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.