UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS
SUPERIORES ARAGÓN
DISEÑO INDUSTRIAL
Asignatura: Prototipos Rápidos
PROFESOR
JAVIER GARCÍA
FIGUEROA
INTEGRANTES
Barrón Vargas José Pompeyo
Ibarra Moreno Gabriela
Trápala Rico Edith
Fecha de entrega: 17 de septiembre 2013
PROTOTIPADO RAPIDO
·
INTRODUCCION
AL PROTOTIPADO RAPIDO
En los últimos años ha surgido una nueva familia de máquinas
altamente innovadoras que permite, con tecnologías y materiales diferentes,
obtener un prototipo de un modelo o de un molde, de manera precisa y rápida a
partir del modelo sólido generado en el sistema CAD-3D.
Estas máquinas de Prototipado Rápido, permiten obtener piezas
físicas acabadas de modo automático, de cualquier forma y en dimensiones
finales, con complejidad y detalles que no permitirían su obtención en máquinas
convencionales, o que harían su ejecución larga y compleja en centros de
fabricación con control CNC.
De esta forma tales máquinas posibilitan una mayor velocidad y
menor costo en la obtención de prototipos comparados con los procesos
tradicionales de fabricación.
Más allá de esto, en ciertos casos estas técnicas permiten la
obtención de matrices capaces de producir una cantidad limitada de piezas,
ideal para el uso en la producción de lotes pilotos. Tal tecnología posibilita
que las empresas puedan desarrollar productos más rápidamente (menor time to
market) y con menor costo, y, principalmente con un incremento de calidad por
medio de una mejor evaluación del proyecto
CONCEPTO
CONCEPTO
El
Prototipado Rápido es una tecnología que posibilita producir modelos y
prototipos directamente a partir del modelo sólido 3D generado en el sistema
CAD.
Los
datos para las máquinas de Prototipado Rápido son generados por los sistemas
CAD en formato STL, que aproxima el modelo sólido por pequeños triángulos o
facetas. Cuanto más pequeños sean estés triángulos, mejor la aproximación de la
superficie, al coste, naturalmente, del mayor tamaño del archivo STL, y de
tiempo de procesamiento. Una vez que el archivo STL es generado, las demás
operaciones son ejecutadas por el propio programa que acompaña a las máquinas
de Prototipado Rápido.
Básicamente
este programa realizara operaciones básicas de visualización y la generación de
secciones transversales del modelo que será construido. Tales datos serán
entonces transmitidos a la máquina que ira depositando sucesivas capas hasta
que la pieza sea generada.
·
HISTORIA
Los Sistemas de Prototipaje Rápido
surgen inicialmente en 1987 con el proceso de estereolitografia
(StereoLithography - SL) de la empresa norteamericana 3D Systems, proceso que
solidifica capas (layers) de resina foto sensible por medio de láser. El
sistema SLA-1, el primer sistema de prototipaje disponible comercialmente, fue
un precursor de la máquina SLA-1, bastante popular en la actualidad. Después de
que la empresa 3D Systems comenzase la comercialización de máquinas SL en
EE.UU., las empresas japonesas NTT y Sony/D-MEC comenzaron a comercializar sus
versiones de máquinas de estereolitografia en 1988 y 1989, respectivamente.
Enseguida, en 1990, la empresa Eletro Optical Sistema – EOS en Alemania,
comenzó a comercializar el sistema conocido como Stereos.
A continuación vendrán las tecnologías
conocidas como Fused Deposition Modeling (FDM) de la empresa americana
Stratasys, Solid Ground Curing (SGC) de la israelí Cubital e Laminated Object
Manufacturing (LOM), todas en 1991. La tecnología FDM hace una extrusión de
filamentos de materiales termoplásticos capa por capa, semejante a la
estereolitografia, solo que utilizando un cabezal de fusión del material en vez
de un cabezal láser. SGC también trabaja con resina foto sensible a rayos UV,
solo que solidifica cada capa en una única operación a partir de la utilización
de mascaras creadas con tinta electrostática en una placa de vidrio. LOM
solidifica y corta hojas de papel (actualmente hojas de termoplásticos
reforzados con fibras) usando un láser controlado por ordenador.
Los sistemas de sinterización
(Selective Laser Sintering - SLS) de la empresa americana DTM y el sistema
Soliform de estereolitografia de la japonesa Teijin Seiki, se hicieron posibles
en 1992. Usando calor generado por el laser, SLS funde polvos metálicos y puede
ser utilizado para la obtención directa de matrices de inyección.
En 1993, la americana Soligen
comercializo el producto conocido por Direct Shell Production Casting (DSPC),
que utiliza un mecanismo de inyección de tinta para depositar líquido
emulsionante en polvos cerámicos para producir cascas que a su vez pueden ser utilizadas en la
producción de moldes y piezas inyectadas en Al, proceso desarrollado y patentado por el MIT (Massachussets Institute of Technology).
v En 1994 muchas otras tecnologías y sistemas
surgirán:
v ModelMaker de la empresa americana Sanders
Prototype, usando sistema de inyección de cera
v Solid Center de la empresa japonesa Kira
Corp., utilizando un sistema láser guiado y un plotter XY para la producción de
moldes y prototipos por laminación de papel.
v Sistema de estereolitografia de la empresa
Fockele & Schwarze (Alemania);
v Sistema EOSINT, de la empresa alemana EOS,
basado en sinterización.
v Sistema de estereolitografia de la empresa
japonesa Ushio
El sistema Personal Modeler 2100 de la
empresa BPM Technology (EUA) fue vendido comercialmente a partir de 1996 (BPM
significa Ballistic Particle Manufacturing). La máquina produce piezas a partir
de un cabezal de inyección de cera. En el mismo año la empresa (EE.UU.) comenzo a comercializar el sistema SOMOS en
estereolitografia de la multinacional DuPont, y la empresa Stratasys (EUA)
lanzó su producto Genisys, basado en extrusión , similar al proceso de FDM,
utilizando el sistema de prototipaje desarrollado en el Centro de Desarrollo IBM (IBM´s Watson
Research Center). En el mismo año, después de 8 años comercializando productos
en estereolitografia la empresa 3D Systems comercializo por primera vez su
sistema Actua 2100, sistema basado en impresión de chorro de tinta 3D. El
sistema deposita materiales en cera capa por capa a través de 96 inyectores. En
el mismo año Z Corp. (EE.UU.) lanzó el sistema Z402 3D para prototipaje basado
en la deposición de polvos metálicos en 3D.
Otras tecnologías y empresas
aparecerán y desaparecerán durante los años. Compañías como Light Sculpting
(EE.UU.), Sparx AB (Suecia) y Láser 3D (Francia) desarrollaran e implementaran
sistemas de prototipaje, pero no
tuvieron impacto industrial.
·
APLICACIONES
Básicamente las técnicas de
Prototipaje Rápido, tienen como objetivo el obtener de manera rápida y exacta
una réplica tridimensional de los diseños que han sido generados mediante
aplicaciones CAD en 3D.
La mayor o menor similitud que pudiera
existir entre el modelo definitivo y el obtenido mediante las técnicas de
prototipaje rápido dependerán básicamente del sistema utilizado para su
generación y de limitaciones dimensionales, de complejidad y de pos procesos
aplicados.
Las ventajas que ofrece la utilización
sistemática de esta tecnología dentro del proceso global del lanzamiento de un
nuevo producto abarca a casi todos los departamentos que, directa o
indirectamente están involucrados en él. Sin ánimo de ser exhaustivos,
destacaremos las siguientes ventajas:
v Disponer de una herramienta de comunicación
física que no ofrece ningún tipo de duda, no permitiendo en consecuencia
interpretaciones distintas y/o erróneas. (En este sentido suele recordarse que:
"De igual forma que una imagen vale más que mil palabras, un prototipo
vale mas que mil imágenes, planos, croquis,dibujos...").
v Permite realizar determinadas pruebas
funcionales, de montajes e interferencias.
v Facilita extraordinariamente la relación entre
clientes y proveedores. Facilita, y en muchos casos estimula, la aportación de
mejoras ya sea en el diseño y su funcionalidad, ya sea en el proceso
productivo.
v Las técnicas de prototipaje rápido pueden ser
aplicadas a las mas diversas áreas tales como, automoción, aeronáutica,
marketing, restauraciones, educación, paleontología y arquitectura.
·
ESTEREOLITOGRAFÍA
Es la proyección de una figura escaneada (convertida en
un archivo para programa de diseño) a una copia tridimensional en estado sólido.
Aunque existen distintos procesos disponibles en el mercado (tinta,
láser, inyección de polímeros), el más rápido y eficiente consiste en la realización
de modelos construidos con miles de capas milimétricas de polvo de sulfato de calcio.
Con esta técnica para 'imprimir objetos' no
sólo se pueden construir prototipos de maquinaria, sino además se cuenta con
una larga lista de
aplicaciones en áreas tan disímiles como arquitectura, cirugía reconstructiva o antropología forense.
·
¿COMO FUNCIONA?
La
estereolitografía se basa en fotopolímeros, o más propiamente prepolímeros
fotocurables, o sea cadenas moleculares chicas de uno o varios monómeros precurados
en un estado líquido viscoso que son capaces de reticular al estado sólido
mediante la exposición a la luz, generalmente UV. Estos materiales,
originalmente desarrollados para la industria gráfica y de empaques se
adaptaron perfectamente para éste sistema.
Su funcionamiento se basa en una superficie que se eleva, situada
dentro de un recipiente lleno de éste fotopolímero.
Inicialmente se coloca justo por debajo de la superficie de dicha resina. El conjunto debe estar contenido en un recipiente sellado para evitar la fuga de vapores de la resina.
Un láser se va desplazando sobre la superficie del líquido
siguiendo la sección del objeto a reproducir, y produciendo la transformación
de líquido a sólido. Una vez que el láser cura toda la superficie de la capa,
se desciende la superficie elevadora en una cantidad igual al grosor de la
nueva capa a fabricar y se repite el proceso hasta fabricar totalmente la
pieza.
Una vez finalizado el proceso, se eleva el modelo para que escurra
el excedente, se extrae y se lo somete a un baño de luz intensa en una caja
parecida a un horno llamada aparato de post-curado (PCA – Post Curing
Apparatus) para el curado final.
Esto le permite tener propiedades adecuadas para su utilización,
permitiendo procesos posteriores de acabado, como lijado, arenado, pintado,
etc.
·
MATERIALES
Son resinas reforzadas con varios materiales,
como por ejemplo cerámicas y vidrio, en modo de obtener características
funcionales que no sería posible lograr usando componentes individuales.
v
Resina
blanca opaca tipo ABS Especial: pudiendo realizar infiltraciones para mejorar
sus propiedades mecanicas, tanto a nivel de temperatura como de resistencia.
v
Resina
translúcida.
·
APLICACIONES
Todos los sectores industriales u oficinas
técnicas de desarrollo de producto que precisen de:
v Necesidad de un prototipo funcional
v Prototipos fieles desde el punto de
vista dimensional.
v Prototipos de piezas pequeñas con un
gran nivel de detalle.
v Prototipos agradables al tacto y la
vista Prototipos fáciles de pintar, pulir y tratarlos en general.
v Prototipos con acabados superficiales
excelentes, por lo que son idóneos para piezas para coladas al vacio en moldes
de silicona.
v Prototipos translúcidos para apreciar
interferencias interiores.
A) DISTRITO FEDERAL Y ÁREA METROPOLITANA
03100 México, D.F.
México
53160 Naucalpan, Edo. de Méx.
México
B) INTERIOR DE LA REP. MÉX.
76900 Corregidora, Qro.
México
C) EXTRANJERO
C/ Mitjera Nave 11-C
46560 Massalfassar VALENCIA – ESPAÑA
A) DISTRITO FEDERAL Y ÁREA METROPOLITANA
03100 México, D.F.
México
53160 Naucalpan, Edo. de Méx.
México
B) INTERIOR DE LA REP. MÉX.
76900 Corregidora, Qro.
México
C) EXTRANJERO
C/ Mitjera Nave 11-C
46560 Massalfassar VALENCIA – ESPAÑA
·
CITAR EMPRESAS QUE MANEJAN DICHO PROCESO EN:
v Diseño Industrial avanzado: EMILIO CASTELAR 171 PISO 1 POLANCO V SECCION, MIGUEL
HIDALGO, C.P 11560 - DF
v Estereolitografía de México S.A. de C.V.: Eugenia No. 115 Desp. 4 Col. Del Valle
v Robtec: Claveles No. 206 Col. La Florida
v Ideas Solidas: Fray Sebastián de Gallegos No. 69 Casa 71 Priv.
Bella Vista
v QUALITY PRODUCT
INDUSTRY S.L.
v Buen acabado superficial.
v Precisión de las piezas de 0.1%.
v Buen nivel de detalle, lo que las hace
ideales para hacer moldes de colada al vacío.
v Elevada presencia en la industria.
Primera tecnología de Rapid Prototyping
v Capacidad de reproduir detalles y
paredes delgadas
v Método económico y rápido.
v Su finalidad es proporcionar una
visión física y funcional del diseño.
v Posibles aplicaciones: modelos
conceptuales y estética, padrones maestros para procesos secundarios.
·
DESVENTAJAS DEL PROCESO
v Las piezas en determinados materiales
son demasiado frágiles como para hacer verificaciones
funcionales y pueden llegar a estropearse en el proceso de
post-curado, si no se trata con sumo cuidado.
v Se requieren soportes durante
su construcción.
v Dentro del área de trabajo de la
cubeta es posible situar distintas piezas, pero siempre en el mismo
nivel. No es posible, o por lo menos adecuado, intentar anidar
piezas unas sobre otras.
·
COMPARATIVA CON OTRAS TECNOLOGÍAS
Su proceso es más lento que el de el FDM, este
método a comparación con el FDM, SLS y SGC si requiere de un soporte, tiene
mayor variedad en tamaños de las piezas, al variar las dimensiones también
varían los costos de la maquinaria que oscilan entre los 95000-380000 €.
COSTO DEL PROCESO ASÍ COMO DE LA MATERIA PRIMA. (SEGÚN SEA EL CASO)
500 dólares el litro de resina de fotopolímero.
Los
costos del proceso varían dependiendo del tamaño de la pieza, por lo regular las
empresas tienen un área de contacto en sus páginas, y servicio al cliente
directo en los lugares de producción, donde se hace una cotización del
proyecto.
·
APLICACIONES EN DISEÑO INDUSTRIAL
El uso en la industria es tan amplio
que puede ir desde los fabricantes de envases, de zapatos, herramientas, de
artículos promocionales, partes de refrigeradores, mobiliario y hasta asientos
de camión o partes para autos.
·
DEPARTAMENTOS DE DISEÑO QUE UTILIZAN EL PROCESO
v El
departamento de diseño de estereolitografía de méxico s.a. de c.v
v El departamento de
desarrollo de diseño de mercedes Benz
v Centro tecnológico para el diseño y
la producción industrial de asturias
CONCLUSIONES
La
esterolitografia es la
proyección de una figura escaneada (convertida en un archivo para
programa de diseño) a una copia tridimensional en estado
sólido.
Aunque
existen distintos procesos disponibles en el mercado (tinta,
láser, inyección de polímeros), el más rápido y eficiente consiste en la
realización de modelos construidos con miles de capas milimétricas de
polvo de sulfato de calcio.
Con
esta técnica para 'imprimir objetos' no sólo se pueden
construir prototipos de maquinaria, sino además se cuenta con una larga
lista de aplicaciones en áreas tan disímiles como arquitectura,
cirugía reconstructiva o antropología forense.
Links de consulta /BIBLOGRAFIA
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