ensayo prototipado rápido
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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 por 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 pieza.
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.
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