1. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 SACC 2 Prototipado rpido Pedro Sanz Angulo, psangulo@eii.uva.es Tecnologas de prototipos rpidos, acelerando los procesos de diseo e innovacin David Torreblanca Diseador Industrial, colaborador EDD. Fecha: 29.10.2011. Disponible en http://www.eldiariodiseno.cl Ya hemos analizado en el artculo anterior la importancia de las nuevas tecnologas de software, ingeniera, y manufactura (CAD/CAM/CAE) que optimizan y aceleran el proceso de diseo y desarrollo de productos. Ahora es el turno de desarrollar ms en detalle las distintas tecnologas y procesos que dan vida a estas aplicaciones, partiendo por la pregunta ms bsica: Qu son los prototipos rpidos? En la familia de tecnologas CAM (manufactura asistida por computador) se destacan las tecnologas emergentes de prototipos rpidos, las cuales defino a continuacin: RP: Rapid Prototyping (Prototipos Rpidos) Consisten en mquinas que permiten generar piezas, moldes o prototipos, directamente desde un archivo digital, en corto tiempo. Las piezas o prototipos son construidos a travs de capas que se van adicionando una tras otra hasta configurar el volumen definido por el modelo digital; debido a esto es que a estas tecnologas tambin se les llama LTM: Layered Technologies Manufacturing (Tecnologas de manufactura por capas), o AM: Additive manufacturing (manufactura aditiva). Estas tecnologas permiten construir piezas de diferentes materiales, tales como: polmeros, metales, cermicos y materiales compuestos. Ejemplos de estas tecnologas son: estereolitografa, impresin 3D, sinterizado selectivo por lser, deposicin de hilo fundido, manufactura de objetos laminados, entre otras. Los prototipos rpidos como herramienta estratgica Los prototipos rpidos, ms que tecnologas para fabricacin de pieza fsicas, son una potente herramienta de comunicacin, deteccin de problemas, generacin de mejoras, nuevas ideas, entre otros. A continuacin expongo posibilidades relevantes de estas tecnologas: Presentacin de proyectos al interior de la empresa: por medio de diferentes prototipos el departamento de diseo puede presentar nuevas ideas de productos a otras reas de la empresa (diseo, ingeniera, marketing) en un corto tiempo y a un costo comparativamente inferior al del producto fabricado industrialmente. Anlisis tcnico-funcional: por medio de prototipos funcionales podemos detectar diferentes problemas y generar mejoras de ensamble, resistencia mecnica, funcionamiento de mecanismos y otras pruebas o tests funcionales. Anlisis de mercado, usuario objetivo o focus group: mediante modelos de apariencia o prototipos funcionales podemos generar una experiencia real de uso con el cliente objetivo, detectando necesidades, gustos, nuevas posibilidades de mejora o incluso la posibilidad de generar nuevos productos. Presentacin en ferias o eventos: los diversos prototipos nos permiten promocionar nuevas ideas de productos que an no se comercializan en diferentes ferias o eventos. Mster Oficial de Logstica 1

2. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 Ejemplos de tecnologas de prototipos rpidos A continuacin se definen las ms relevantes: Estereolitografa (STL, SLA). Esta es la primera tecnologa de prototipos rpidos que se ha desarrollado, esta emplea un lser UV que se proyecta sobre un bao de resina fotosensible lquida para polimerizarla, generando diversas capas que se van adicionado hasta formar la pieza final. Por medio de esta tecnologa obtenemos piezas de alta definicin incluso nano-piezas invisibles por su tamao al ojo humano, estas piezas pueden ser transparentes y tener resistencia para esfuerzos mecnicos, siendo utilizada para prototipos funcionales y de apariencia. Fotopolimerizacin por rayos UV (SGC: solid ground curing). Al igual que en la estereolitografa, esta tecnologa se basa en la solidificacin de un fotopolmero o resina fotosensible. En la fotopolimerizacin, sin embargo, se irradia con una lmpara de UV de gran potencia todos los puntos de la seccin simultneamente. Al igual que con la estereolotografa podemos obtener piezas transparentes y resistentes a esfuerzos mecnicos. Sinterizado selectivo por laser (SLS). Se deposita una delgada capa de polvo en una cuba que se calienta a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusin del polvo, el cual puede ser cermico o metlico, posteriormente un lser CO2 sinteriza el polvo, generando un volumen tridimensional en base al modelo digital. Con esta tecnologa se pueden construir piezas y prototipos funcionales que pueden ser sometidos a diversos esfuerzos mecnicos. Manufactura de objetos laminados (LOM). Una hoja de papel engomado es cortada capa por capa, se posiciona automticamente sobre una plataforma y se prensa con un rodillo caliente que la adhiere a la hoja precedente. Esta tecnologa permite obtener modelos de apariencia, sin resistencia a esfuerzos mecnicos, adems se deben realizar post-procesos de acabado superficial, tales como lijado, aplicacin de masillas y pintura para obtener una superficie homognea. Impresin 3D (3Dprint). Esta tecnologa genera modelos tridimensionales por medio de la adicin de capas horizontales de un material que puede ser polimrico, cermico, compuesto (cermico-polimrico), entre otros. Esta tecnologa presenta diversas ventajas si la comparamos con el resto de tecnologas de prototipos rpidos, por ejemplo es la ms econmica, es de 5 a 10 veces ms veloz, permite generar geometras muy complejas, permite aplicar colores e imgenes simultneamente con la fabricacin del prototipo. La tecnologa de impresin 3d permite fabricar prototipos funcionales, modelos de apariencia y otras diversas tipologas de representaciones tridimensionales. Conclusin y proyecciones Las tecnologas de prototipos rpidos y la manufactura aditiva estn revolucionando el mercado del diseo, ingeniera y manufactura de productos, acelerando procesos, generando diversos prototipos que permiten realizar test y validaciones ,tanto al interior de las empresas como con el usuario-objetivo y en definitiva dando un fuerte impulso a los procesos de innovacin. Es importante que los diferentes profesionales, tales como diseadores, ingenieros y acadmicos comprendan, apliquen y promuevan las ventajas en el uso de estas tecnologas, con el objeto de acortar y facilitar los diferentes procesos de diseo y fabricacin en distintas reas. (...) Mster Oficial de Logstica 2 3. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 Protorapid disea el prototipo del nuevo Mercedes de Scalextric Arturo Cenzano / Logroo 29 de mayo de 2006). Disponible en www.cincodias.com Protorapid, una pyme especializada en el desarrollo de prototipos rpidos en tres dimensiones, ha diseado, en colaboracin con el Instituto Tecnolgico de Aragn (ITA), el Mercedes C Clas, ltimo coche de carreras lanzado por la juguetera Scalextric. Este nuevo prototipo se ha realizado, a partir del modelo fsico, utilizando un proceso de digitalizacin, para obtener las coordenadas espaciales que permiten establecer el tamao y volumen del coche. Protorapid aplica en sus trabajos la denominada ingeniera inversa, un proceso de reconstruccin, de forma informtica, de una pieza sin necesidad de planos ni documentacin, partiendo de un modelo fsico para obtener el modelo CAD. La colaboracin, desde hace seis aos, entre Protorapid y el ITA est posibilitando que las pymes puedan externalizar este tipo de servicios de I+D+i, cuya instalacin supondra un desembolso medio cercano a los 500.000 euros. La oferta de realizacin de prototipos en tres dimensiones constituye, adems, un factor que evita la deslocalizacin de empresas ya que , independientemente de dnde est ubicada la fbrica, se puede reproducir el prototipo del modelo o de la pieza industrial que se est diseando y enviarla al cliente. El prototipo desarrollado por Protorapid ha permitido a Scalextric disponer de un modelo listo para la fabricacin, reduciendo hasta diez veces, en tiempo y en dinero, los costes que seran necesarios para optimizar la rectificacin del modelo. Estos prototipos son productos personalizados, ya que nicamente se realiza una pieza de cada diseo. Protorapid ha diseado nuevos sistemas para la distribucin y anclaje del Airbs 380 , as como prototipos de todas las piezas interiores del New Beatle de Volkswagen, y de las batidoras Taurus. Tambin ha trabajado con Azkoyen, Talgo, Teka, Jan o General Electric. Amplificadores para iPhone Fecha: 22.11.2011. Disponible en Mundo Prototipo http://prototipos-rapidos.blogspot.com La compaa GROWit que ofrece servicios de ingeniera y prototipado desde California, fue la primera empresa de servicios en adquirir una impresora 3D Connex500. Recientemente realizaron una competicin interna para disear un amplificador para iPhone que no utilizara electricidad. En el desarrollo de los diferentes productos se utilizaron varias herramientas entre ellas la impresora Connex500 y su capacidad de fabricar piezas prototipo multimaterial. Gracias a las posibilidades de realizar piezas de formas complejas, con partes de material elstico (gama Tango de Objet) y acabados superficiales perfectos, obtuvieron una serie de productos innovadores. Dada la buena calidad de todos los diseos presentados, decidiran cual sera el diseo definitivo gracias a una votacin en su blog: Votacin del mejor amplificar iPhone (http://www.growit3d.com/blog/) El amplificador elegido en la votacin sera el que la empresa desarrollara posteriormente para su comercializacin al pblico Mster Oficial de Logstica 3 4. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 Primera guitarra acstica impresa en 3D Revista de tecnologa, 12 de octubre de 2012, disponible en lukor.com Hace un rato hablbamos de la impresin 3D y de sus cualidades como mtodo de fabricacin rpido, flexible y de bajo coste que puede marcar un punto de inflexin y provocar una nueva revolucin industrial (por mucho que algunos quieran cortar esta va aadiendo DRM a los diseos). La creatividad no tiene lmites y la impresin 3D es un potente vehculo que nos puede hacer marchar por sendas innovadoras y cambiar la forma en la que desarrollamos prototipos o fabricamos objetos cotidianos, como por ejemplo, una guitarra acstica. Guitarra 3D La primera guitarra acstica fabricada a partir de la impresin 3D es obra de Scott Summit, un diseador industrial que est revolucionando el sector de las prtesis ortopdicas desde Bespoke, la compaa que ha fundado y en la que ejerce de CTO. Summit trabaja en el diseo de prtesis y las fabrica mediante impresin 3D, que le permite bastante libertad de personalizacin a los pacientes que las utilizan. Teniendo en cuenta este expertise, Summit dedic sus vacaciones a cumplir con un viejo sueo de juventud: tener una guitarra acstica como las que tena Jerry Garca. Siempre quise tener una guitarra de 3.000 dlares como las que hubiera tocado Jerry Garca Cuando era un cro, Summit emple 100 dlares en comprar madera y otros materiales para construir su propia guitarra pero result un desastre pero, aos despus, este experto mundial en impresin 3D ha sido capaz de disear y fabricar (recurriendo a los servicios de la empresa 3D Systems, que se dedica al prototipado en 3D) una guitarra acstica plenamente funcional que, adems, suena bien (o al menos eso afirma despus de probarla). La idea de este diseador industrial es que este prototipo no sea la nica guitarra acstica fabricada por este mtodo (existen guitarras elctricas impresas en 3D tambin) y quiere perfeccionar el diseo para ser capaz de controlar la tonalidad y que esto sea un parmetro que se pueda seleccionar dentro del diseo (de manera que el usuario pueda solicitar una guitarra con tonos ms graves o ms agudos a voluntad y generar el CAD necesario para fabricarla). La guitarra, al final, ha cumplido doblemente el sueo de Summet porque, adems de proporcionarle el instrumento que quera, el precio del prototipo ha rondado los 3.000 dlares. Un proyecto bastante curioso, sobre todo si tenemos en cuenta que Sommet lo llev a cabo durante sus vacaciones. Diseo y fabricacin de coches teledirigidos en Mondragon Unibertsitatea N.G., 1 de octubre de 2012, Disponible en http://www.diariovasco.com Todo diseo comienza con la lluvia de ideas, el famoso 'brainstorming', para despus plasmarlo sobre el papel. El siguiente paso es disear un modelo virtual y a continuacin una maqueta fsica del concepto desarrollado. El paso final es la produccin del mismo. Esto es lo que han hecho Nerea, Maite, Josu, Julen, Hector, Aritz, Ander y Garazi, estudiantes del mster de ingenieria industrial y el grado de diseo industrial de Mondragon Unibertsitatea. Junto a ellos otros 60 estudiantes, divididos en grupos de ocho personas, han participado durante tres das en un 'workshop', en el que han recibido formacin especfica para luego ser capaces de intercambiar conocimientos para disear y fabricar el prototipo a escala de un coche de control remoto. Se trata de una experiencia piloto, basada en el 'learning by doing'-aprender haciendo-, que la universidad ha puesto en marcha por primera vez al juntar a alumnado de distintas titulaciones y sensibilidades muy diferentes. El objetivo, enriquecer los conocimientos de cada titulacin con las experiencias que estudiantes de diferentes perfiles pueden aportar, adems de fabricar el prototipo de un coche teledirigido. Segn seala el profesor de fabricacin y diseo Done Ugarte en la universidad hemos Mster Oficial de Logstica 4 5. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 trabajado desde hace ya 12 aos en este tipo de desarrollo de proyectos, pero sta ha sido la primera vez en la que dos titulaciones han unido conocimientos para ello. Ha sido una experiencia enriquecedora, y que se asemeja a la realidad laboral y al futuro de los estudiantes, seala el profesor Ugarte. Los estudiantes coinciden en que ha sido una buena experiencia, en la que han compartido conocimientos, aunque aseguran que el trabajo tiene lo suyo. De esta manera, los alumnos mejoran por un lado sus competencias cientfico-tcnicas y por otro desarrollan su capacidad de liderazgo y trabajo en equipo, lo que fomenta su motivacin. Los estudiantes han desarrollado durante tres das una carrocera en material compuesto de fibra de carbono para un coche de radiocontrol elctrico a escala 1/18. El punto de partida es una plataforma estndar para todos, la cual incluye todo el sistema de traccin y direccin. Proceso y concurso en mayo El lunes, da 29, se les form en aspectos como 'Design Thinking' y Tcnicas de Creatividad para a continuacin desarrollar el concepto del producto mediante bocetos y tcnicas de 'Rapid Prototyping'. Al da siguiente, adems de una sesin introductora sobre Diseo para la fabricacin y mtodos de modelado de superficies en automocin, los alumnos recibieron formacin especfica sobre Maquetacin. Al final de la jornada cada grupo dispona de un modelo virtual y una maqueta fsica del concepto desarrollado el lunes. Ayer fue el ltimo da de trabajo en equipo con el desarrollo del modelo virtual CAD3D y el escaneo de la maqueta con Microsoft Kinect para posteriormente aplicar la ingeniera inversa y obtener el modelo virtual CAD3D mejorado. De las propuestas se seleccionarn seis para su posterior fabricacin, para despus competir entre ellos en un concurso que tendr lugar en la fiesta de la Universidad, en los San Pancracios, que se celebrarn en mayo. Vdeos 01 - Como se hacen los prototipos (Discovery). http://www.youtube.com/watch?v=Xste7UAfAcE&feature=related 02 - Prototyping Processes for Industrial Designers. http://vimeo.com/2491519 03 - Sinterizado Laser. http://www.youtube.com/watch?v=viALLa0OfGY&feature=related 04 - Learn About Rapid Prototyping SLA. http://www.youtube.com/watch?v=nwQ5HA8sE-k&feature=related 05 - Rapid Prototyping. http://es.youtube.com/watch?v=tiYNfB9Oi9M 06 - Rapid Prototyping Video of Objet's PolyJet Process. http://es.youtube.com/watch?v=oMQWGBgNCtg&NR=1 07 - 3D Printer Eden by Objet. http://www.youtube.com/watch?v=idp_5e_qavE&feature=related 08 - Art by Rapid Prototyping Stereolithography. http://vimeo.com/27327345 09 - Markus Kayser - Solar Sinter Project. http://www.youtube.com/watch?v=ptUj8JRAYu8&feature=player_embedded 10 - Williams en 60 segundos: Prototipado rpido. http://www.f1aldia.com/videos/williams-60-segundos-prototipado-rapido/ Cuestiones Qu es el prototipado rpido y cules son sus caractersticas?. Cules son los beneficios fundamentales que se logran con la aplicacin de la tecnologa de prototipos rpidos?. En vuestra opinin, cules creis que son las razones por las que esta tecnologa no se emplea en un elevado nmero de empresas espaolas que podran ver reducidos sus costes productivos de forma significativa gracias a su implantacin?. Describe conceptualmente (por ejemplo a travs de un mapa conceptual) la relacin entre necesidades, diseo, prototipado rpido, tcnicas de fabricacin,... , teniendo presente los procesos, elementos, requisitos, etc., que consideres necesarios. Mster Oficial de Logstica 5 6. Universidad de Valladolid Diseo de Producto y Embalaje - SACC 2 Problema Pertenecis a una empresa de fabricacin de telfonos mviles que todava no ha incorporado la tecnologa de prototipos rpidos a su sistema productivo. En la actualidad estis teniendo algunos problemas econmicos por no ser lo suficientemente rpidos en el lanzamiento de nuevos modelos, pero previs que esta situacin se invierta con el lanzamiento al mercado de un nuevo modelo revolucionario. Dadas las caractersticas del mercado, el nuevo lanzamiento debe realizarse lo antes posible para asegurar un alto nivel de demanda frente a los posibles competidores. Por ello, planteis a la direccin la necesidad de utilizar, entre otras tcnicas, la tecnologa de prototipos rpidos. La direccin os responde con una doble cuestin, qu tcnica de prototipado rpido ser la ms adecuada teniendo en cuenta las caractersticas de este tipo de productos?, y a qu empresa/producto recurriris?. Mster Oficial de Logstica 6