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Prototipado Rápido

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by

Karla Esquivel

on 16 January 2015

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Transcript of Prototipado Rápido

El prototipado rápido se define como la manera más rápida de obtener una réplica exacta tridimensional de un diseño generado mediante aplicación CAD en 3D. Estos modelos físicos pueden ser únicamente estéticos o pueden cumplir con algunas o buena parte de los requerimientos mecánicos que tendría la pieza definitiva, ofreciendo en este caso la posibilidad de realizar pruebas funcionales y de homologación antes de que existan los moldes preliminares.
Prototipado rápido
Selective laser sintering
(SLS)

Direct Shell
Production Casting
DSCP

Laminated object
manufacturing
LOM

Fused deposition
modeling
FDM

Estereolithography
SL

Definición
Máquinas:
Materiales
Proceso
Ventajas
Inconvenientes
Proyección aglutinante

Esta tecnología trabaja
mediante la deposición de
material en polvo en capas y
la ligazón selectiva del mismo
mediante la impresión de
“chorro de tinta” de un
material aglutinante.
• Modelos de una resistencia buena,
después del post-procesado.

• Permite el uso de colores

• Modelos rápidos.

• Trabajo en el entorno de la oficina (trabajo a temperatura ambiente y bajo nivel de ruido).

• No se necesita calibrar la máquina.

• Bajo coste de operación (no necesita otras instalaciones).
• Requiere post-procesado para mejorar la resistencia mecánica (ej. resina termoestable)

• Acabado superficial bajo (espesor de capas de 0,33 mm o superior), puede requerir lijado.

• Precisión muy baja.

• Piezas no trasparentes.

• Utilización de un solo material. (poliéster).

• Si la pieza se mueve o se levanta el error no se repara.
Ejemplos
El el sistema alimentador del equipo se encarga de depositar material particulado sobre la plataforma y esparcirlo usando un rodillo, posteriormente el sistema de impresión mediante un cabezal con múltiples boquillas inyecta resina aglutinante formando el patrón que define la capa, luego desciende la plataforma y se inicia nuevamente el proceso hasta terminar el molde que queda inmerso en el polvo sin aglutinar, es tratado térmicamente para dar rigidez y luego es removido el polvo sobrante.
Polvo de silice o alúmina
+
Resina aglutinante
Por el momento únicamente las compañía Soligen y 3D system de México cuenta con la maquinaría necesaria en comercialización
Definición
Máquinas
Materiales
Proceso
Ventajas
Inconvenientes
Fabricación por corte laminado

Esta técnica esta basada
en la creación de prototipos
rápidos a través de la super-
posición y pegado sucesivo
de láminas de papel cortadas
por láser.
Los principales equipos LOM ofrecidos por Helisys / Cubic Technologies (EEUU),utilizan láser CO2 de 25 a 50W con velocidades de corte de 46cm/s, el sistema alimentador admite espesores entre 0.08 y 0.25mm, ejerce una presión para adherencia cercana a los 18kg y puede alimentar a temperaturas entre 66 y 399°C, fabrican equipos con capacidades máximas en tamaño de pieza a fabricar desde 28x18x15cm hasta 81x56x51cm, dichos equipos pueden pesar desde 320 hasta 1430kg y requerir áreas de instalación de hasta 5x4m.
La maquina para este procedimiento esta compuesta por:
•Láser o cuchilla
•Dos rodillos mediante los cuales el papel se va renovando
•Un rodillo que presiona cada capa de papel antes de ser cortado por el láser.
•Una plataforma móvil
Las empresas 3DSystems (EEUU) y Kira Corp. desarrollaron los equipos lnVision® LD 3D printer y la serie PLT respectivamente, que aplican la tecnología Paper Lamination Technology . PLT, similar a LOM pero difiere en el proceso de corte porque ya no es láser, es mecánico (con cuchilla), además la aplicación del adhesivo incorporó procesos xerográficos.
El material SMS®402 de Helisys / Cubic Technologies, empresa norteamericana creadora y comercializadora de la tecnología LOM, es papel encolado en polímero termoplástico para adherencia.
La empresa reporta las propiedades mecánicas a tensión y compresión teniendo en cuenta las dirección de acción de los esfuerzos, bien sean normales o paralelos a las capas, es evidente la anisotropía de las piezas terminadas, la resistencia a la tensión normal es de 1.4MPa contra 26MPa e dirección paralela, a compresión normal 115MPa y paralela 15MPa Cubic Technologies ofrece una serie de productos para limpieza y lacas para terminado de los productos que pueden utilizarse en postprocesamiento de las piezas terminadas.
•El láser corta los contornos de la pieza sobre un papel de 0,1 mm de espesor que corresponde a la altura de la capa en el eje XY.
•Los sectores del papel sobrante, son cortados en cuadrículas para facilitar su retirado.
•Posteriormente, los rodillos depositan una nueva capa de papel y se repite el proceso hasta terminar las capas.
•Económico, a mayor tamaño de pieza mayor ahorro.
•Precisión de 0,1 mm (altura de la capa)
•La materia prima no se transforma en el proceso por lo que obtendremos una pieza estable
•No existe post-proceso de curado de la pieza
• Piezas vulnerables a la humedad
•Nuevos materiales: plástico, metal (polvo adherido en láminas que requiere sinterizado posterior)
• Posible deformación de las láminas por los esfuerzos que puede producir el calor del Láser.
Ejemplos
Aplicaciones
Las aplicaciones de esta tecnología se ven restringidas por las propiedades de los materiales empleados.
Los productos obtenidos presentan un terminado semejante al de la madera.
En manufactura rápida sus aplicaciones son más de tipo estético u ornamental que funcional, mientras que en fabricación rápida de modelos se fabrican buenos modelos para fundición en arena con la excelente precisión propia de las tecnologías CAD/CAM de la manufactura por capas, produce además excelentes prototipos conceptuales para evaluación de forma y marketing.
DEFINICIÓN
Máquinas
Materiales
Procedimiento
Ventajas
Aplicaciones
Deposición por hilo fundido

En este método de deposición por hilo fundido FDM se opera extruyendo una pequeña cantidad de un termoplástico (poliéster), a través de una diminuta boquilla, formando cada sección y a su vez el objeto tridimensional.
La compañía Stratasys (norteamericana) presenta las principales propiedades mecánicas y térmicas de los materiales FDM que ofrece:
*Son polímeros comunes en manufactura, policarbonato, ABS y polifenilsulfona
*Resistencias a la tensión de 22 a 55MPa *Módulos de elasticidad de 1625 a 2O7OMPa *Elongaciones del 3 al 6%
Las propiedades son muy sensibles a las condiciones de proceso y la orientación del modelo.
El policarbonato esta disponible en color blanco, el policarbonato ISO en blanco o traslucido, la polifenilsulfona en marrón, el policarbonato ó ABS viene en negro, azul, rojo, verde, amarillo o gris, es evidente el abanico de posibilidades evitando el post-procesamiento.
Stratasys es la compañía fabricante y distribuidora de FDM, tecnología desarrollada por ellos. Los equipos permiten el empleo de distintos materiales, de este depende el espesor de capa al que se debe ajustar el equipo cambiando la boquilla, este espesor de capa varía de 0.125 a 0.25mm. Estos equipos tienen capacidades máximas en tamaño de pieza a fabricar desde 2Ox2Ox3Ocm hasta 6Ox5Ox6Ocm, dichos equipos pueden pesar desde 130 hasta 1135kg y ocupar espacios desde 0.7x0.9xlm hasta 2.2x1.lx2m.
*El material sale del cabezal extructor en un estado semilíquido.
*El cabezal en X y Y define cada sección o capa.
*Después la plataforma desciende en eje Z dando lugar a una nueva capa sobre la anterior.
Definición
Máquinas
Materiales
Proceso
Ventajas
Inconvenientes
•Gran rapidez 101 mm/seg
•Tamaño de la pieza a crear sin límite, únicamente los de la máquina
304x203x203 mm
•Resistencia y no necesita ser
mecanizada la pieza
•Material dúctil como cualquier
polímero
Inconvenientes
• Exige un control muy preciso de la temperatura y
de la velocidad de deposición del material durante el proceso.

• Acabado superficial intermedio: superficies rugosas, pero según la dureza del material, que no se pueden pulir fácilmente, necesitando de un acabado superficial especial (herramienta caliente, recubrimiento con cera para pulir)

• Piezas no trasparentes.
Estereolitografía

Procedimiento en el cual se solidifica una resina fotocurable(se endurece con la luz) ( resinas Epoxi y resinas acrílicas) en estado líquido mediante la acción de un láser ultravioleta. Esta solidificación se va realizando por capas hasta completar la pieza.
La diversidad de aplicaciones de
FDM es tan variada como los
materiales que aplica, las
aplicaciones en manufactura,
fabricación de modelos y
prototipado son similares a las
de SL.
Antecedentes
Surgen inicialmente en 1987 con el proceso de estereolitografia de la empresa norteamericana
3D Systems
, proceso que solidifica capas de resina foto sensible por medio de láser.
Aplicaciones
Empresas japonesas
NTT y Sony/D-MEC
comenzaron a comercializar sus versiones de máquinas de estereolitografia en 1988 y 1989, respectivamente.
Tres equipos fueron desarrollados por tres importantes compañías, 3DSystems (norteamericana) Sony / D-MEC (japonesa)
Fockele & Shwarze (alemana).
Principales características de sus equipos:
•incluyen tamaño máximo de pieza que se puede fabricar 25x25x25cm a 100x80x80cm para equipos que pesan de 470 a 2920kg.
•información del sistema óptico, el tipo de láser
es generalmente de estado sólido con potencias
de 100 a 2000mW,
•velocidades de trazo de 2 a 25m/s y espesores de capa de 0.005a 0.2mm
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 Aluminio, proceso desarrollado y patentado por el
MIT
(Massachussets Institute of Technology).
•En 1994 Model Maker de la empresa americana
Sanders Prototype
, usando sistema de inyección de cera ( ink-jet wax).
•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.
•Sistema de estereolitografía de la empresa Fockele & Schwarze (Alemania).
•Sistema EOSINT, de la empresa alemana
EOS
, basado en sinterización.
•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). Produce piezas apartir de un cabezal de inyección de cera.
La empresa
Stratasys
(EUA) lanzó su producto Genisys, basado en extrusión , similar al proceso de FDM, utilizando el sistema de prototipado 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 prototipado basado en la deposición de polvos metálicos en 3D.
Fotopolimeros que son resinas en estado liquido de densidades entre 1.1y 1.6g/cm3 y viscosidades variables de 150 a l800cps.
•Las piezas terminadas son sometidas a gran variedad de ensayos de caracterización de propiedades:
* mecánicas
*térmicas
*eléctricas
*dimensionales
*de apariencia
Otras tecnologías y empresas desaparecieron como la compañía
Light Sculpting
(EE.UU.),
Sparx AB
(Suecia) y
Láser 3D
(Francia) estas desarrollaron e implementaron sistemas de prototipado, pero no tuvieron impacto industrial.
Calidad esperada
de los productos
•Al introducir el archivo del modelo en ordenador, la máquina lo divide en secciones transversales de 0,003.
•Una vez procesados los datos, el elevador se sitúa a 0,003” por debajo de la superficie de la resina líquida.
•El láser ultravioleta dibuja una sección trasversal sobre la superficie del tanque de resina fotocurable, solidificando así la primera capa.
•Una vez que el láser termina de solidificar la primera capa, el elevador baja el espesor indicado por la sección transversal y se solidifica otra nueva capa.
•Este proceso se repite capa por capa hasta que el prototipo esté terminado.
•Económico y rápido
•Su finalidad es una visión física y funcional del diseño.
•Se puede aplicar en: modelos conceptuales y estética, detalles de partes y exactitud
•La pieza adquirida en este proceso puede tener un color en específico.
Definición
Máquinas
Procesos
Ventajas
Inconvenientes
Aplicaciones
• Modelos de una resistencia baja (frágiles)
• Las piezas no salen terminadas, necesitan un post-curado con luz UV.
• Es habitual que se produzca la contracción del material (post-curado)
• Alto coste de operación: necesidad de instalaciones (industriales): horno giratorio, etc.
• Debe compensarse (calibración) el láser dependiendo de cada tipo de pieza (material)
• No existe la posibilidad de anidar piezas a diferentes alturas.
•Componentes funcionales para ensamblar en interfaces usuario-equipo
•Carcasas, cubiertas o compartimientos
ergonómicos para dispositivos electrónicos
•Componentes para ensamble a presión,
conexión o acople en variedad de dispositivos.
•Componentes funcionales en juguetes.
•Componentes traslucidos o trasparentes
•Aplicaciones médicas en instrumentación,
investigación o seguridad ocupacional.
•Aplicaciones en artes plásticas.
Materiales
EOS y 3DSystems reportan las principales características de algunos de sus equipos SLS:

*Utilizan láser generalmente de CO2
*Potencias entre 50 y 200W
*Velocidades de trazo de 3 a 10m/s
*Espesores de capa de 0.02 a 0.2mm
*Piezas de 25x25x21.5cm a 70x38x58
*Espacios de instalación de hasta 5x5x3m.
Sinterización selectiva por láser ( SLS)

Es similar al de Estereolitografía solo que en este proceso es diferente el tipo de material usado. Aquí se utiliza un material en polvo en lugar de utilizar líquido.
•Se parte del archivo STL de los datos 3D obtenidos en el modelo CAD.
•Se introduce en el ordenador y este lo procesa
•Se esparce una capa de material SLS en polvo por la superficie de construcción
•Se sinteriza una sección del archivo CAD.
•Con la información del archivo, un láser de O2 dibuja selectivamente una sección transversal del objeto sobre la capa de polvo. Mientras el láser dibuja la sección, el material se sinteriza ( calienta y funde) creando así una masa sólida que representa una sección transversal del objeto.
•Se repite el proceso una y otra vez hasta terminar la pieza.
*Permite hacer ensayos de resistencia y durabilidad
*Posibilidad de manejar diferentes materiales
*Resistente
*Posible de trabajar con gama de colores
• Material del prototipo duro por lo que el pulido con lija no se puede realizar, necesita un acabado especial.
•Contracciones del material.
• Problema con espesores de pared menores a un mm, límite en 0,7 mm.
• Trabajo en el entorno industrial:
• Alto coste de operación (necesidad de gas nitrógeno para atmósfera inerte).
• Necesidad de calibrar el láser.
Manufactura rápida,introduce materiales metálicos y cerámicos a la gama de posibilidades: componentes funcionales, carcasas, cubiertas,compartimientos, componentes para ensamble a presión, conexión o acople, componentes funcionales en juguetes y juguetería en general.En fabricación rápida de modelos y moldes, la aparición de los nuevos materiales implica la posibilidad de fabricación directa de moldes.
Son polvos con:
*Tamaños medios de 48 a 93pm
*Puntos de fusión 63 a 192°C para los polvos poliméricos

Piezas terminadas reportan:
*Resistencias a la tensión entre 1.8 y 44MPa para polímeros y entre 435 y 61OMPa para metales
*Módulos de elasticidad de 7.4 a 591OMPa y de 137 a 138GPa
*Elongaciones de 1.5 a 130% para polímeros y de 2 a 10% para metales.
http://www.egrafica.unizar.es/ingegraf/pdf/Comunicacion17068.pdf
http://webs.uvigo.es/disenoindustrial/protorapid.html
https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/448/42436/1/Documento2.pdf
http://www.makepartsfast.com/2013/03/5042/paper-3d-printing-an-alternative-for-casting-applications/
http://www.3dsystems.com/about-us
http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/4730-Nuevos-avances-de-la-estereo-litografia.html
http://www.estereolitografiademexico.com/z450.html
http://tfmrimuned.wordpress.com/modelado-por-deposicion-de-hilo-fundido-fdm/ http://undoprototipos.com/index.php/tecnologias/ZCORP.html
Fuentes de información
Estereolitografia:
www.youtube.com/watch?v=D6I_nLgq5bc&feature=endscreen&NR=1
www.youtube.com/watch?v=4QAHBtBLE5g&NR=1&feature=endscreen
www.youtube.com/watch?v=jVgdLxfjrV4

Sinterización selectiva por láser SLS
www.youtube.com/watch?v=2Su_DEcgMGo
www.youtube.com/watch?v=kBSNRJNsjNo
Videos de apoyo
Equipo
Esquivel García Maria Isabel
Esquivel Ortiz Karla Georgina
Flores Vega Berenice

DSPC, 3D printer
www.youtube.com/watch?v=pQHnMj6dxj4

LOM
www.youtube.com/watch?v=Z1WNA6tdfWM
www.youtube.com/watch?v=nE-8Wnz9-Qc

FDM
www.youtube.com/watch?v=WHO6G67GJbM
www.youtube.com/watch?v=9dvLOmTk8QA
Ejemplos
El sistema SLA-1, el primer sistema de disponible comercialmente, fue un precursor de la máquina SLA-1, bastante popular en la actualidad.
Enseguida, en 1990, la empresa
Eletro Optical Systems
– EOS en Alemania, comenzó a comercializar el sistema conocido como Stereos.

En 1991 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).
Modelo DTM Sinterstation 2500 Plus
Modelo EOSint P380
Modelo Maxum by Stratasys
Modelo SST1200 by Stratasys
Ejemplos
Aplicaciones
de vanguardia

Expresiones artísticas
No más fotos
y las negativas
Los monstruos salen
de las pesadillas y se convierten en juguetes
Armas impresas en 3D
Y en un futuro??
Vanguardias
www.youtube.com/watch?v=OSNqQvYAyFk
www.youtube.com/watch?v=H1op8kAFucI
www.youtube.com/watch?v=X5AZzOw7FwA
www.youtube.com/watch?v=DconsfGsXyA
Nuevo tipo de mercado
Venta de proyectos listos para imprimir por internet
Impresión de órganos 3D?
Por lo pronto la comida ya se puede imprimir en 3D...
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Ver más información en Prototipado rápido.. parte 2
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