Objeto: prototipo de broche

1. Prototipado rápido. Modelado por deposición de material fundido. Objeto: prototipo de broche

2. Familia de métodos de fabricación para hacer prototipos de ingeniería Creación rápida de prototipos o rp (rapidprototyping) Base en un modelo de la pieza realizado en un sistema de diseño asistido por computadora (CAD) Tiempos de entrega mínimos posibles Comenzaron en la década de 1980 Precisados como paso integral del proceso de diseño, para: Examinar de forma visual Sentir físicamente la pieza Realizar pruebas para evaluar ventajas y desventajas

3. VENTAJAS: • Se pueden manufacturar modelos físicos de partes a partir de archivos CAD. • Con los materiales adecuados, el prototipo se puede utilizar en operaciones de manufactura posteriores para producir las partes finales. • Las operaciones de producción de prototipos rápidos pueden utilizarse con el propósito de fabricar herramientas reales para operaciones de manufactura (fabricación rápida de herramentales). Creación rápida de prototipos

4. Estos procesos de RP pueden utilizarse para manufacturar piezas directamente (manufactura directa). Las principales limitaciones son: • Económicas, ya que los costos de la materia prima son altos y el tiempo de fabricación de cada parte demasiado largo para que sea viable en grandes líneas de producción. Sin embargo, algunas son los suficientemente pequeñas para justificar este tipo de producción. • El rendimiento a largo plazo, el desgaste, el ciclo de vida. • Con frecuencia es deseable utilizar piezas metálicas, mientras que algunas operaciones de RP comprenden el uso de materiales poliméricos. La solución es emplear componentes manufacturados mediante la producción de prototipos rápidos como auxiliares en el procesamiento adicional. Conocido como RT (fabricación rápida de herramentales) el ejemplo más simple es el de la manufactura directa de moldes de arena por medio de la impresión tridimensional, utilizando arena de fundición como material de la pieza de trabajo. Manufactura directa y fabricación rápida de herramentales • Se utilizan dos metodologías básicas: • Producción directa de componentes o partes de ingeniería de metales, cerámicos y polímeros mediante producción de prototipos rápidos. • Fabricación de herramentales mediante la producción de prototipos rápidos para su uso en operaciones posteriores de manufactura.

5. Creación rápida de prototipos (RP) esquema Por remoción de material Por adición de material Sólidos LOM- Manufactura de objetos laminados FDM- Modelado por deposición fundida Líquidos STL/SLA- Estereolitografía SGC- Curado en base sólida DDM- Manufactura de deposición por goteo Polvos SLS- Sinterización de láser selectiva 3DP- Impresión tridimensional

6. Instrucciones: • Modelado geométrico de la pieza en un sistema CAD para definir el volumen que engloba. • Teselado del modelo geométrico: El modelo en CAD se convierte aun formato en el que sus superficies se aproximan mediante triángulos y polígonos (STL). • División del modelo en capas horizontales paralelas con separaciones estrechas. Capas en orientación x-y, procedimiento de creación de capas en eje z. Para cada capa se genera la ruta que debe seguir el sistema RP para curar (solidificar). Prototipado rápido por REMOCIÓN de material Prototipado rápido por adición de material • Esta alternativa implica maquinado y acabado, primordialmente fresado y taladrado, mediante una máquina CNC. Se utilizan cada vez más tecnologías asistidas por computadora como por ejemplo: • Paquetes de dibujo que pueden producir representaciones tridimensionales de las partes. • Software de interpretación, que pueden traducir el archivo CAD a otros formatos. • Software de manufactura, que tienen la capacidad de planear las operaciones requeridas para producir la forma deseada. • Maquinaria de control numérico por computadora, con las capacidades necesarias para producir las partes.

7. Prototipado rápido por adición de material SÓLIDO • LOM – Manufactura de objetos laminados: • Produce un modelo físico sólido al superponer capas de material laminado, que toma la forma mediante un láser. • El material inicial puede ser papel, plástico, celulosa, metales o materiales reforzados con fibras. La hoja del material se suministras con adhesivos y en forma de rollos en dos carretes. • Al finalizar el exceso de material se separa con herramientas, la pieza final puede lijarse o aplicársele un sellado de polímeros para evitar la absorción de humedad. • FDM – Modelado por deposición de material fundido

8. Proceso de prototipado rápido en el que una cabeza extrusora controlada por un robot colgado de un puente o sobre rieles se mueve en el plano x-y, y sobre una mesa, la cual se mueve en el eje z. Modelado por deposición de material fundido o FDM (FusedDepositionModeling)

9. El material inicial puede ser termoplástico (ABS, Poliamidas, Polietileno, Polipropileno) o de cera y es alimentado desde un carrete hacia la cabeza de trabajo que calienta el material. La capa inicial se coloca sobre una base de espuma, extruyendo el filamento a una velocidad constante mientras que la cabeza del extrusor sigue una trayectoria determinada. Al concluir la primera capa, la mesa baja para poder sobreponer otras. El espesor de las capas puede establecerse entre 0,05 y 0,75 mm, los espesores entre 0,25 y 0,5 mm representan la mejor tolerancia obtenible en la dirección vertical. En el plano x-y la precisión dimensional puede ser tan fina como 0,025 mm. El material extrudado se solidifica y se suelda en frío a la superficie de la pieza que está más fría.

10. Para solucionar el problema de que el filamento extrudado no tiene dónde apoyarse para poder generar determinadas zonas de la pieza, se forman estructuras de soporte, para las que se puede utilizar un material diferente. Este soporte se produce por capas cuyo espaciado resulta menos denso y más débil que el modelado primario para poder ser separado de este con mayor facilidad. • En los prototipos resultantes existe una superficie escalonada en los planos exteriores oblicuos, si esto molesta se puede suavizar con una herramienta caliente o aplicarle un recubrimiento, aunque si no se hace con cuidado podría comprometer las tolerancias generales. • No se utilizan materiales tóxicos por lo que puede colocarse en un ambiente de oficina.

11. El FDM fue creado por Stratasys Inc., que vendió su primera máquina en 1990. Los datos que se utilizan provienen de un modelo geométrico en CAD, que procesa mediante varios software el rebanado del modelo en capas y genera las estructuras de apoyo requeridas Los precios van desde los $30.000 dólares hasta $150.000 dólares, esto varía debido a la capacidad de producir piezas de mayores dimensiones.

12. Stratasys, modelo más económico Bits from Bytes 3000, precio: 3000 dólares Stratasys FDM 3000 Stratasys Mojo, precio:  7,580 euros

13. MakerBot Industries es una empresa que ha creado una impresora robótica capaz de imprimir en 3D, creando prototipos en plástico rápidamente. El kit básico para montar una de estas impresoras se vende por 750 dólares, aunque puedes conseguir uno totalmente armado por 2.500 dólares, bastante menos que las impresoras 3D profesionales. Además, el software que utiliza es de código abierto, lo que le permite al usuario modificarlo a su antojo uPrint de Stratasys, puede dar forma a figuras de 203 x 152 x 152 mm, precio: $15.000 dólares ZPrinter 350, cualquier residuo dejado en la impresión es reciclado automáticamente durante el proceso. Su resolución es de 300 x 450 dpi, puede dar forma a objetos sólidos y ofrece una fulgurante velocidad de 20 mm verticales por hora, lo que la convierte en el modelo más rápido del mercado. Precio por unidad: 25.900 dólares

14. Prototipado rápido por adición de material líquido • STL/SLA – Estereolitografía: • Primera RP de adición de • material, data de 1988. • Mediante este proceso • se fabrica una pieza de • plástico sólido a partir de un polímero líquido • fotosensible, usando un rayo láser dirigido para • solidificar el polímero. Cuando se completa la capa • inicial, la plataforma baja una distancia igual al espesor de la capa para formar las capas una sobre la otra sucesivamente. Al finalizar la pieza se cocina en un horno fluorescente para endurecer al 100% el polímero. El exceso de material se retira con alcohol. Pueden precisarse pilares o mallas extra que se añaden a la pieza para proporcionar apoyo a elementos protuberantes que puede poseer esta. • SGC – Curado de base sólida. • DDM – Manufactura de deposición por goteo.

15. STL/SLA – Estereolitografía. • SGC – Curado de base sólida: • Este proceso es diferente, ya que • todas las capas se fabrican a la vez. • Esto logra que haya una gran • producción, a diferencia del resto de • los RP, así también es más costoso. • Pasos: 1) Se imprime una máscara sobre una lámina de vidrio. 2) Se deposita una delgada capa de polímero fotorreactivo de manera uniforme sobre la superficie de trabajo. 3) La fotomáscara se coloca sobre la superficie de trabajo y se proyecta luz ultravioleta a través de esta; la luz pasa a través de ella para curar el polímero. 4) La resina no afectada se retira mediante vacío. 5) Se esparce cera líquida soluble en agua sobre el área de trabajo, llenando todas las cavidades, y se enfría. 6) Después la capa se fresa para obtener espesor y uniformidadcorrectos. 7) Este proceso se repite capa por capa. • DDM – Manufactura de deposición por goteo: • Estos sistemas operan al fundir el material inicial y disparar pequeñas gotas sobre una capa previamente formada. Las gotas líquidas se sueldan en frío a la superficie para formar una nueva capa. La boquilla de aspersión se mueve en el eje x-y, y la plataforma que soporta la pieza se mueve en el eje z.

16. Prototipado rápido por adición de material en polvo SLS – Sinterización de láser selectiva: Este proceso usa un láser móvil para sinterizarpolvos fusibles al calor en áreas correspondientes al modelo geométrico en CAD de una capa a la vez para construir la pieza sólida. Después de completar cada capa se esparce una nueva de polvo suelto a través de un rodillo. Los polvos se calientan previamente para facilitar el pegado y evitar la distorsión. Los polvos sin sinterizar se sacuden fácilmente, mientras tanto sirven para soportar las regiones sólidas de la pieza mientras se realiza la fabricación. No requiere curado adicional. Materiales: PVC, policarbonato, poliéster, poliuretano, ABS, nylon, y cera fundida, y ocasionalmente polvos metálicos. 3DP – Impresión tridimensional. Sinterización es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.

17. SLS – Sinterización de láser selectiva. • 3DP – Impresión tridimensional: • La pieza se construye capa por capa y se emplea una impresora de chorro de tinta para lanzar un material adhesivo sobre capas sucesivas de polvo. El aglutinante se deposita en áreas correspondientes a las secciones trasversales de la pieza. El exceso simplemente se remueve fácilmente, mientras, sirven de soporte para la pieza en sus zonas protuberantes o frágiles. Finalmente la pieza se trata térmicamente para endurecer el aglutinado. La pieza se construye sobre una plataforma cuyo nivel es controlado por medio de un pistón. • Los materiales iniciales son polvos de cerámica, metal, o cermet y aglutinantes. • Las piezas producidas por 3DP son un poco porosas, por lo que pueden carecer de resistencia. • FIN.

18. El modelado por deposición de material fundido es un proceso de prototipado rápido en el que una cabeza extrusora (que calienta el material) sobre rieles se mueve en el plano x-y y deposita un filamento en un plano con una base de espuma, luego esta superficie se mueve verticalmente para la superposición de capas. El material inicial puede ser ABS, Poliamidas, Polietileno, Polipropileno o de cera alimentado desde un carrete. Los datos que se utilizan provienen de un modelo geométrico en CAD, que procesa mediante varios software el rebanado del modelo en capas y genera las estructuras de apoyo requeridas. A modo de conclusión: Definición del proceso principal