CAD - CAM - CAE Nombre: Esteban Pazmiño Nivel: 8vo Mecatrónica “B” Fecha: 26/11/2015
PROTOTIPADO RÁPIDO
La humanidad se encuentra en el apogeo de la producción tecnológica; cada vez son más las industrias que surgen en alrededor del mundo, todas produciendo artefactos y dispositivos que nos dan mayor comodidad para realizar nuestras actividades cotidianas. Debido a aquello, la ingeniería detrás de la producción que se da lugar en la industria se ha visto obligada a buscar nuevas herramientas para crear productos más seguros, funcionales y económicos. Un antes de lanzar un nuevo producto al mercado, las industrias crean una serie prototipos de dicho elemento para verificar que cumpla con los requerimientos del usuario final. Lógicamente, en caso de existir algún error en el prototipo, se debe corregir el diseño y realizar otro enseguida. Es aquí donde se acude al prototipado rápido, que es un término que engloba varios procesos para la fabricación de modelos y partes de prototipos de productos, basándose en elementos modelados en software CAD en 3D [1]. El prototipado rápido permite a los diseñadores crear rápidamente representaciones físicas exactas de sus diseños y conceptos, para poder verlos y sentirlos en el mundo real [2]. Esto proporciona un sinnúmero de ventajas como: lanzar el producto al mercado más rápidamente, reducir la cantidad de errores de diseño, mejorar la innovación del producto, ser más competitivos en el mercado [3]. No existe un único método para realizar prototipado rápido; el significativo incremento de la tecnología en el último siglo ha dado lugar a que se desarrollen un sinnúmero de métodos con diferentes aplicaciones que se verán a continuación. Antes de adentrarse en los detalles de las diferentes tecnologías para el prototipado, hay que dejar en claro que éstas se clasifican en dos tipos: tecnologías de prototipado rápido aditivas y sustractivas [4]. El nombre de ambas ya sugiere claramente a qué se refiere cada una. En las tecnologías de PR aditivas, la creación del modelo se da lugar añadiendo material por capas. Esto depende del tipo de proceso que se esté empleando. El PR sustractivo hace lo contrario al disminuir el material por medio de cortes, mecanizado, etc. Ahora que ya está claro este punto, se puede proceder a analizar las tecnologías de PR más comunes y sus características.
Estereolitografía Se le considera como la primera tecnología de fabricación aditiva y fue comercializada por 3D Systems en 1986. Se emplea un fotopolímero y un láser de luz ultravioleta que solidifica las secciones transversales de la pieza. Una vez creada la sección transversal, la plataforma desciende de forma que nueva resina cubre la capa construida (Figura 1). Para nivelar la superficie del líquido, un absorbedor barre la superficie de la plataforma y elimina el exceso de resina, antes de que se proceda a la construcción de una nueva capa [5].
Figura 1. EL proceso de estereolitografía
Las principales ventajas de este proceso son la facilidad de acabado de las piezas y la transparencia que se puede conseguir en ellas. El nivel de detalle y precisión de las piezas obtenidas por este método es muy bueno, lo cual hace que esta tecnología sea apropiada para producir modelos conceptuales y visuales entre las iteraciones de diseño y los bocetos. Una desventaja de esta operación es que su velocidad está limitada por el movimiento del absorbedor [5]. Debido a que el acabado superficial es suave, esta tecnología puede utilizarse para generar modelos para pruebas en túnel de viento. Otra aplicación es la generación de modelos maestros para colada en vacío o moldeo p or inyección con reacción.
Sintetizado láser El sinterizado es un proceso en el que, con un láser de alta potencia, se calienta el material en forma de polvo, justo por debajo de la temperatura de fusión, de forma que las partículas calentadas se unen. La pieza resultante es un objeto sólido con baja porosidad. El láser inicia el barrido de la primera sección transversal sobre una capa de polvo. Una vez finalizado el escaneo de la sección transversal, la plataforma de construcción desciende y una
nueva capa de polvo es depositada encima de la sección ya construida. Esta nueva capa de polvo vuelve a ser barrida con el láser, con la sección transversal correspondiente, uniéndose con la capa inferior (Figura 2). Este proceso continúa hasta que todas las secciones transversales son solidificadas, finalizándose con la construcción de la p ieza.
Figura 2. Proceso de sintetizado láser
Debido a que las propiedades mecánicas de los materiales con los que trabaja son bastante buenas, la tecnología de sinterizado es adecuada para obtener piezas funcionales. Otra de las ventajas radica en el hecho de no necesitar estructuras soporte, por lo que es adecuada para la fabricación de piezas complejas, fundamentalmente las Piezas que han de ser ensambladas pueden fabricarse y ensamblarse a la vez. La elasticidad del material permite fabricar, por ejemplo, el mecanismo flexible de un resorte. Una de las principales desventajas es la transferencia de calor en la fabricación. Si se fabrican piezas de distinto tamaño y muy diferentes entre sí, las piezas más pequeñas se pueden ver afectadas por el calor irradiado por las de mayor tamaño. Esto hace que sea muy difícil obtener piezas de diferentes tamaños con las mismas propiedades y acabados. Otra de las desventajas es el enfriamiento lento del proceso y la poca variedad de materiales [5].
Mecanizado Empleado para prototipado y también para la manufactura, el mecanizado se refiere al proceso de eliminación de material por arranque de viruta o abrasión. Es un proceso ya bastante conocido y ampliamente revisado en nuestra carrera (Figura 3). El proceso puede ser operado manualmente por una persona o controlado por control numérico computarizado CNC, y se la puede considerar como una tecnología de prototipado rápido sustractiva [2].
Figura 3. Proceso de prototipado por mecanizado CNC en 3 ejes
La ventaja es el amplio rango de materiales con los que puede ser aplicada, ya que puede maquinar desde los materiales más suaves hasta los de dureza elevada. Una desventaja es que crear piezas que requieran alta cantidad de detalles resulta demoroso, y en algunos casos requiere de máquinas con mayor número de ejes para maniobrar la herramienta. Su aplicación es clara en la industria automotriz y en la de partes de máquinas industriales.
Fabricación aditiva mediante extrusión del material El uso de la fabricación aditiva mediante extrusión de material es un procedimiento principalmente aplicado en la producción de piezas plásticas. Esta tecnología permite obtener piezas plásticas de alta calidad, permitiendo fabricar no solo prototipos tridimensionales funcionales sino también series cortas y medias. El sistema de deposición se explica en la Figura 4, donde el plástico es alimentado de forma continua desde una bobina. El hilo es arrastrado por el sistema de alimentación mediante pequeños rodillos tractores, actuados por un servomotor. El hilo es introducido en una cámara calefactora, compuesta de resistencia eléctrica integrada en un cilindro, lo suficientemente largo como para producir la completa plastificación y fusión del material. Este estado permite su extrusión a través de un pequeño cabezal cuya boquilla de salida dispone de un orificio con diámetro dependiente de la precisión deseada en el filamento extruido y, por lo tanto, de la calidad y precisión de la pieza final.
Figura 4. Modelado por deposición fundida
Sus ventajas son que el prototipo puede ser ensamblado y usado como pieza final, se puede elegir de una amplia gama de polímeros para realizar esta operación, y el equipamiento no requiere mantenimiento costoso. Como desventajas están que las piezas no son 100% densas y la lentitud del proceso en comparación a otras técnicas. Su aplicación va desde el prototipado de juguetes hasta piezas de autos y aviones. Detrás de cada uno de estos procesos esta una empresa que lo desarrolla y comercializa. En el caso de la fundición aditiva, fue desarrollada por Stratasys, y luego reinventada por otras industrias como RepRap y FabHome. Otro ejemplo es el caso de la estereolitografía, que se considera la primera tecnología de fabricación aditiva y fue comercializada por 3D Systems en 1986.
