ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS...
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES
PROYECTO FIN DE CARRERA
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL
ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS
EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
Carolina Bustos Nuevo
Ingeniería Industrial
Especialidad Materiales
Tutor: Benito del Río López
Septiembre 2016
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AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer principalmente a mi familia el apoyo que he tenido en todos estos años de
carrera, en especial a mis padres, sin ellos no hubiera sido posible que yo hubiera llegado
hasta aquí. Sus ánimos y energías siempre han sido el motor para que continuara y no perdiera
la ilusión y la confianza. “La mejor herencia que te vamos a dejar son unos estudios” y,
“Valiente y al toro” son parte de mi vida académica. A mis hermanos, que les quiero con
locura, por su paciencia y sus ánimos.
A mi tutor Benito del Río, por la ayuda que me ha prestado en los años de carrera y en
particular en el proyecto fin de carrera. Por su facilidad para trabajar en equipo y la confianza
que ha depositado en mí para ciertas decisiones que se plantearon durante el proyecto.
Además de los conocimientos que me ha ido transmitiendo a lo largo del proyecto. Gracias.
Y a Javier y a Jesús, sin ellos este proyecto no hubiera sido lo mismo. Principalmente por la
sabiduría y la experiencia de tantos años de trabajo, y segundo, porque el trabajo día a día en
la fundición y el apoyo moral han dejado una huella en mí. Os estaré siempre agradecida.
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RESUMEN EJECUTIVO
El objetivo de este proyecto fin de carrera desarrollado en el Departamento de Siderurgia, es la
obtención de piezas únicas para prototipado o de muy pequeña tirada por el proceso de
fundición con modelos perdidos en polímeros fabricados por impresión 3D, un proceso de
fundición consiste, básicamente, en el vertido del metal líquido en un molde con la geometría
de la pieza a fabricar en su interior y su posterior solidificación y enfriamiento. Para lograr
dicho fin se mantendrá el sistema tradicional de moldeo (moldeo en verde y molde químico).
La variante principal de este proyecto es la sustitución de los moldes creados a partir de
cualquier material con posibilidad de ser mecanizado (metal, maderas, resinas, ceras, etc.) con
el coste de matricería que conlleva y utilizar la tecnología 3D.
En este estudio se procede a la unión de ambas tecnologías, impresión 3D y proceso de
fundición, fabricando un modelo en un polímero mediante una impresora 3D, La fabricación
de los modelos, se realiza por el sistema de deposición de material a partir de una bobina de
filamento de diversos polímeros.
La impresión 3D da la posibilidad de realizar un modelo con una estructura interna no maciza.
A su vez, esta estructura interna, le confiere al modelo diferentes densidades, hecho relevante
en el proyecto ya que un requisito escogido es que se use la menor cantidad de polímero
posible, consiguiendo así una nueva forma de realizar piezas únicas para prototipos o de
pequeña tirada a menor coste y con la mejor calidad posible, ya que al arder el polímero se
generarán gran cantidad de gases que deberán ser evacuados del molde. El material escogido
en un principio para la pieza final es una aleación de aluminio Al-12%Si por su colabilidad y
fácil manejo y temperatura de fusión, pudiéndose emplear otros tipos de materiales en
siguientes proyectos.
El PLA es el material escogido para la impresión 3D después de un análisis con distintos
materiales existentes en el mercado de fácil acceso por parte del usuario de impresoras 3D, con
el objeto de encontrar un polímero adecuado para la realización del modelo.
Dentro de estos análisis realizados a los diferentes polímeros se ha sometido a cada material
seleccionado para la construcción del modelo a una serie de ensayos de caracterización entre
los que se incluyen: ensayos de velocidad de combustión, emisión de gases, generación de
residuos y menor impacto medioambiental.
Así mismo durante el proceso de caracterización del polímero seleccionado, se desarrolla el
estudio de un amplio abanico de modelos con la intención de encontrar el punto límite de
viabilidad para obtener piezas por el proceso de fundición tanto por tamaño como geometría y
la sustitución de la técnica de moldeo por otras como el molde de poliestireno expandido,
sustituyendo el poliestireno por el modelo en polímero.
RESUMEN EJECUTIVO
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ÍNDICE
1. OBJETIVOS…………………………………………………………………….……... 9
2. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………..……. 11
2.1. Impresión 3D……………………………………………………………………….. 11
2.2. Tipos de materiales para impresoras 3D…………………………………………... 23
2.3. Técnicas de moldeo……………………………………………………………….. 26
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………………….… 33
3.1. Selección filamento 3D……………………………………………………………. 33
3.2. Selección de modelos y coladas…………………………………………………… 38
3.3. Obtención de piezas……………………………………………………………….. 43
3.3.1. Fabricación del modelo...……………………………………………............ 43
3.3.2. Moldeo en verde……………………………………………….…………… 47
3.3.3. Moldeo en arena química………………………………………….………… 51
3.3.4. Colada tradicional.…………………………………………………….......... 53
3.3.5. Colada de lavado.……….………………………………………………….. 56
3.3.6. Bebederos y mazarotas….………………………………………………….. 58
3.3.7. Limpieza de la pieza final.……………………………………………......... 59
3.4. Obtención de datos……………………………………………………………….. 60
3.4.1. Factor de llenado.…………………………………………………………… 60
3.4.2. Calidad superficial...…………………………………………………………. 61
4. RESULTADOS……………………………………………………………….……….. 63
4.1. Medidas experimentales…………………………………………………………… 63
4.1.1. Factor de llenado.…………………………………………………………… 63
4.1.2. Calidad superficial...……………………………………………………........ 69
4.2. Análisis resultados…………………………………………………………………. 71
4.2.1. Análisis de la varianza de la variable llenado …………….…………………. 71
4.2.2. Análisis de la varianza de la variable llenado sin atípicos...…………………. 76
4.2.3. Análisis de la varianza de la variable llenado con interacciones……............ 80
4.2.4. Análisis de la varianza de la variable llenado frente al tipo de colada y
número de pasadas………………………………………………………….. 81
4.2.5. Análisis de la varianza de la variable llenado frente al tipo de colada y
número de pasadas con interacciones……………………………………….. 84
4.2.6. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie superior frente al
tipo de colada, tipo de arena y lado ………………………………………… 85
4.2.7. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie lateral frente al tipo
de colada, tipo de arena y lado ………………………………………………. 87
4.2.8. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie inferior frente al tipo
de colada, tipo de arena y lado ………………………………………………. 88
ÍNDICE
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4.2.9. Análisis de la varianza de la variable calidad aristas frente al tipo de colada,
tipo de arena y lado………………………………………………………….. 90
4.2.10. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie superior frente a
lado ………………………………………………………………………….. 92
4.2.11. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie lateral frente a
lado …………………………………………………………………………... 94
4.2.12. Análisis de la varianza de la variable calidad superficie inferior frente a
lado …………………………………………………………………………... 95
4.2.13. Análisis de la varianza de la variable calidad aristas frente a lado…………. 97
4.2.14. Regresión múltiple lineal de la variable llenado frente a lado……………… 98
4.2.15. Regresión múltiple lineal de la variable llenado frente a raíz cuadrada del
lado………………………………………………………………………….. 101
5. CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. 105
6. OBJETIVOS FUTUROS E IMPACTO……………………………………………... 107
7. PLANIFICACIÓN TEMPORAL DEL PROYECTO Y PRESUPUESTO…….….. 109
7.1. Estructura temporal del proyecto (EDP)……………………………………..…….. 109
7.2. Diagrama de Gantt…………………………………………………………………. 109
7.3. Presupuesto……………………………………………………………………….. 113
8. ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………….…. 115
9. ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………….…… 119
10. BIBLIOGRAFÍA………………………………………..…………………………… 123
11. ANEXO I: PATRÓN SUPERFICIES…………………………………….………… 125
12. ANEXO II: PATRÓN ARISTAS……………………………………….…………… 126
13. ANEXO III: ANÁLISIS PIEZAS OBTENIDAS……………………….……........... 127
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1. OBJETIVOS
Este proyecto surge como continuación de un proyecto anterior, en el que tenía como finalidad
investigar la posibilidad de desarrollo de una técnica de fundición en la que se englobaran estos
dos puntos:
El proceso de fundición en moldes y modelos perdidos.
Las impresoras 3D, para la fabricación del modelo perdido para el proceso de fundición.
El proyecto se realizó de manera conjunta entre la Unidad Docente de Siderurgia y la División
de Ingeniería de Máquinas (DIM) en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de
la Universidad Politécnica de Madrid.
El objetivo fundamental fue la obtención de un nuevo proceso de fundición en el que se
sustituyera el modelo de poliestireno expandido por un modelo fabricado en 3D mediante PLA.
Este modelo se realizó con distintas densidades para comprobar cómo afectaba este parámetro
en el proceso de fundición y los resultados obtenidos dieron como solución que los modelos de
densidad cero, es decir, sin relleno, huecos, son los que conseguían mejor calidad de la pieza
final de aluminio Al-12%Si, sin restos del material PLA ya que éste se había eliminado durante
la colada.
Con una geometría fija, se van a ir variando ciertas variables con el fin de observar cómo se
comporta el PLA y el resultado final de la pieza de aluminio. Parámetros a tener en cuenta en
este proyecto:
El modelo obtenido en la impresora 3D será de densidad cero, es decir, hueco, y se
modificarán el número de pasadas o capas que tendrá la superficie de éste.
Geometría del modelo predeterminada, de sección cuadrada, con el lado de su
sección variable, dependiendo de los resultados obtenidos en cada colada.
El número de mazarotas, y la posición de éstas en el modelo, en el proceso de
fundición.
La posición del sistema de alimentación en el modelo es fijo.
Tipos de aglomerante utilizados:
- Químico.
- Verde (bentonita).
La altura del sistema de alimentación y mazarotas es fijo.
Con este proyecto se busca una simplicidad en el proceso de obtención de piezas únicas o
pequeñas series, gracias a la sustitución del poliestireno expandido por el polímero PLA,
OBJETIVOS
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evitando de esta forma matrices, y costes en la elaboración del modelo. La finalidad es
conseguir replicar una pieza a nivel de desarrollo o prototipo a bajo coste.
El proyecto se centrará en piezas de pequeño tamaño, ya que un inconveniente que estará
presente a lo largo del proyecto es la formación de los gases, que, debido a que el modelo tiene
poca sección, es difícil el escape de los gases producidos durante el proceso de colada del
aluminio. Además, se diseña una geometría en particular (figura 1.1), de sección cuadrada, con
tres codos, para ver cómo actúa el caldo al entrar en el molde y al pasar por cada codo, y la
definición de las aristas a lo largo de la pieza. Las piezas grandes no tienen tantos
inconvenientes, ya que para un modelo con densidad de relleno cero, y el mismo número de
pasadas en la capa superficial, la relación volumen del PLA a eliminar/volumen de la pieza
propuesto será menor para la pieza más grande, y los gases producidos durante la colada podrán
evacuarse mejor durante el proceso, sin provocar, entre otras, el enfriamiento del material
añadido, y por consiguiente una pieza final incompleta, además de un acabado superficial
deficiente.
Figura 1.1: Geometría de la pieza.
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2. INTRODUCCIÓN
Este proyecto surge como continuación a otro proyecto de investigación en el que tenía como
objetivo la obtención de un nuevo proceso de fundición en el que se sustituyera el modelo de
poliestireno expandido, por un modelo fabricado en 3D mediante PLA.
A partir del modelo de PLA obtenido por impresora 3D, se utilizaron distintas aleaciones con
diferentes puntos de fusión con el mismo proceso de fundición para comprobar si este factor
era influyente. Se desecharon las aleaciones de alto punto de fusión para este tipo de técnica,
debido a la gran producción de gases durante el proceso de fundición.
También se ensayó con modelos de diferentes densidades y estructuras internas, llegando a la
conclusión de que era preferible un modelo hueco para conseguir la eliminación del material en
el proceso de colada.
En los ensayos realizados se tuvo en cuenta las alturas de los sistemas de alimentación en
función de la pieza a fundir.
2.1. Impresión 3D:
La impresión en tres dimensiones es el proceso de unir materiales para hacer objetos a
partir de un modelo digital, normalmente poniendo una capa encima de otra, por
contraposición a las metodologías de fabricación sustractivas, tales como el mecanizado
tradicional. Sin embargo, este término se asocia más bien a la impresión hecha en casa o en
comunidad, mientras que si se aplica en tecnologías de producción y a cadenas de
suministro, se suele utilizar el término fabricación aditiva (Additive Manufacturing, AM, o
Rapid Manufacturing) [3].
La fabricación aditiva según la ASTM (American Society for Testing and Materials) se
define como “proceso por el que un modelo que ha sido generado previamente por
ordenador usando un programa 3D CAD, puede ser fabricado directamente sin necesidad de
planificación depositando material capa a capa, sólo donde es requerido” [1]. La fabricación
aditiva tiene su origen en el año 1986 con las primeras patentes y desarrollos por compañías
como 3DSystems, Stratasys o el propio MIT. Como se puede observar son muchos los años
que han transcurrido hasta que el concepto de “Impresión 3D” ha llegado al público en
general, a pesar de no haber cambiado los conceptos tecnológicos que subyacen en esta
idea, debido a las patentes existentes [4].
En 2004 existían diferentes modelos de impresoras 3D comerciales. En ese momento, las
dos compañías líderes, Dimension y Z Corporation, tenían más de 10 modelos en el
mercado. La estimación de las ventas para ese año ascendió a 56 millones de euros (un
incremento de casi el 100% con respecto al año 2003). En 2005, los precios de las máquinas
más sofisticadas estaban entre los 75.000 hasta los 375.000 euros, dependiendo de la
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técnica empleada. No obstante, sacaron al mercado alguna máquina más pequeña que
rondaba los 18.500 euros, aunque los costes de impresión eran superiores [1].
Con este panorama en escena, la impresión 3D se encontraba muy limitada a la industria y
no tenía la difusión que tiene actualmente. El pionero en la liberación de la impresión 3D y,
en concreto, del Modelado por Deposición Fundida (FDM) fue el ingeniero mecánico
Adrian Bowyer, de la Universidad de Bath (Reino Unido). Adrian Bowyer inició en 2004 el
proyecto RepRap (Replicating Rapid Prototyper), iniciativa que sirvió para desarrollar
máquinas de modelado por deposición fundida a partir de software libre (licencia GNU
GPL), destinadas al prototipado rápido. La principal característica que posee es que puede
generar las partes necesarias para construir otra máquina igual que ella [5].
Adrian Bowyer denominó a esta técnica aditiva empleada por estas máquinas con el
nombre de Fused Filament Fabrication (FFF), ya que Stratasys Inc. poseía la patente que
describía este mismo proceso denominado Fused Filament Deposition (FDM) hasta el año
2009.
En 1990 se empieza a aplicar la fabricación aditiva para obtener patrones de fundición
(Rapid Casting); en 1995, para obtener herramientas de producción, especialmente moldes
de inyección (Rapid Tooling), y en el 2000, para obtener piezas de producción (Rapid
Manufacturing). A partir de aquí, el desarrollo ha sido muy rápido, gracias también a la
expiración de diferentes patentes. Si entre 1984 y 2011 se vendieron en el mundo 45.000
impresoras 3D, en 2012 se vendieron el mismo número en un solo año [3]. Hoy en día y
según diversas fuentes que se expondrán a continuación, existen empresas que comienzan a
darse cuenta de que la impresión 3D llegará a sustituir por completo los métodos
tradicionales de fabricación.
Algunos de los ejemplos que ilustran lo expuesto anteriormente y, en concreto para el
proceso de fundición, son [1]:
3Dealise: Es una empresa con sede en Londres que, con la impresora 3D Exone
S-Max, es capaz de crear moldes que pueden ser utilizados para la colada de
objetos metálicos de gran tamaño, lo cual reduce los pasos del proceso
tradicional mediante la eliminación de la necesidad de un modelo. La impresión
3D de arena permite una gran libertad en el diseño de productos, ya que el
proceso tiene la capacidad de reducir en gran medida los residuos, ahorrar
energía y tardar mucho menos tiempo en comparación con los métodos más
tradicionales de fabricación.
3Dprinter: Poseen impresoras de arena que se utilizan para la fabricación de
moldes para el proceso de fundición. Se puede observar la realización de este
proceso directamente en la referencia.
3DSystems: Emplean impresoras 3D de arena con las que fabrican moldes y
machos a partir de un archivo digital, de manera que se elimina el paso de
fabricación de patrones propio de los procesos de fundición en arena
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tradicionales. También se puede utilizar para crear moldes en arena para metales
no ferrosos, siendo una mezcla de arena de fundición, yeso y otros aditivos.
Entresd: Se trata de una empresa dedicada a las impresoras 3D. En alguna
consulta hecha por los usuarios se puede encontrar que es posible realizar
moldes para hacer piezas de metal. En este caso, el procedimiento que se sigue
está basado en el proceso de fundición a la cera perdida, sustituyendo la cera por
PLA o ABS.
Nijhuis: Es un fabricante de bombas holandés, que gracias a Voxeljet,
(fabricantes alemanes de moldes de arena con impresoras 3D, empleados en el
proceso de fundición de metales), fabrica carcasas para bombas y turbinas con
un peso de hasta 800 kg. Para ellos, la fabricación convencional de prototipos
requiere entre tres y cuatro meses, desde la fase de diseño hasta la consecución
de la pieza final. Por norma general, pasan de dos a tres meses hasta la
fabricación del modelo de madera y, luego, aún son necesarios algunos días más
para crear el molde de arena. Todo lo contrario que en la impresión 3D, donde
los tiempos de ejecución son notablemente más reducidos. No hay ningún
obstáculo, incluso las formas más complejas, con todo nivel de muescas, se
pueden reproducir con absoluta fidelidad y precisión.
Los materiales con los que podemos realizar la impresión 3D han avanzado más rápido que
la tecnología en sí. Se estima que para el año 2020 el 80% de las piezas fabricadas por
procesos aditivos serán producto final. Un ejemplo de este hecho es la empresa de
construcción de aeronaves EADS que suele usar impresoras 3D para convertir el polvo de
titanio en su producto final con alturas de capa de 20 a 30 micras.
Con la llegada de la impresión 3D al público general, se ha convertido en una tecnología
que revolucione la forma de entender la logística y la producción. Hoy en día existen
plataformas en las que cualquier usuario es capaz de descargarse un archivo y crear
mediante su impresora la pieza que necesite.
Cada vez hay más impresoras 3D en los hogares, rodando cantidades de 500 a 1500 euros,
precio bastante inferior a las impresoras del sector industrial con precios desde 15.000 euros
hasta un millón de euros para el caso de las de titanio más sofisticadas. Según la consultora
Canalys, en 2014 se movieron 3.300 millones de dólares en concepto de máquinas de
impresión 3D, los materiales y soluciones para este tipo de fenómeno.
Para que el mundo de la impresión 3D se adapte y amplíe su rango de aplicación se tendrá
que enfrentar en los próximos años a varios retos. Mejorar el control del proceso es un
aspecto fundamental para con ello incrementar la precisión y la fiabilidad de la pieza
resultante. Imprimir piezas con una tolerancia más ajustada ya que hay trabajos que
requieren de micras de precisión. La obtención de un acabado que permita usar a la pieza
como producto final. Y, por último, uno de los mayores retos a los que se enfrentan es la
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certificación y estandarización de las piezas para que puedan contar con los mejores
estándares de calidad [4].
Fabricación aditiva:
Según se describe en un documento de COTEC [6], la Fabricación Aditiva o Additive
Manufacturing (AM), consiste básicamente en manipular material a escala micrométrica y
depositarlo de forma muy precisa para construir un sólido. Con este tipo de fabricación se
consigue reproducir cualquier geometría, prescindir de los utillajes y la inmediatez en la
respuesta a la demanda cambiante del consumidor, lo que ya significa para muchos una
revolución industrial en la fabricación ya que se pasa a fabricar por deposición controlada
de material, capa a capa, aportando exclusivamente allí donde es necesario, hasta conseguir
la geometría final que se persigue, en lugar de arrancar material (mecanizado,
troquelado…) o conformar con ayuda de utillajes y moldes (fundición, inyección,
plegado…). Los procesos de fabricación de piezas se clasifican de la siguiente forma:
Tecnologías conformativas: utilizan preformas para obtener la geometría
requerida (inyección de plástico y metales, PIM, sinterizado, colada al vacío,
RIM, electroforming…).
Tecnologías sustractivas: obtienen la geometría requerida sustrayendo material
de una geometría mayor (mecanizado, electroerosión, corte por agua, corte por
láser…).
Tecnologías aditivas (AM): obtienen la geometría añadiendo material a partir
de geometría virtual, sin uso de preformas (conformativas) y sin sustraer
material (sustractivas).
Son muy diversas las técnicas de aplicación de AM (como la estereolitografía o el
sinterizado selectivo) que permiten obtener piezas directamente de un archivo CAD 3D,
«imprimiéndolas» de forma totalmente controlada sobre una superficie. Así, se distinguen
dos tipos de estas tecnologías:
Tecnología de prototipado rápido o Rapid Prototyping (RP), si lo que se
pretende fabricar es un prototipo, que se define como una pieza que sirve para
validar o verificar un nuevo diseño, que posteriormente se llevará a producción,
probablemente, con tecnología no aditiva como, por ejemplo, un mecanizado.
Tecnología de fabricación directa o Rapid Manufacturing (RM), cuando se
consigue la pieza final y el producto es plenamente funcional.
Inicialmente muchas de estas tecnologías fueron realizadas para hacer prototipos, y han
evolucionado hacia técnicas de fabricación de productos plenamente funcionales debido al
desarrollo de nuevos materiales de características mejoradas.
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Para hacerse una idea del número y tipo de tecnologías de fabricación rápida se muestra a
continuación una ilustración representativa:
19
Figura 2.1: Esquema de tecnologías rápidas de fabricación clasificadas como aditivas y no
aditivas. [6].
Con sus diferentes denominaciones, tipos y técnicas, las tecnologías AM, hoy en día, aún
no se han implantado de una forma extensa en la industria, en parte porque se deben
resolver algunas limitaciones del propio proceso, porque también es bastante desconocida
para los potenciales usuarios, que no son conscientes de las enormes ventajas que puede
aportar frente a otros procesos, en muchos nichos de mercado.
Ventajas y limitaciones del proceso AM:
Las principales características que distinguen el proceso de fabricación de sólidos por
adición de capas de material (AM) de cualquier otro proceso de fabricación industrial y que
le confieren enormes ventajas competitivas [6]. Se pueden resumir en dos y no encarecen el
proceso:
Complejidad geométrica. Ciertas características son retos que para los métodos
convencionales (sustractivos y conformativos) están resueltos con aproximaciones,
procesos de muy alto coste o por medio de ensamblajes. Sin embargo, para el AM
propiedades como un vaciado interior, formas irregulares o la reproducción de la
naturaleza misma, son propiedades muy poco relevantes a la hora de fabricar una
pieza.
INTRODUCCIÓN
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Personalización. Un gran reto es la personalización de productos que está cerca de
conseguirse gracias a la fabricación aditiva, ya que se pueden fabricar productos sin
penalizar el coste, independientemente de si las piezas tienen que ser iguales o
distintas.
Otras ventajas son la posibilidad de obtener productos ligeros, ergonómicos de que se
adaptan con facilidad a la biomecánica humana, multimateriales, obtención de distintos
mecanismos integrados en una misma pieza, y sean asociadas al proceso de ejecución
como al producto de fabricación. Estas ventajas expuestas, permiten reducir los errores de
montaje y de coste de inversión en utillajes, así como conseguir series de producción que
sean cortas o incluso unitarias.
Por otro lado, existen algunas limitaciones debidas precisamente a que son tecnologías
relativamente nuevas y en desarrollo, y no se han implementado de manera generalizada
en todos los sectores [6].
Coste y disponibilidad de materiales. Se pueden trabajar con materiales tanto
metálicos como no metálicos, pero la gama presente para las técnicas aditivas es
inferior a la disponible en métodos convencionales. Además, el coste del
material por unidad de medida suele ser superior.
Falta de control del proceso de fabricación. No se controlan todos los
parámetros del proceso (especialmente para piezas metálicas).
Acabado superficial y tiempos de fabricación. Estos dos factores están muy
relacionados pues al ser piezas fabricadas por adición, este hecho afecta mucho
a la superficie. Una mejora del acabado superficial pasa por reducir el espesor de
la capa de material, lo cual influye directamente en el tiempo de fabricación
final.
Tamaño limitado de las piezas. Para hacerse una idea, actualmente solo se
pueden conseguir piezas de plástico de hasta 2m y si son metálicas de 50 cm de
lado tomando como referencia un cubo.
No obstante, todas estas limitaciones se presentan como retos para la investigación y el
desarrollo tecnológico e innovación. Actualmente, numerosos equipos de investigación y
empresas abordan estos retos que presenta esta prometedora tecnología.
Tecnologías de impresión 3D:
Los procesos de fabricación aditiva parten todos ellos de un modelo en 3D diseñado por
ordenador que normalmente tiene la extensión STL. Este archivo también puede ser
extraído de un escáner en 3D, lo que favorece la reproducción de piezas. El archivo STL
contiene la información geométrica de la pieza representada en un mallado sencillo. Este
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archivo se imprimirá posteriormente, en capas 2D discretas. En general, se encuentran
diferentes tecnologías para la realización de una pieza mediante impresión 3D.
Proceso ASTM
(Proceso)
Descripción Tecnología
(ejemplo)
Material extrusion
(Extrusion)
Un material es dispensado y
dispuesto sobre una superficie de
manera selectiva a través de un
inyector.
Fused Deposition
Modeling (FDM)
Direct Energy
Deposition (Direct
Energy Deposition)
Una fuente de energía derrite el
material al tiempo que es
depositado.
Electron Beam
Direct
Manufacturing
(EBDM)
Powder Bed Fusion
(Solidification of
Powder)
Una fuente de energía funde
selectivamente regiones de
material en polvo.
Selective Laser
Sintering (SLS)
Binder Jetting
(Solidification of
Powder)
Un agente de unión es
depositado de manera selectiva
para unir el polvo.
3D Printing
VAT Photo-
Polymerization
(Photo-
Polymerization)
Un fotopolímero líquido es
curado gracias a un foco de luz.
Stereolithography
(SLA)
Material Jetting
(Photo-
Polymerization)
Pequeñas gotas de material son
depositadas de manera selectiva.
Polyjet Process
Sheet Lamination
(Sheet Lamination)
Diferentes capas de material se
van depositando en estado
fundido.
Laminated Object
Manufacturing
(LOM)
Tabla 2.1: Categorías de fabricación aditiva definidas por la ASTM. [7].
En la tabla 2.1 se sigue la clasificación ofrecida por la ASTM (American Society for
Testing and Materials) y separaremos las diferentes tecnologías en 7 tipologías diferentes.
Material Extrusión:
En estos procesos el material que está contenido en un depósito es empujado a
través de un inyector para ir depositando capa a capa el material que conformará
la pieza. La consistencia que debe poseer el material que está siendo extruido es
semisólida, para que la impresión salga de una manera efectiva. Por otro lado, el
material debe también solidificar más o menos con cierta velocidad y en
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conjunto con las capas anteriores, para que puedan soportarse las capas
posteriores. De esta manera se consiguen estructuras con mucha más
consistencia (figura 2.2).
La máquina que imprime con esta tecnología debe ser capaz de moverse en el
plano horizontal extruyendo el material al tiempo que es capaz de cortar el flujo
de material. Una vez que la capa está concluida, la estructura se mueve hacia
arriba o baja la base permitiendo la creación de la nueva capa de material.
Figura 2.2: Proceso Material Extrusión. [4].
Hay dos formas en las que se puede realizar este proceso:
Realizar el control del estado del material a través de la temperatura. El
material fundido por la temperatura se extruye a través del inyector,
uniéndose con el material previamente depositado antes de su
endurecimiento. Esta forma es la más común.
Mediante un cambio químico que genere la solidificación. En estos
casos, el proceso común de impresión se completa con una reacción con
el aire, un agente activador del endurecimiento, o simplemente un
proceso de secado que permite la unión de las capas entre sí. Esta
segunda forma de realizar la impresión se emplea comúnmente en casos
en los que se requiere cierta biocompatibilidad.
Directed Energy Deposition:
Esta tecnología se basa en la deposición de material que se funde al tiempo que
es depositado con un láser u otra fuente de energía, por lo que estas máquinas
tienen un funcionamiento similar a las máquinas de deposición fundida. Sin
embargo, en deposición fundida el material se funde en un inyector y en esta
tecnología el polvo se funde a medida que se deposita en la pieza como se
observa en la figura 2.3.
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Figura 2.3: Detalle de un proceso de directed energy deposition. [4].
En el caso de realizar salientes, estas máquinas requieren un material de soporte
o un sistema de 5 ejes que le permita depositar el material en múltiples
direcciones. Dada la complejidad, este tipo de procesos no se emplean
demasiado para la fabricación de una pieza completa, sino que se emplean para
añadir componentes a una pieza ya fabricada o para reparar partes de una pieza
dañada.
Powder Bed Fusion:
Se fabrican piezas mediante la fusión de finas capas de material polimérico o
metálico que superpuestas crean la pieza final. El primer proceso desarrollado
usando esta tecnología fue llevado a cabo por la Universidad de Austin y se
conoce como Sinterizado Láser Selectivo, SLS (Selective Laser Sintering). Este
proceso se usa en múltiples ocasiones para producto final gracias a su alta
eficacia y buen acabado.
El material de partida es polvo, metálico o polimérico, fundido mediante un
láser. Estos sistemas tienen una cámara central donde se crea la pieza y depósitos
de material a ambos lados. Un rodillo extiende una fina capa de material sobre la
zona de trabajo y uno o varios láseres se mueven sobre la superficie con el
patrón necesario para fundir el material. Al igual que con el binder jetting, el
material que no se utiliza, permanece en la cámara para eliminarse más tarde. El
rodillo vuelve a depositar una fina capa de material y los láseres vuelven a crear
el patrón, fundiendo una capa con otra. Este proceso queda esquematizado en la
figura 2.4.
INTRODUCCIÓN
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Figura 2.4: Proceso Powder Bed Fusion. [4].
Una de las ventajas principales es que no es necesario ningún material de soporte
para construir formas complejas, ya que el material que se funde sirve como
soporte. De igual modo, no es necesario ningún proceso de curado posterior.
Una de las principales desventajas es que la pieza final es muy porosa y suele
tener una textura rugosa.
Binder Jetting:
Las máquinas que usan esta tecnología -desarrollada por el MIT en 1990- crean
las piezas mediante la inyección de un agente endurecedor o agente ligante sobre
material en polvo. El material en polvo puede ser metal o un polímero. Este
material se deposita en forma de una fina capa sobre la superficie de trabajo.
Una vez depositada la primera capa de material, la máquina recorre el patrón de
la pieza inyectando el agente endurecedor donde es necesario. Finalizada la
primera capa, se repite el proceso anterior creando más capas. La altura típica de
capa en este tipo de máquinas es de 0,18mm.
Figura 2.5: Proceso de impresión por binder jetting. [4].
Todo el proceso se realiza en una cubeta llena de polvo, por lo que el material
que no ha sido tratado con el agente endurecedor se mantiene inalterado y sirve
de soporte para posteriores capas, como se observa en la figura 2.5. Esto permite
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una mayor libertad a la hora de realizar formas complejas, o sirve de soporte
para la realización de matrices de piezas, maximizando así el uso de volumen de
impresión.
El único material que se añade es el agente endurecedor, lo cual permite que la
velocidad de impresión sea mayor con respecto a otros métodos de fabricación
aditiva que pueden llegar a tener velocidades 10 veces superiores. Otra ventaja
significativa es que la impresión se puede realizar en diferentes colores, con lo
que la gama de piezas que puede crear crece considerablemente.
VAT Photo-polymerization:
Este proceso crea la pieza usando luz curando ciertas partes del fotopolímero que
se encuentra en una cubeta de forma selectiva. El material empleado es un
líquido, resinas curables con radiación o fotopolímeros. Aunque la mayoría de
los fotopolímeros reaccionan a la radiación ultravioleta también se usan
materiales que son sensibles a la luz visible.
En la actualidad, en el mundo industrial se usan máquinas cuya tecnología es
muy elevada y que usa diferentes tipos de radiación como puede ser rayos
gamma, rayos x, haz de electrones o UV.
Figura 2.6: Proceso VAT- Photopolimerization. [4].
El proceso comienza por el curado de la primera capa de material en la zona
superior de la cubeta de resina como se observa en la figura 2.6. Una vez
terminado el proceso de curación de esa capa, la pieza asciende una cantidad,
INTRODUCCIÓN
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denominada altura de capa, y se vuelve a iniciar el proceso de curado. De este
modo, la pieza va emergiendo de una cubeta de material líquido.
Material Jetting:
Esta tecnología es la que está más cercana a la impresión 2D convencional. El
proceso se realiza mediante la deposición de pequeñas gotas de material,
generalmente fotopolímero, por medio de múltiples inyectores y el material se
cura al estar en contacto con luz UV (figura 2.7). Algunos modelos de
impresoras incluyen además del fotopolímero otro material que puede ser
añadido como soporte y después retirado. Dicho material es, a veces, un
polímero soluble en agua y basta con introducir la pieza en agua para retirarlo.
La gama de tipos de material en este tipo de máquinas es muy extensa. Existen
más rígidos, algunos con acabado tipo gomoso, transparentes y con múltiples
colores. El desarrollo de este tipo de materiales ha llevado a la creación de un
tipo de biopolímero compatible con el contacto prolongado con la piel o con
mucosas [4].
Figura 2.7: Proceso Material Jetting. [9].
Para conseguir este tipo de impresiones y rango de materiales, la máquina
dispone de dos materiales base de cuya mezcla se obtiene el material y se
distribuyen las cantidades por sus múltiples inyectores. A este tipo de materiales
se les suele denominar “Materiales Digitales”.
Una de las principales ventajas de esta tecnología es que nos permite hacer un
prototipo de diferentes materiales muy cercano al resultado final en una sola
impresión, como puede ser una rueda de un coche con un material más rígido
para la llanta y un material gomoso para la cubierta.
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Sheet Lamination:
El proceso consiste en la unión de múltiples láminas que han sido previamente
recortadas y que son unidas mediante un agente ligante, el cual es diferente en
función del tipo de material.
Para el caso de láminas de papel o de plástico se usa pegamento. En el caso de
los metales se efectúa una soldadura o unión atornillada. Para uniones de
polímeros también se usa calor [4]. Este proceso queda esquematizado en la
figura 2.8.
Figura 2.8: Proceso Sheet Lamination. [7].
Esta tecnología responde a la creciente demanda de piezas de titanio, piezas
bimetálicas. De igual modo usando estas técnicas se consigue reducir el tiempo
de mecanizado y el tiempo de entrega.
2.2. Tipos de materiales para impresoras 3D:
Uno de los factores que se debe tener en cuenta a la hora de elegir la impresora 3D es el
tipo de material, pues hay impresoras que pueden imprimir en más de un material, sin
embargo, no todos los materiales se pueden usar en todas las impresoras debido a sus
características técnicas, diámetro de filamento, etc.
Figura 2.9: Esquema de tecnologías y materiales. [1]
INTRODUCCIÓN
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El efecto de utilizarlos de forma errónea puede suponer forzar los sistemas físicos de la
impresora, como por ejemplo, calentar el cabezal del extrusor a mayor temperatura de la
que ha sido diseñada, y provocar una avería.
A continuación se detallan los materiales más usados en la impresión en 3D y sus
características [10], [11], [12], [13]:
ABS. Acrilonitrilo Butadieno Estireno (termoplástico). Es uno de los termoplásticos
más usados en la impresión 3D. Es el más barato. Emite gases nocivos al fundirse, por
lo que conviene en esos casos tener la impresora en un lugar bien aireado y/o que ésta
sea cerrada. Es un plástico bastante versátil ya que permite lijarse, el pulido con baño de
acetona y realizar un acabado muy liso. Además se puede pegar con facilidad y es fácil
pintar sobre él.
PLA. Ácido Poliláctico o Poliláctido (termoplástico). Es un plástico procedente de maíz
o patata, lo cual implica que con el paso del tiempo y el efecto de los elementos, pierde
las propiedades iniciales hasta su descomposición en elementos químicos simples,
aunque esto puede tardar más de cien años. Tiene un efecto tóxico muy bajo. Es
biodegradable. Hay una amplia gama de colores en el mercado (opacos y transparentes)
y el acabado es brillante.
Figura 2.10: Ciclo del PLA en la naturaleza. [13]
No necesita plataforma caliente, aunque en raras ocasiones se produce el warping (o
deformación en las primeras capas) durante el proceso de enfriamiento. Permite
impresoras más rápidas. Es idóneo para objetos que no requieran mucha resistencia
(como adornos, no es tan resistente como el ABS) y es más fácil de imprimir que el
ABS.
PVA. Alcohol Polivinilo. Este material tiene excelentes propiedades para formar
películas, como emulsionante y como adhesivo. También es resistente al aceite, grasas y
disolventes. Es inodoro y no tóxico. Además tiene alta resistencia y flexibilidad, pero
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estas propiedades dependen fundamentalmente de la humedad, puesto que es soluble en
agua. El agua, actúa como un plastificante, reduciendo su resistencia a la tracción, pero
aumentando su elongación y resistencia al desgarro. Se suele utilizar para crear
estructuras de apoyo para objetos en PLA y ABS, aunque suele ser caro. Es sencillo
retirar estos soportes con un baño de agua durante unas horas.
PROPIEDAD ABS PLA PVA
Temperatura de fusión 215-250 °C 160-230 °C 180-200 °C
Temperatura
plataforma
90-100 °C
(para prevenir warping)
Temperatura ambiente
hasta 60 °C 50 °C
Biodegradable NO SI NO
Gases nocivos SI NO NO
Densidad 1,05 g/cm3 1,2 - 1,4 g/cm
3 1,19 - 1,31 g/cm
3
Coste por rollo 17,00 € (1kg) 18,95 € (1kg) 36€ (500gr)
Tabla 2.2: Propiedades de los polímeros ABS, PLA y PVA relacionadas con la impresión 3D y con
su eliminación a altas temperaturas.
SOFT PLA. Ácido Poliláctico flexible. Necesita una configuración distinta (diferente
temperatura y una superficie de cristal). Se recomienda la impresión en superficie de
cristal. La temperatura de fusión está comprendida entre 200-220°C. Y la temperatura de
la plataforma, la temperatura ambiente hasta 60 °C. Es biodegradable.
PC. Policarbonato. Material plástico de gran resistencia y durabilidad. Las pruebas para
impresión de bajo coste con este material comenzaron en 2012, y no es fácil de
encontrar, porque los fabricantes de este filamento son escasos todavía y resulta caro.
Se requiere una alta temperatura en el extrusor, aproximadamente de 280-305 ºC, y la
temperatura de la plataforma de 85-95 ºC. No es biodegradable.
HDPE. Polietileno de alta densidad (High Density Polyethylene). La temperatura de
fusión está comprendida entre 225-230 °C. Y la temperatura de la plataforma, la
temperatura ambiente. No es biodegradable.
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Nylon. Fibra sintética de muy diversos usos. Tiene un buen acabado en impresión 3D.
La temperatura de fusión está comprendida entre 240-250 °C. Y la temperatura de la
plataforma, la temperatura ambiente. No se adhiere bien al cristal ni al aluminio, por lo
que se recomienda aplicar en superficie pegamento para PVA. No es biodegradable.
Tiende a encogerse, problemas de curvado, aunque algunas marcas han conseguido
reducir el warping con sus compuestos. Es una alternativa clásica al ABS y PLA, pero
más resistente y flexible, además de natural, poco viscoso y resistente al agua.
Suele absorber fácilmente humedad, por lo que previamente a la impresión, debemos
secarlo en el horno durante 3 o 4 horas.
2.3. Técnicas de moldeo
El conformado por fundición, o por moldeo y colada, o más corrientemente el proceso de
“fundición” de una pieza, está basado en la propiedad que tienen los líquidos de adaptarse a
la forma del recipiente que los contiene. El conjunto de volúmenes que permiten, una vez
rellenados por un metal en estado líquido y tras su solidificación, obtener una pieza con una
forma determinada es lo que se llama “molde”. El molde está formado en el caso más
sencillo por un volumen hueco que reproduce la forma exterior de la pieza, más el canal de
alimentación del metal fundido (bebedero), rodeado por una masa de material, refractario o
no (arena, metal, etc.), cuya misión es soportar los esfuerzos térmicos, mecánicos, físicos y
químicos que se generan al verter en él el metal líquido: gradiente térmico entre el metal
líquido y el material del molde, presión metalostática del metal fundido, abrasión del
material del molde por el metal fundido, reacciones químicas entre el metal y el material del
molde, presión de los gases desprendidos, etc.
El proceso de obtención del molde es conocido por “moldeo”, mientras que el vertido del
metal en el molde se llama “colada”. La obtención de una pieza tras moldeo y colada se
llama “fundición”.
El proceso de obtención del metal líquido, sea cuál sea éste, se conoce por fusión. Para la
fusión de aleaciones férreas se parte de lingotes de hierro, chatarra, ferroaleaciones y
metales puros (Al, Cu, Ni, etc.), así como de retornos de coladas precedentes; en el caso de
aleaciones no férreas se utilizan lingotes de “aleaciones madres” que tienen composiciones
prefijadas, así como también metales puros, retornos, etc.
El proceso de fundición de una pieza conlleva una serie de operaciones que se indican en el
esquema siguiente [2]; en adelante para el estudio del proceso se seguirá el orden allí
indicado.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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Figura 2.11: Diagrama de fabricación de una pieza de fundición. [2]
Desde el punto de vista del moldeo puede hablarse de [14]:
• Moldeo con molde perdido: Se entiende por técnicas de fundición con molde perdido
a aquellas en las cuales el molde únicamente se utiliza una vez. Realizada la colada y
posterior desmoldeo se obtienen las piezas con destrucción del molde.
Los moldes perdidos son muy utilizados debido a su capacidad para adaptarse a piezas
de diferentes tamaños y formas complejas así como su flexibilidad y coste reducido.
Los parámetros más importantes a considerar en los moldes son:
- Resistencia a la compresión y a la flexión. La resistencia es importante desde
el punto de vista de la estabilidad del molde fundamentalmente en el
momento de colada. Debe garantizar que el molde no se rompa, agriete o
resquebraje en su interior puesto que cualquier fisura o desmoronamiento del
molde se va a traducir en un defecto de la pieza.
- El grado de finura de la arena de sílice que va a proporcionar a la superficie
de la pieza un grado de acabado superficial.
- La permeabilidad que va a permitir una mejor o peor salida de gases. El
molde debe presentar también una cierta capacidad para evacuar los gases
INTRODUCCIÓN
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que se generan en la cavidad en el momento de llenado; esto es lo que se
entiende por permeabilidad, de lo contrario el gas atrapado en la cavidad
producirá poros en las piezas.
• Moldeo con molde permanente: Los moldes se componen de dos o más piezas que
permanecen unidas durante la colada y parte del proceso de solidificación que en
algunos casos puede ser de unos segundos, transcurridos los cuales se abren para
expulsar las piezas.
Como su nombre indica, estas partes del molde permanecen y se vuelven a utilizar con
el mantenimiento que cada caso requiera.
En estos moldes pueden realizarse largas series de piezas que estarán en función del
grado de solicitación de los moldes y de las exigencias de precisión dimensional.
Los materiales empleados para la fabricación de los moldes deben cumplir una serie de
características entre las que cabe destacar: buena maquinabilidad, máxima resistencia al
desgaste, elevada resistencia técnica, baja dilatación y buena conductividad térmica. En
general suele utilizarse fundición gris en la fabricación de coquillas y aceros de alta
aleación en la fabricación de moldes de colada a presión.
Un aspecto a tener en cuenta en este tipo de moldes es el del coste económico. Su
fabricación y mantenimiento son muy caros y sólo se justifican en grandes series.
En el caso de moldes perdidos lo habitual es el llamado “moldeo en caja”, en el que un
recipiente metálico contiene la arena que forma el molde. Estas cajas facilitan el proceso de
moldeo aunque supongan un gasto más, no desdeñable a veces, pero contribuyen de forma
sustancial a soportar las presiones metalostáticas que podrían originar la rotura del molde
sin ellas.
Figura 2.12: Caja de moldeo [2]
Para obtener el molde es preciso disponer de una reproducción de la forma exterior de la
pieza, esta reproducción se llama modelo. En el caso de la pieza “a” representada en la
figura 2.13 si se considera sólo la superficie exterior cilíndrica se necesitará un modelo
como el “b”, llamado modelo externo pues sólo permite reproducir la superficie exterior de
la pieza.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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El modelo externo permite obtener en el material de moldeo (usualmente arena) una huella
que es la reproducción en negativo de la superficie exterior de la pieza; ahora bien, si se
quiere obtener la pieza directamente con el agujero pasante se necesitará disponer en dicha
huella una pieza maciza de morfología exterior igual a la del agujero, que evite que el
metal líquido lo rellene. Esta pieza maciza situada en el interior del molde se llama
“macho”, mientras que las zonas del molde sobre las que se asienta el macho se llaman
“porteas”.
Para obtener el macho se necesita un modelo, llamado modelo interno, que en esencia es
similar al modelo externo: lo que en modelos externos es macizo es hueco en los modelos
internos, reproduciendo ambos la superficie exterior de la pieza y el macho,
respectivamente. Los modelos internos son, por tanto, un volumen macizo que rodea a uno
hueco, siendo la forma de éste igual a la del hueco que debe existir en la pieza.
En el caso de la figura 2.13 el volumen macizo es el “c”, llamado caja de machos, mientras
que el volumen hueco es el macho “d”, fabricado en arena, de igual volumen que el
agujero pasante de la pieza fundida “a”. En la figura 2.14 se aprecia el molde que
permitiría obtener dicha pieza.
Figura 2.13: Pieza de fundición a, modelo b, con macho d realizado en la caja de
machos c, de un cilindro hueco. [2]
Figura 2.14: Moldeo de la pieza anterior a punto de cerrar la caja. Obsérvese la
posición del macho. [2]
INTRODUCCIÓN
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Un proceso de molde y modelo perdido es el moldeo con modelo de poliestireno, este
proceso utiliza modelos de poliestireno expandido u otro tipo de polímeros con menos
átomos de carbono en el monómero que el poliestireno, lo que reduce los problemas que en
la fusión del acero puede originar el carbono producido en la combustión del polímero. Los
monómeros actuales incorporan oxígeno en la cadena por lo que se minimiza el residuo de
carbono. Sin embargo, en la fusión de aleaciones de menor temperatura de colada no se
produce la descomposición del polímero en carbono e hidrógeno, de ahí su utilización
mayor en la fundición de aluminio. Los modelos de polímero se suelen recubrir con una
pintura refractaria para mejorar la superficie de las piezas. La aglomeración de la arena
suele hacerse por vibración. Este proceso no presenta limitación en el tamaño de pieza y
pueden realizarse modelos de gran tamaño y formas complicadas por soldadura de trozos
de polímero [2]. En este proyecto, basándonos en este proceso, se ha sustituido el
poliestireno por el termoplástico PLA (Ácido Poliláctico o Poliláctido), obtenido
previamente mediante impresión 3D.
El molde debe cumplir dos características aparentemente contrapuestas que tienen que ver
con los aglomerantes de la arena. Por un lado debe ser lo suficientemente rígido como para
aguantar el flujo del metal por su interior y por otro, lo suficientemente frágil como para
que se fragmente una vez cumplida su función, solidificada la pieza e iniciada la operación
de desmoldeo.
Tipos de aglomerante en el moldeo en arena:
Arena verde:
El término “verde” se refiere al hecho de que el molde contiene humedad al
momento de la colada (no se ha curado). Es una mezcla compactada de arena de
sílice (SiO2) y bentonita (derivado de la arcilla, su función es la de mantener los
granos de arena cohesionados desde el tiempo de conformado del molde por
presión hasta que la pieza haya solidificado) humedecida con agua. (Figura
2.15).
Figura 2.15: Mezcla arena verde.
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Los moldes de arena verde tienen suficiente resistencia en la mayoría de sus
aplicaciones, son los menos costosos, así como buena retractibilidad,
permeabilidad y reutilización. Por consiguiente, son los más ampliamente
usados, sin embargo, la humedad en la arena puede causar defectos en algunas
piezas, dependiendo del metal y de la forma geométrica de la pieza. La
granulometría de la arena no tiene un tamaño único, es necesario que existan
granos grandes, que proporcionan mayor porosidad en el molde aunque peor
calidad en la pieza final, y granos pequeños, que confieren una mejor calidad de
la pieza y peor porosidad del molde. Debe haber un acuerdo entre ambos
tamaños para conseguir un moldeo correcto y una pieza final con las
características deseadas.
Figura 2.16: Representación esquemática del proceso de moldeo mediante arena en
verde. [14]
Arena química:
Se denomina moldeo en arena química porque esta se endurece incorporando
una mezcla de aglomerante químico a base de resinas y catalizador (Figura
2.17). Durante el proceso de endurecimiento se reticulan las moléculas
envolviendo los granos de arena, manteniéndolos de esta forma firmemente
unidos. (Figura 2.18)
Los moldes fabricados con este tipo de arena química endurecida permiten
fundir piezas de mayor tamaño y complejidad, peculiaridad que hace de este un
proceso idóneo para realizar series de producción que requieren un alto nivel de
precisión y, por tanto, mayor valor añadido. La aglomeración química de la
INTRODUCCIÓN
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arena, independientemente de la naturaleza de ésta, desplaza al moldeo en verde
allí donde son más altas las solicitaciones mecánicas, térmicas y abrasivas: altas
presiones metalostáticas, elevadas temperaturas de colada y ataque directo del
caldo sobre zonas concretas del molde. Se comprende que cuando concurren una
o varias de dichas circunstancias (aleaciones de alto punto de fusión, piezas de
paredes estrechas y con gran número de machos, etc.) se impongan, a pesar de
su mayor costo, los moldeos químicos.
Figura 2.17: Mezcla arena química.
Figura 2.18: Resina sintética reticulada. [14]
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3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
3.1. SELECCIÓN FILAMENTO 3D
Para la selección del material utilizado en el modelo se han tenido en cuenta una serie
de aspectos, que son:
El tipo de impresora utilizado, ya que, como se ha visto anteriormente, hay
multitud de materiales y no todas las impresoras pueden trabajar con ciertos
materiales.
La facilidad de impresión.
La facilidad de combustión. La cantidad de escorias, cenizas y residuos
producidos durante la colada debe ser mínima. Además, los humos no deben ser
tóxicos.
La impresora disponible en la Unidad Docente de Siderurgia es modelo Prusa i3
Hephestos de la empresa Moebyus. Esta impresora puede trabajar perfectamente con los
materiales ABS, PVA y PLA.
Para el control de esta impresora y sus parámetros se utiliza el programa llamado
Repetier-Host, con el que se puede variar dichos parámetros, a fin de conseguir la mejor
impresión posible.
Figura 3.1: Impresora 3D Prusa i3 Hephestos con el portátil utilizado.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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Para el manejo de la impresora se tiene una pantalla de información en la que se
muestran ciertas características como la temperatura del extrusor, posición del extrusor,
tiempo de impresión, etc. (figura 3.2)
Figura 3.2: Pantalla principal de información en la impresora 3D.
Estos programas de impresión tienen como entrada un archivo en formato .stl y obtienen
un archivo en formato .gcode que contiene instrucciones de control numérico, que son
las que nos permitirán guiar a la impresora para realizar la pieza. En estos programas se
pueden modificar los parámetros de la impresión, tales como, temperatura, velocidad,
etc.
En concreto, el programa Repetier-Host (figura 3.3), es un programa sencillo, de fácil
manejo y con el que se consigue un buen acabado.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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Figura 3.3: Aspecto del programa Repetier-Host.
En este tipo de impresión se trata de depositar un hilo fundido creando capas en el eje Z,
pero puede ocurrir que según se haya colocado tu pieza en el programa (posición x,y,z),
ésta no apoye totalmente en la superficie plana de la impresora, con lo cual al depositar
el hilo fundido en dicha posición, si no hay capas debajo, el hilo se caerá y es lo que se
conoce como voladizos. Para solucionar el problema de los voladizos se dan tres
opciones:
1) Cambiar la orientación
2) Pendientes mayores de 45 º
3) Soportes
4) Diseñar bien
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Página 36 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
En este proyecto este problema no se ha producido, ya que con el diseño adoptado se
podía obtener un modelo por partes, que posteriormente se unían mediante un soldador.
Se realizó un ensayo con PLA, PVA y ABS para ver su reacción al quemarse. Se
obtuvieron resultados muy claros para la elección del material a utilizar. Parámetros a
tomar en cuenta:
Velocidad en quemarse el material.
Olores producidos durante el proceso.
Gases y humos producidos.
Residuos y cenizas producidas a medida que se va eliminando el material.
El material más lento en quemarse es el PVA. Se eliminó esta opción ya que no
interesaba un material que tardara mucho en quemarse.
El material que provoca un humo negro, olor y escorias sólidas durante el proceso es el
ABS. También se eliminó esta opción, principalmente, por motivos de salud y/o
medioambientales, y además, para evitar el uso de instrumentos cuyo objetivo fuera la
extracción de dichos humos, en definitiva, descartar exceso de humos, hacer más
sencillo el proceso de fundición, sin la aparición de escorias.
El PLA tiene una velocidad de eliminación buena, y no produce escorias ni residuos,
por lo que fue el material elegido para el proyecto.
En las siguientes figuras se puede observar el proceso de quemado de filamentos de 30
mm de longitud de los tres polímeros en cuestión. En cada imagen se va viendo la
evolución de cada uno de estos materiales según transcurría el tiempo. El PLA tardó 15
segundos en eliminarse, el ABS 55 segundos y por último, el PVA 75 segundos.
ABS PLA PVA
Figura 3.4: posición de los tres polímeros en el ensayo.
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Figura 3.5: Ensayo para la elección del polímero.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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Como ya se ha mencionado, el PLA es un material idóneo como materia prima para la
impresión 3D. Una de las características que hacen al PLA único en el mercado es que
el material de partida para el polímero final, el ácido láctico, está fabricado por un
proceso de fermentación con el 100% de los materiales provenientes de recursos
renovables. Además, permite su impresión en impresoras con cama fría y sin necesidad
de controlar las condiciones ambientales del área de impresión, lo que no es posible en
la impresión del ABS.
Como consecuencia de los avances en la fermentación de la glucosa para obtener ácido
láctico, el coste de producción de éste ha experimentado una bajada importante y por
consiguiente, un interés creciente en el polímero.
Un punto negativo del polímero ocurre durante su fase de descomposición biológica. El
PLA emite CO2 y CH4 durante este proceso. Son dos de los gases invernaderos que se
quieren reducir sus emisiones por los comités internacionales. Otro detalle a mencionar
es que aún se necesita de los combustibles fósiles para producir el PLA, aunque estos
fósiles no se usan en el polímero directamente, son necesarios en el proceso de cosecha
de las plantas y la producción química. No obstante, se requiere de entre un 20%-50%
menos de recursos fósiles que si se obtuviera directamente del petróleo. También es
cierto, que la emisión de estos gases no preocupa ya que su balance es nulo: en su
degradación el PLA emite la misma cantidad de dióxido de carbono que el que consume
la planta de la que se obtiene.
Las propiedades del PLA dependen de su procedencia y el proceso a través del que se
creó, es decir, que básicamente depende del fabricante, lo que hace que sus
características técnicas cambien de uno a otro.
Una característica de este material es que se le puede aplicar distintos acabados y
obtener un acabado de gran calidad superficial. Para conseguirlo, basta con introducir la
pieza en un baño de vapor de acetona, y en unas horas, tanto las rugosidades de capa y
desperfectos quedarán completamente alisados.
El filamento por el que se optó para el proyecto fue un rollo de PLA de 1 kg con un
diámetro de 1,75 mm que es el específico para la impresora disponible.
3.2. SELECCIÓN DE MODELOS Y COLADAS
La selección del modelo juega un papel fundamental en el trabajo, tanto por la
geometría como por el tamaño.
Este proyecto se enfoca en piezas relativamente pequeñas, donde la dificultad en que el
polímero se elimine durante la colada es mayor que en piezas grandes, debido a la
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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problemática de la formación de los gases y la evacuación de los mismos. Y como
consecuencia, la no obtención de una pieza con la morfología y dimensiones buscadas.
Por consiguiente, se optó por un modelo con las siguientes características:
De pequeño tamaño, con dimensiones que varían desde 15 mm hasta 30 mm de
lado.
De sección cuadrada, ya que era de interés ver, tras la colada, cómo estaban
definidas las aristas de la pieza a lo largo de la misma, desde la entrada del caldo
hasta el final de la pieza. Si se hubiera optado por una morfología circular, no se
hubiera observado este detalle. (Figura 3.9).
Selección de la longitud y el número de codos. La longitud total es de 270 mm,
repartidos en cuatro segmentos y tres codos. De esta forma se puede estudiar el
comportamiento de la aleación al contacto con el polímero en cada parte del
modelo. El caldo está a una temperatura de 700 °C, y el polímero funde a 200 °C
aproximadamente. Cada codo provoca un cambio de dirección en el caldo,
creando turbulencias, que unidas a los gases generados al eliminarse el polímero,
se obtiene una pieza final de la que se puede analizar la calidad de su piel en
cada tramo de la misma y el porcentaje de llenado.
Figura 3.6: Modelo de PLA usado para el ensayo, modelo M0.
Selección de la posición del sistema de alimentación. Se tomó la decisión de
colocar el bebedero en un extremo del modelo para ver cómo se comportaba el
caldo a lo largo de su recorrido teniendo en cuenta, además, la geometría elegida
con los tramos rectos y codos.
Selección del número de mazarotas y su posición en la pieza. Los ensayos se
han realizado tomando tres tipos de modelos diferentes, dependiendo del número
de mazarotas (Tabla 3.5), de forma que:
M0: equivale a un modelo cerrado, sin ninguna abertura con un
bebedero y una mazarota. (Figura 3.6)
M1: equivale a un modelo con dos aberturas, que corresponden a
un bebedero (sistema de alimentación) y una mazarota situada en
el extremo opuesto a la entrada del material. (Figura 3.7)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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Figura 3.7: Modelo M1 usado para el ensayo.
M3: equivale a un modelo con cuatro aberturas, que corresponden
a un bebedero (sistema de alimentación) y tres mazarotas situadas
dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto a la
entrada de material. (Figura 3.8)
Figura 3.8: Modelo M3 usado para el ensayo.
Modelo de densidad cero, es decir, hueco. Como continuación a un proyecto
anterior, se ha tomado la decisión de realizar los modelos teniendo en cuenta
solamente el espesor del mismo con diferente número de pasadas. (Figura 3.9).
Numero de pasadas en la impresión 3D. Se han considerado dos tipos de
modelos fijándose en el número de capas que se han impreso para cada uno de
ellos en la capa superficial. De forma que hay modelos de tres pasadas y
modelos de dos pasadas. Se ha demostrado que una capa más de polímero afecta
en la eliminación de éste en la colada y por tanto, en la pieza final obtenida. Esos
datos se verán más adelante en el apartado de resultados. (Figura 3.9)
BEBEDERO Y
MAZAROTA
TRES
MAZAROTAS
BEBEDERO
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En la siguiente tabla se contemplan todos los parámetros mencionados:
PIEZA LADO (mm)
COLADA AGLOMERANTE MAZAROTAS VOLUMEN APARENTE
(mm3)
ESPESOR MODELO
PLA (mm)
VOLUMEN REAL
PLÁSTICO (mm
3)
RECORRIDO (mm)
1 15 TRADICIONAL VERDE M0 (1) 60750 0,90 14580 270
2 20 TRADICIONAL VERDE M0 108000 0,90 19440 270
3 15 TRADICIONAL QUÍMICA M0 60750 0,90 14580 270
4 20 TRADICIONAL QUÍMICA M0 108000 0,90 19440 270
5 15 TRADICIONAL VERDE M1(2) 60750 0,90 14580 270
6 20 TRADICIONAL VERDE M1 108000 0,90 19440 270
7 15 TRADICIONAL QUÍMICA M1 60750 0,90 14580 270
8 20 TRADICIONAL QUÍMICA M1 108000 0,90 19440 270
9 15 TRADICIONAL VERDE M0 60750 0,60 9720 270
10 20 TRADICIONAL VERDE M0 108000 0,60 12960 270
11 15 TRADICIONAL QUÍMICA M0 60750 0,60 9720 270
12 20 TRADICIONAL QUÍMICA M0 108000 0,60 12960 270
13 15 TRADICIONAL VERDE M1 60750 0,60 9720 270
14 20 TRADICIONAL VERDE M1 108000 0,60 12960 270
15 15 TRADICIONAL QUÍMICA M1 60750 0,60 9720 270
16 20 TRADICIONAL QUÍMICA M1 108000 0,60 12960 270
17 15 TRADICIONAL VERDE M3(3) 60750 0,60 9720 270
18 20 TRADICIONAL VERDE M3 108000 0,60 12960 270
19 15 TRADICIONAL QUÍMICA M3 60750 0,60 9720 270
20 20 TRADICIONAL QUÍMICA M3 108000 0,60 12960 270
21 25 TRADICIONAL QUÍMICA M1 168750 0,60 16200 270
22 25 TRADICIONAL QUÍMICA M3 168750 0,60 16200 270
23 30 TRADICIONAL QUÍMICA M1 243000 0,60 19440 270
24 30 TRADICIONAL QUÍMICA M3 243000 0,60 19440 270
25 15 LAVADO QUÍMICA M1 60750 0,60 9720 270
26 15 LAVADO QUÍMICA M3 60750 0,60 9720 270
27 18 LAVADO QUÍMICA M1 87480 0,60 11664 270
28 20 LAVADO VERDE M1 108000 0,60 12960 270
29 20 LAVADO QUÍMICA M1 108000 0,60 12960 270
(1) Modelo cerrado con una mazarota
(2) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
(3) Modelo abierto con un bebedero y tres mazarotas (dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto a la entrada de material)
Tabla 3.1: Número de modelos con sus datos para la fundición.
El Volumen real de plástico se calcula multiplicando de la siguiente forma:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 = 4 · 𝐿𝑎𝑑𝑜 · 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 · 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟
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Para el modelo 1 será
V = 4·15mm·270 mm · 0,90 mm; V= 14580 mm3
De igual forma se opera para el resto de modelos.
Figura 3.9: Bloque de 3 pasadas o capas.
La figura 3.10 muestra un modelo acotado en 2D realizado mediante el
programa de dibujo AutoCAD2013.
Figura 3.10: Dimensiones del modelo de 20x20mm, en 2D realizado con AutoCAD.
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3.3. OBTENCIÓN DE PIEZAS
3.3.1. FABRICACIÓN DEL MODELO
Para la fabricación del modelo se hicieron piezas de 1, 2 y 3 capas, con el objetivo
de conocer el valor mínimo de capas para el cuál el modelo era estable y resistía el
peso de la arena sin que se produjeran aberturas ni orificios con la consecuente
entrada de arena antes de la colada, lo que daría lugar a una pieza final que no
cumpliría con las características deseadas referidas a sus dimensiones y a la calidad
de la piel.
Para el modelo de 1 capa se esperaba que fuera inestable, y así fue, se colapsó y se
produjeron orificios en el modelo, por lo tanto se desechó esta opción.
En el modelo de 2 capas, cabía la posibilidad de una posible inestabilidad,
finalmente se comprobó que funcionaba bien, con una buena estanqueidad.
Del modelo de 3 capas se obtuvo estabilidad y estanqueidad.
Por tanto, los modelos con los que se ensayó fueron de 2 y 3 capas.
Una vez seleccionada la geometría del modelo y sus dimensiones, se llevan los
valores al programa Repetier-Host. Con este programa de impresión la impresora
podrá realizar la pieza deseada. (Figura 3.11).
En este proceso se extruye un filamento de PLA a través de un inyector y se
deposita capa a capa para formar el modelo utilizado en el proceso de fundición.
Para obtener un modelo con la menor cantidad de material se configura la impresión
en un nº de capas mínimo (en este proyecto son 2 capas) capaz de aguantar la
presión de las arenas de moldeo y una densidad cero para obtener simplemente la
piel externa del modelo.
La cantidad de PLA en el modelo dependerá de su relación de aspecto de la pieza y
del espesor de la piel. La relación de aspecto se considera el cociente del Volumen
del modelo entre el Área. Este volumen es el real, y dependerá del espesor de la
piel, es decir, del número de capas impresas. Por lo que el volumen real, y por tanto
la densidad del PLA en el modelo variarán en función del número de capas. (Tabla
3.2).
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PIEZA LADO (mm)
VOLUMEN APARENTE
(mm3)
ESPESOR MODELO PLA
(mm)
VOLUMEN REAL
PLÁSTICO (mm3)
MASA DEL MODELO DE PLA
(g)
DENSIDAD DEL PLA EN EL
MODELO (g/cm3)
1 15 60750 0,90 14580 24,50 1,6804
2 20 108000 0,90 19440 32,30 1,6615
3 15 60750 0,90 14580 24,80 1,7010
4 20 108000 0,90 19440 31,50 1,6204
5 15 60750 0,90 14580 25,00 1,7147
6 20 108000 0,90 19440 33,60 1,7284
7 15 60750 0,90 14580 24,20 1,6598
8 20 108000 0,90 19440 33,30 1,7130
9 15 60750 0,60 9720 16,30 1,6770
10 20 108000 0,60 12960 22,20 1,7130
11 15 60750 0,60 9720 15,90 1,6358
12 20 108000 0,60 12960 21,80 1,6821
13 15 60750 0,60 9720 15,90 1,6358
14 20 108000 0,60 12960 22,00 1,6975
15 15 60750 0,60 9720 16,00 1,6461
16 20 108000 0,60 12960 22,30 1,7207
17 15 60750 0,60 9720 15,80 1,6255
18 20 108000 0,60 12960 22,00 1,6975
19 15 60750 0,60 9720 15,60 1,6049
20 20 108000 0,60 12960 21,90 1,6898
21 25 168750 0,60 16200 26,70 1,6481
22 25 168750 0,60 16200 26,00 1,6049
23 30 243000 0,60 19440 30,30 1,5586
24 30 243000 0,60 19440 30,90 1,5895
25 15 60750 0,60 9720 14,00 1,4403
26 15 60750 0,60 9720 13,90 1,4300
27 18 87480 0,60 11664 17,90 1,5346
28 20 108000 0,60 12960 21,00 1,6204
29 20 108000 0,60 12960 21,20 1,6358
Tabla 3.2: Valores característicos de los modelos de PLA.
La densidad del PLA se obtiene dividiendo la masa del modelo de PLA entre el
Volumen real de plástico en el modelo, es decir:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑃𝐿𝐴 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝐿𝐴
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜
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Figura 3.11: Impresora 3D Prusa i3 Hephestos (Moebyus).
La geometría elegida es una espiral recta de sección cuadrada, con tres codos, en la
que se ha ido variando su tamaño. (Figura 3.6). (Tabla 3.2).
Mediante la impresora en 3D, dando los valores deseados al programa Repetier-
Host, se obtienen las piezas de PLA con las que vamos a obtener el modelo.
Para obtener el modelo, se optó en un primer momento por hacer bloques de piezas
de una determinada sección para posteriormente cortarlas y unirlas mediante una
sierra y un soldador de estaño (Figura 3.12) hasta conseguir la geometría deseada.
Además de los bloques se imprimieron las tapas del modelo (Figura 3.13).
Esta opción se realizó para la obtención de las piezas 1 hasta la 20, inclusive.
Figura 3.12: Sierra y soldador de estaño.
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Figura 3.13: Bloques obtenidos por impresión 3D, y modelo resultante.
Para optimizar la fabricación de los modelos se tomó la decisión de variar los
bloques de piezas. Dando distintos valores al programa se obtuvieron, en dos
impresiones distintas, la geometría deseada en dos mitades, la parte inferior y la
parte superior (Figura 3.14). Mediante estas dos partes, haciendo simplemente una
unión con la soldadora, se conseguía el modelo sin tener que cortar ni medir las
distancias. Esta opción se realizó para para las piezas 21 hasta 29.
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Figura 3.14: Bloques obtenidos por impresión 3D, y modelo resultante.
Una vez terminados los modelos de PLA, se pesan, se toman los datos, se
comprueban las medidas y se identifican en función del tipo de moldeo en arena que
van a tener. Se calcula el área y volumen de las mismas, que habrá que recalcular
según modifiquemos las secciones del modelo (Tablas 3.1 y 3.2).
Tras la obtención de los modelos, se inicia el proceso de fundición con el moldeo en
arena verde y en arena química, los dos aglomerantes utilizados en este proyecto.
3.3.2. MOLDEO EN VERDE
Para este proceso, se optó por el uso de una caja de moldeo compuesta de dos
mitades, también llamada metalera, (figura 3.15) en la que se incorporaron los
modelos de PLA.
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Figura 3.15: Caja de moldeo.
El procedimiento es el siguiente:
En la maquina mezcladora o molino (Figura 3.16) se introduce arena de sílice
que puede ser nueva o recuperada, como elemento aglomerante se añade
bentonita (arcilla muy fina), durante el mezclado de los dos materiales se añade
agua hasta conseguir la mezcla con la plasticidad deseada.
Figura 3.16: Mezcladora de arena verde.
Si la arena es recuperada, la adición de bentonita es menor, ya que gran parte de
la empleada en las coladas anteriores se recupera también (Figura 3.17).
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Figura 3.17: Mezcla arena verde preparada para el moldeo.
Para el proceso de moldeo se sitúa en una de las mitades de la caja metalera los
modelos, el primer vertido de arena con el molde se realiza cribando la arena por
un tamiz de grano fino con el fin de obtener un contacto lo más fino posible y
obtener así una pieza con mejor superficie de acabado, una vez cubierto el
modelo se rellena con la misma arena sin tamizar, durante todo el proceso se va
compactando la arena con elementos manuales o mecánicos (pisón neumático)
dándole la dureza necesaria para contener el caldo en el momento de la colada.
Realizado este proceso se voltea la mitad de caja dejándose a la vista los
modelos en su posición definitiva (Figura 3.18), se sitúa la otra mitad de caja
con sus respectivas guías para evitar que esta se desplace, sobre los moldes se
posicionan los bebederos y mazarotas (estos pueden ser de cualquier material,
optándose por unos de PVC en esta ocasión). (Figura 3.18).
Figura 3.18: molde inferior y bebederos.
Como nota, todos los bebederos son removibles, los canales de alimentación no
pueden estar obstruidos por ningún elemento. No se imprimen las
alimentaciones, que son sustituidas por bebederos extraíbles para no aumentar el
volumen de plástico a eliminar en el momento de colada, el cual por pruebas
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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realizadas con anterioridad se descartó por el volumen de gases que generaba
impidiendo un llenado de pieza
Para la otra mitad de caja se rellena de arena, se presiona, y de forma
intermitente se van realizando ambas acciones hasta que se llega a la zona
superior de la caja. Tras esto, se extraen los bebederos, haciendo, en el que va a
ser el sistema de alimentación, un abocardamiento para facilitar la caída del
caldo con el objeto de disminuir las posibles turbulencias ocasionadas en el
proceso de colada. (Figura 3.19)
Figura 3.19: moldeo en arena verde.
En el caso de los modelos con aberturas de entrada y salida, para asegurar que no
ha entrado arena, se separan las dos partes de la caja de moldeo, y se sopla a
presión por dichos agujeros. Una vez realizado, se vuelven a unir las dos mitades
de la caja teniendo el moldeo preparado para la colada. Para indicar cuál es el
agujero que corresponde al sistema de alimentación se echan polvos de talco en
la superficie, evitando así posibles confusiones.
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3.3.3. MOLDEO EN ARENA QUÍMICA
Como en el moldeo en arena verde, se utiliza una caja de moldeo compuesta de dos
mitades (figura 3.15).
El procedimiento es el siguiente:
Se inicia con la mezcla de la arena, el catalizador y la resina en el molino
mezclador (figura 3.20). Los porcentajes del catalizador variarán dependiendo de
la temperatura de la sala, y siempre según las recomendaciones del fabricante.
Figura 3.20: máquina mezcladora para moldeo en arena química.
Como en el caso del moldeo en arena verde, el proceso se inicia colocando los
modelos en la caja inferior boca abajo. Se echa la arena, y se espera a que se
produzca la reacción, endureciendo la mezcla. Posteriormente se gira, quedando
los modelos en la zona superior de la caja inferior. En este caso no es necesario
aplicar una gran presión sobre la arena para que se compacte (como ocurre con
el moldeo en arena verde), ya que la reacción es sí misma lo produce. Cuando la
arena ha quedado endurecida por la reacción, cambia de color, siendo el
indicador de que el molde está listo para proceder a su manejo.
Figura 3.21: moldeo en arena química.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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A continuación se coloca el molde superior, que se une al molde inferior por los
extremos con dos barras. Se colocan los bebederos removibles, de igual forma
que para el moldeo en arena verde, donde estarán situados los sistemas de
alimentación y salida de gases. Se vuelve a echar le arena química hasta llegar a
la zona superior de la caja (Figura 3.21). De nuevo se espera a que se produzca
la reacción y endurezca la arena para poder retirar los bebederos. Se realiza el
abocardamiento para facilitar la caída del caldo.
Figura 3.22: moldeo en arena química, preparada para la colada.
En el caso de los modelos con aberturas de entrada y salida, para asegurar que no
ha entrado arena, se separan las dos partes de la caja de moldeo, y se sopla
mediante aire a presión, eliminando la arena que pudiera haber quedado dentro
del modelo. Una vez realizado, se vuelven a unir las dos mitades de la caja
teniendo el moldeo preparado para la colada (Figura 3.22). Como sugerencia, se
pueden echar polvos de talco para indicar cuál es el agujero que corresponde al
sistema de alimentación.
CONDUCTO DEL
SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN
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3.3.4. COLADA TRADICIONAL
Tras esta primera parte, comienza la preparación para la colada. Se realiza la carga
del material a fundir en el horno de inducción habilitado para este proyecto en el
laboratorio de fundición, el material seleccionado son lingotes de la aleación de
aluminio Al-12%Si (Figura 3.23)
Figura 3.23: Horno de inducción con los lingotes de la aleación Al-12%Si.
Una vez comprobado que la temperatura del caldo en el horno de inducción es la
correcta mediante un termómetro y nos encontramos en la temperatura adecuada de
punto de colada (Figura 3.24), se vierte dicho caldo a una cuchara, que previamente
ha sido calentada con el fin de que el paso del caldo, del horno al molde, no pierda
temperatura y se obtenga una colada correcta (Figura 3.25). A continuación se
procede al volcado del caldo desde la cuchara al molde. Se espera a que el aluminio
fundido solidifique y se desmolda. (Figura 3.26)
Figuras 3.24: Termómetro para tomar la temperatura del caldo de la aleación
en el horno de inducción.
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Figuras 3.25: Calentamiento de la cuchara y vertido del caldo a ésta.
Figura 3.26: Colada tradicional.
El desmoldeo se realiza una vez trascurrido el tiempo de enfriamiento necesario
para el material en cuestión (1-2h). Para la arena verde se realiza golpeando
ligeramente ésta, obteniendo las piezas fundidas de forma fácil. En el caso de la
arena química, al aglomerar por reacción química, es necesario para que el
desmoldeo golpear fuertemente sobre ella, auxiliándose con elementos o diferentes
herramientas para sacar la pieza (Figura 3.27).
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Figura 3.27: Desmoldeo en arena verde y arena química respectivamente.
Se puede observar en un primer momento con las arenas, si el PLA se ha quemado o
aparecen restos de éste rodeando a las piezas fundidas y pegadas a las arenas. Un
ejemplo puede verse en la figura 3.28.
Figura 3.28: Restos de PLA en la arena química.
Una vez obtenidas las piezas, se eliminan los bebederos y se identifican de nuevo.
A las piezas ya identificadas se las hace una primera inspección visual de la forma,
geometría, aspecto superficial, color de la piel, y la eliminación del PLA. Se pesan,
se toman los datos y se calcula el porcentaje de pieza fundida obtenida.
RESTOS DE PLA EN
LA ARENA QUÍMICA
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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Figura 3.29: Pieza obtenida tras la fundición en arena verde con los bebederos tras la
colada tradicional.
3.3.5. COLADA DE LAVADO
En este tipo de colada, el caldo se va a verter de manera continua hasta que los gases
producidos en el interior durante el proceso, evacúen, de forma que el objetivo de
esta colada es eliminar los gases y obtener la pieza fundida libre de éstos y de
cualquier defecto que pudieran ocasionar al quedarse en el interior durante la
solidificación.
Al igual que en la colada tradicional, los lingotes de la aleación Al-12%Si se
introducen en el horno de inducción hasta llegar a la temperatura de colada. (Figura
3.23)
Cuando en el horno se llega a la temperatura de colada adecuada (se comprueba con
un termómetro) se vierte el caldo a la cuchara, que previamente ha sido calentada
para que en el paso del horno al molde no baje la temperatura, clave para que el
proceso se realice correctamente (Figuras 3.24 y 3.25).
A continuación se vierte el caldo desde la cuchara al molde, y a diferencia de la
colada tradicional, no se termina hasta después de que los gases se hayan evacuado,
eso se comprueba observando las mazarotas durante el proceso, viendo como el
material sale de forma continua sin salir ningún gas o burbuja.
En esta colada, debido al proceso de lavado se necesita más material de dicha
aleación que con la colada tradicional, las pérdidas de material en este proceso no
son preocupantes ya que todo el material sobrante es recogido en un receptáculo
situado en el molde y refundido en otras ocasiones.
Una vez que ha solidificado se desmoldea y se obtienen las piezas con sus
bebederos. (Figura 3.30).
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Figura 3.30: Pieza obtenida tras la fundición en arena química con los bebederos y la
capa de la aleación que se ha solidificado en la parte superior del molde tras la colada
de lavado.
Estos bebederos deben de tener en el conducto de entrada un rechupe y en el de
salida el material de la aleación, se comprueba que así ha sido en todos los casos.
(Figura 3.31)
Figura 3.31: Rechupe a la entrada y material de la aleación a la salida.
Se cortan estos conductos, se pesan las piezas, y se realiza una primera inspección
visual de la piel, acabado superficial, y definición de aristas, diferenciando los
resultados obtenidos entre los dos tipos de moldeo (en arena verde y arena química),
si los hubiera.
RECHUPE EN EL SISTEMA DE
ALIMENTACIÓN
MATERIAL DE LA ALEACIÓN EN
LA MAZAROTA
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3.3.6. BEBEDEROS Y MAZAROTAS
Tras el desmoldeo, se eliminan los bebederos y mazarotas, observando en el interior
de éstos, la altura a la que ha llegado el caldo, la forma de éste, debido a los gases
producidos y las posibles bolsas o burbujas originadas, etc. Se pueden apreciar en la
figura 3.32.
Figura 3.32: Aspecto interior de los bebederos tras la colada.
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3.3.7. LIMPIEZA DE LA PIEZA FINAL
Una vez se tiene la pieza fundida, sin bebederos ni mazarotas, se puede hacer una
limpieza mediante la Chorreadora de Arena (Figura 3.33), consiguiendo eliminar la
arena incrustada y los restos del polímero.
Figura 3.33: Chorreadora de arena.
Para dar un brillo a la pieza se pasa ésta por la Grata (Figura 3.34), dándole un
aspecto bueno.
Figura 3.34: Grata.
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3.4. OBTENCIÓN DE DATOS
3.4.1. FACTOR DE LLENADO
Una vez obtenida la pieza, el siguiente paso es conocer el porcentaje de llenado de
la aleación.
Primero se debe saber la masa real de la pieza, para ello, tras haber eliminado los
bebederos y mazarotas, y limpiado la pieza, eliminando los posibles restos
adheridos de arena y polímero, se pesa la pieza resultante en la balanza del
laboratorio de La Unidad Docente de Siderurgia (figura 3.35), se toman los datos,
realizando la operación dos veces por pieza para confirmar el valor exacto de su
peso.
Figura 3.35: Balanza utilizada para la medida de la masa de las piezas obtenidas.
Se debe conocer la densidad del aluminio, que es 2,7 g/cm3.
A continuación se calcula para cada tamaño su volumen, y se halla la masa teórica
para esa sección mediante la fórmula:
𝜌 =𝑚
𝑉 𝑚 = 𝑉. 𝜌
Una vez se tiene estos valores, se divide la masa real de la pieza fundida entre la
masa teórica calculada, obteniendo así el porcentaje de llenado de la pieza final:
% 𝐿𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎· 100
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3.4.2. CALIDAD SUPERFICIAL
Otro factor importante de estudio en este proyecto es la calidad de la piel, para ello,
analizamos todas las superficies de cada pieza y sus aristas.
El Patrón de Superficies (Anexo I) se ha generado tras la obtención de todas las
piezas. Se ha ido observando una a una sus superficies, evaluando como se había
producido la solidificación, es decir, algunas superficies habían solidificado con el
molde (es el proceso correcto), otras al aire (llenado incompleto), ya que el caldo no
había llegado a la parte superior del modelo, también ha habido solidificación con el
polímero PLA, quedando incrustado éste en la pieza final (proceso indeseable).
De esta forma, se han obtenido algunas piezas que no han conseguido llegar a la
sección y/o geometría buscada, teniendo una calidad de la piel en las superficies
laterales y superior mala, con rugosidades en forma de aguas y en la dirección del
caldo durante su solidificación.
También hay piezas en las que el PLA se ha quedado adherido a su superficie,
haciendo que ésta no pueda ser evaluable positivamente.
Por tanto, para construir el patrón de superficies se han tomado como valor 0 y 5,
los extremos, la peor y la mejor superficie, respectivamente. Para los valores
intermedios se han ido comparando todas las superficies hasta conseguir las
superficies que se creyeron adecuadas para esos valores de calidad.
Para el proceso de obtención del Patrón de Aristas (Anexo II), se ha operado de la
misma forma que para el patrón de superficies.
Hay que hacer una diferenciación entre aristas en la zona superior y en la zona
inferior, entre aristas situadas cerca y lejos del bebedero, y las esquinas. Las aristas
inferiores de la pieza, en general, están más definidas que las superiores, en parte
porque el caldo se sitúa en la zona inferior por gravedad y solidifica con el molde,
tomando la forma del modelo. Las aristas superiores se han formado en función de
cómo se ha producido la colada y si el caldo ha solidificado al aire. Las aristas que
se encuentran más cerca del sistema de alimentación también han tenido una mejor
definición, así como las esquinas de la pieza, más precisas aquellas que están
situadas más cerca del bebedero (y con forma de acuerdo según se aleja de la
entrada del material.)
El patrón de aristas se ha elaborado tomando en cuenta todas estas observaciones, y
como en el caso del patrón de superficies, se han considerado como valor 0 y 5 la
peor y mejor arista, respectivamente, y para los demás valores de la escala se han
elegido aquellas aristas con calidades intermedias.
Con los patrones de superficies y aristas elaborados, se puede establecer una ficha
de calidad para cada pieza obtenida en el proceso de colada (Anexo III).
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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Se han valorado estos grados de calidad de 0 a 5 de la siguiente forma:
GRADOS CALIDAD DE LA PIEL
0 MUY MALA
1 MALA
2 REGULAR
3 ACEPTABLE
4 BUENA
5 MUY BUENA
Tabla 3.3: Escala de valores para evaluar la calidad de la piel.
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4. RESULTADOS
4.1. MEDIDAS EXPERIMENTALES
4.1.1. FACTOR DE LLENADO
Para conocer el factor de llenado de cada pieza, como hemos visto en el apartado
anterior, calculamos primero la masa teórica para cada tamaño de pieza.
Obteniendo estos valores:
𝜌 =𝑚
𝑉 𝑚 = 𝑉. 𝜌
A continuación se calcula el porcentaje de llenado mediante el cociente de la masa
real obtenida tras pesar la pieza tras la colada (después de haber eliminado los
bebederos y mazarotas) y la masa teórica calculada.
% 𝐿𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 ·100
En las tablas 4.1 y 4.2 quedan reflejados todos los datos obtenidos respecto al
porcentaje de llenado de cada pieza de la colada tradicional:
NU
MER
O D
E P
ASA
DA
S
(1)
NU
MER
O D
E P
IEZA
CO
LAD
A M
0
(2)
CO
LAD
A M
1
(3)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
20
x20
VO
LUM
EN T
EÓR
ICO
(cm
3 )
DEN
SID
AD
ALU
MIN
IO
(g/c
m3 )
MA
SA T
EÓR
ICA
(g)
m=V
.ρ
MA
SA R
EAL
(g)
% L
LEN
AD
O
MA
SA M
OD
ELO
PLA
3 PIEZA 1 60,75 2,7 164,03 49,0 29,87 24,5
PIEZA 2 108,00 2,7 291,60 254,3 87,21 32,3
PIEZA 3 60,75 2,7 164,03 42,3 25,79 24,8
PIEZA 4 108,00 2,7 291,60 92,6 31,76 31,5
PIEZA 5 60,75 2,7 164,03 70,2 42,80 25,0
PIEZA 6 108,00 2,7 291,60 154,3 52,91 33,6
PIEZA 7 60,75 2,7 164,03 94,9 57,86 24,2
PIEZA 8 108,00 2,7 291,60 157,8 54,12 33,3
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo cerrado con una mazarota
(3) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
Tabla 4.1: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 3 capas en la
colada tradicional.
RESULTADOS
Página 64 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
NU
MER
O D
E P
ASA
DA
S
(1)
NU
MER
O D
E P
IEZA
CO
LAD
A M
0
(2)
CO
LAD
A M
1
(3)
CO
LAD
A M
3
(4)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
20
x20
25
x25
30
x30
VO
LUM
EN T
EÓR
ICO
(cm
3 )
DEN
SID
AD
ALU
MIN
IO
(g/c
m3 )
MA
SA T
EÓR
ICA
(g)
m=V
.ρ
MA
SA R
EAL
(g)
% L
LEN
AD
O
MA
SA M
OD
ELO
PLA
2 PIEZA 9 60,75 2,7 164,03 88,9 54,20 16,3
PIEZA 10 108,00 2,7 291,60 151,8 52,06 22,2
PIEZA 11 60,75 2,7 164,03 110,4 67,31 15,9
PIEZA 12 108,00 2,7 291,60 158,7 54,42 21,8
PIEZA 13 60,75 2,7 164,03 137,3 83,71 15,9
PIEZA 14 108,00 2,7 291,60 170,4 58,44 22,0
PIEZA 15 60,75 2,7 164,03 94,9 57,86 16,0
PIEZA 16 108,00 2,7 291,60 157,6 54,05 22,3
PIEZA 17 60,75 2,7 164,03 139,9 85,29 15,8
PIEZA 18 108,00 2,7 291,60 208,2 71,40 22,0
PIEZA 19 60,75 2,7 164,03 120,4 73,40 15,6
PIEZA 20 108,00 2,7 291,60 223,8 76,75 21,9
PIEZA 21 168,75 2,7 455,63 393,0 86,26 26,7
PIEZA 22 168,75 2,7 455,63 397,3 87,20 26,0
PIEZA 23 243,00 2,7 656,10 487,1 74,24 30,3
PIEZA 24 243,00 2,7 656,10 597,8 91,11 30,9
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo cerrado con una mazarota
(3) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
(4) Modelo abierto con un bebedero y tres mazarotas (dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto a la entrada de material)
Tabla 4.2: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 2 capas en la
colada tradicional.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 65 de 184
La tabla 4.3 muestra los datos obtenidos respecto al porcentaje de llenado de la
pieza de la colada de lavado:
NU
MER
O D
E P
ASA
DA
S
(1)
NÚ
MER
O D
E P
IEZA
LAV
AD
O T
IPO
M1
(2)
LAV
AD
O T
IPO
M3
(3)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
18
x18
20
x20
VO
LUM
EN T
EÓR
ICO
(cm
3 )
DEN
SID
AD
ALU
MIN
IO
(g/c
m3 )
MA
SA T
EÓR
ICA
(g)
m=V
.ρ
MA
SA R
EAL
(g)
% L
LEN
AD
O
MA
SA M
OD
ELO
PLA
2 PIEZA 25 60,75 2,7 164,03 158,0 96,33 14,0
PIEZA 26 60,75 2,7 164,03 150,7 91,88 13,9
PIEZA 27 87,48 2,7 236,20 218,4 92,47 17,9
PIEZA 28 108,00 2,7 291,60 286,1 98,11 21,0
PIEZA 29 108,00 2,7 291,60 287,6 98,63 21,2
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
(3) Modelo abierto con un bebedero y tres mazarotas (dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto a la entrada de material)
Tabla 4.3: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 2 capas en la
colada de lavado.
La tabla 4.4 muestra las imágenes del modelo PLA, de la pieza tras la colada y la pieza
final (sin bebederos ni mazarotas) de todas las piezas obtenidas:
PIEZA MODELO PLA PIEZA RESULTANTE PIEZA FINAL
PIEZA 1
PIEZA 2
PIEZA 3
PIEZA 4
RESULTADOS
Página 66 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
PIEZA 5
PIEZA 6
PIEZA 7
PIEZA 8
PIEZA 9
PIEZA 10
PIEZA 11
PIEZA 12
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PIEZA 13
PIEZA 14
PIEZA 15
PIEZA 16
PIEZA 17
PIEZA 18
PIEZA 19
PIEZA 20
RESULTADOS
Página 68 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
PIEZA 21
PIEZA 22
PIEZA 23
PIEZA 24
PIEZA 25
PIEZA 26
PIEZA 27
PIEZA 28
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PIEZA 29
Tabla 4.4: Modelos, piezas resultantes tras la colada y piezas finales.
4.1.2. CALIDAD SUPERFICIAL
La calidad superficial es un parámetro subjetivo en el que se requiere de una regla
de medida o de un indicador donde poder reflejar los distintos grados de calidad.
Para ello, en este proyecto se han creado dos fichas llamadas Patrón de Superficies
(Anexo I) y Patrón de Aristas (Anexo II), las cuales han servido para poder valorar
las piezas obtenidas por el proceso de moldeo.
Estas fichas constan de una serie de imágenes que corresponden a un valor en la
escala de calidad de las superficies y de las aristas. Esta escala empieza en 0, siendo
ésta la peor valoración y termina en 5, con la mejor valoración.
Cada pieza tiene una ficha de calidad, que puede consultarse en el Anexo III:
Análisis de las piezas obtenidas.
Las tablas 4.5, 4.6 y 4.7 muestran un resumen de las valoraciones que se han dado a
las superficies laterales, superiores e inferiores, y a las aristas de las 29 piezas
obtenidas.
Para la colada tradicional:
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo cerrado con una mazarota
(3) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material.
Tabla 4.5: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada
tradicional a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 3 capas en su
superficie.
NU
MER
O D
E
PA
SAD
AS
(1)
NU
MER
O D
E
PIE
ZA
CO
LAD
A M
0
(2)
CO
LAD
A M
1
(3)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
20
x20
ZON
A S
UP
ERIO
R
ZON
A L
ATE
RA
L
ZON
A IN
FER
IOR
AR
IST
AS
DEF
INID
AS
3 PIEZA 1
0,00 0,00 0,00 0,00
PIEZA 2
0,00 0,00 0,00 0,00
PIEZA 3
0,00 0,00 0,00 0,00
PIEZA 4
0,50 0,00 0,50 0,00
PIEZA 5
0,00 0,00 0,50 0,00
PIEZA 6
0,50 0,00 1,00 0,50
PIEZA 7
0,00 0,00 0,25 0,00
PIEZA 8
0,00 0,00 0,50 0,00
RESULTADOS
Página 70 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
NU
MER
O D
E
PA
SAD
AS
(1)
NU
MER
O D
E
PIE
ZA
CO
LAD
A M
0
(2)
CO
LAD
A M
1
(3)
CO
LAD
A M
3
(4)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
20
x20
25
x25
30
x30
ZON
A S
UP
ERIO
R
ZON
A L
ATE
RA
L
ZON
A IN
FER
IOR
AR
IST
AS
DEF
INID
AS
2 PIEZA 9 0,00 0,00 1,00 0,00
PIEZA 10 0,50 0,00 1,50 0,00
PIEZA 11 0,50 0,50 1,50 0,50
PIEZA 12 0,50 0,50 2,00 0,50
PIEZA 13 1,00 1,00 1,00 1,00
PIEZA 14 1,00 0,75 1,00 0,75
PIEZA 15 1,00 0,00 1,00 0,00
PIEZA 16 1,50 1,50 1,25 1,00
PIEZA 17 0,50 0,50 1,00 0,00
PIEZA 18 0,50 0,50 0,50 0,50
PIEZA 19 0.7 0,50 0,50 0,50
PIEZA 20 1,75 1,00 0,75 0,75
PIEZA 21 2,50 3,50 4,00 3,50
PIEZA 22 3,00 3,75 4,50 3,00
PIEZA 23 2,50 4,00 2,50 3,50
PIEZA 24 3,50 3,25 4,00 3,50
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo cerrado con una mazarota
(3) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
(4) Modelo abierto con un bebedero y tres mazarotas (dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto a la
entrada de material)
Tabla 4.6: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada
tradicional a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 2 capas en su superficie.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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Para la colada de lavado:
NU
MER
O D
E
PA
SAD
AS
(1)
NÚ
MER
O D
E
PIE
ZA
LAV
AD
O T
IPO
M1
(2)
LAV
AD
O T
IPO
M3
(3)
AR
ENA
VER
DE
AR
ENA
QU
ÍMIC
A
15
x15
18
x18
20
x20
ZON
A S
UP
ERIO
R
ZON
A L
ATE
RA
L
ZON
A IN
FER
IOR
AR
IST
AS
DEF
INID
AS
2 PIEZA 25 2,75 4,50 4,80 4,00
PIEZA 26 3,50 4,75 4,80 4,50
PIEZA 27 2,75 3,75 3,75 4,75
PIEZA 28 2,50 3,50 3,50 4,00
PIEZA 29 4,00 3,00 3,00 4,00
(1) Número de capas que tiene el modelo de PLA.
(2) Modelo abierto con un bebedero y una mazarota en el extremo opuesto a la entrada de material
(3) Modelo abierto con un bebedero y tres mazarotas (dos de ellas en dos codos y la otra en el extremo opuesto
a la entrada de material)
Tabla 4.7: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada de
lavado a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 2 capas en su superficie.
Escala de calidad de la piel para todas las piezas:
GRADOS CALIDAD DE LA PIEL
0 MUY MALA
1 MALA
2 REGULAR
3 ACEPTABLE
4 BUENA
5 MUY BUENA
4.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.2.1. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable LLENADO
Después de conocer los resultados, se va a llevar a cabo el análisis de los
mismos, empezando con un análisis de varianza a la variable dependiente
Llenado. Se va a estudiar la influencia para la variable Llenado. Para ello
tomamos los datos de las 16 primeras piezas.
RESULTADOS
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LLENADO LADO N. PASADAS ARENA COLADA
29,87 15 3 V 0
87,21 20 3 V 0
25,79 15 3 Q 0
31,76 20 3 Q 0
42,8 15 3 V 1
52,91 20 3 V 1
57,86 15 3 Q 1
54,12 20 3 Q 1
54,2 15 2 V 0
52,06 20 2 V 0
67,31 15 2 Q 0
54,42 20 2 Q 0
83,71 15 2 V 1
58,44 20 2 V 1
57,86 15 2 Q 1
54,05 20 2 Q 1
Tabla 4.8: Variable de llenado y los factores a analizar.
Se realiza la ANOVA con las piezas 16 primeras piezas. El llenado es la variable
respuesta a analizar frente a los demás factores. (Tabla 4.8)
Este procedimiento realiza un análisis multifactorial de la varianza para LLENADO.
Se construyen varias pruebas y gráficos para determinar qué factores tienen un
efecto estadísticamente significativo sobre LLENADO. También pone a prueba para
las interacciones significativas entre los factores, teniendo en cuenta los datos
suficientes. Los estadísticos F en la tabla ANOVA van a permitir identificar los
factores importantes. Para cada factor significativo, las pruebas de rango múltiple
nos dirán qué medias son significativamente diferentes. Los gráficos de medias y
gráficos de interacciones van a ayudar a interpretar los efectos significativos, y los
gráficos de residuos a juzgar si las suposiciones subyacentes del análisis de la
varianza son correctas.
Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III:
La tabla ANOVA descompone la variabilidad de LLENADO en contribuciones
debidas a diversos factores.
Con la elección de la suma de los cuadrados tipo III, se mide la contribución de
cada factor después de haber eliminado los efectos del resto de factores. Los valores
p indican la significación estadística de los factores. Como no hay valores p
inferiores a 0,05, los factores no tienen un efecto estadísticamente significativo
sobre el LLENADO al nivel de confianza al 95,0%.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:ARENA 210,468 1 210,468 0,74 0,4077
B:COLADA 218,522 1 218,522 0,77 0,3991
C:LADO 40,8641 1 40,8641 0,14 0,7117
D:PASADAS 621,63 1 621,63 2,19 0,1671
RESIDUOS 3124,07 11 284,006
TOTAL (CORREGIDO) 4215,55 15
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.9: Análisis de varianza para Llenado - suma de cuadrados tipo III.
Se analizan mediante pruebas de rango los cuatro factores:
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por ARENA:
En esta tabla se aplica un procedimiento de comparación múltiple para determinar
qué medias son significativamente diferentes de las de otros. La mitad inferior
muestra la diferencia estimada entre cada par de medias. No hay diferencias
estadísticamente significativas entre cualquier par de medias en el nivel de
confianza del 95,0%. En la parte superior de la tabla, un grupo homogéneo se
identifica por una columna de X. Dentro de cada columna, los niveles que contienen
la forma de X, indican un grupo de medias dentro de la cual no existen diferencias
estadísticamente significativas.
ARENA Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
Q 8 50,3963 5,95825 X
V 8 57,65 5,95825 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
Q - V -7,25375 18,5461
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.10: Tabla de rangos múltiples para ARENA con un 95% de confianza.
Figura 4.1: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Arena)
Q V
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
ARENA
41
46
51
56
61
66
71
LLE
NA
DO
RESULTADOS
Página 74 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por LADO:
Igual que en el caso del factor arena, no hay diferencias estadísticamente
significativas entre cualquier par de medias en el nivel de confianza del 95,0%. Sólo
hay un grupo homogéneo, representado por una X en una columna, por tanto, no
existen diferencias estadísticamente significativas.
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
15 8 52,425 5,95825 X
20 8 55,6213 5,95825 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -3,19625 18,5461
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.11: Tabla de rangos múltiples para LADO con un 95% de confianza.
Figura 4.2: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Lado)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por COLADA:
Igual que en el caso anterior, no existen diferencias estadísticamente significativas
entre cualquier par de medias en el nivel de confianza del 95,0%. Sólo hay un grupo
homogéneo, luego no hay diferencias estadísticamente significativas.
COLADA Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
0 8 50,3275 5,95825 X
1 8 57,7188 5,95825 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
0 - 1 -7,39125 18,5461
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.12: Tabla de rangos múltiples para COLADA con un 95% de confianza.
15 20
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
43
47
51
55
59
63
67
LLE
NA
DO
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 75 de 184
Figura 4.3: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Colada)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por PASADAS:
Como ocurre con los demás factores, no existen diferencias estadísticamente
significativas entre cualquier par de medias en el nivel de confianza del 95,0%, ni
grupos de medias estadísticamente significativas.
PASADAS Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
3 8 47,79 5,95825 X
2 8 60,2563 5,95825 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
2 - 3 12,4663 18,5461
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.13: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con un 95% de confianza.
Figura 4.4: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Pasadas)
Los resultados obtenidos no son los esperados, por lo que se observa el Gráfico de
Residuos para comprobar la situación de los puntos, ver si existe algún patrón o hay
algún punto atípico.
El gráfico muestra la agrupación de todos los puntos a excepción de uno de ellos,
separado del resto, es un punto atípico. Este punto se elimina de la lista para el
0 1
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
COLADA
41
46
51
56
61
66
71
LLE
NA
DO
2 3
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
PASADAS
38
48
58
68
78
LLE
NA
DO
RESULTADOS
Página 76 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
siguiente análisis de varianza, en el que se verificará si hay algún factor
significativo.
Figura 4.5: Gráfico de Residuos para la variable dependiente Llenado
4.2.2. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable LLENADO sin atípicos
Se realiza la ANOVA con las 15 piezas, tras haber eliminado el valor atípico. El
llenado es la variable respuesta a analizar frente a los demás factores. (Tabla 4.14)
LLENADO LADO N. PASADAS ARENA COLADA
29,87 15 3 V 0
25,79 15 3 Q 0
31,76 20 3 Q 0
42,8 15 3 V 1
52,91 20 3 V 1
57,86 15 3 Q 1
54,12 20 3 Q 1
54,2 15 2 V 0
52,06 20 2 V 0
67,31 15 2 Q 0
54,42 20 2 Q 0
83,71 15 2 V 1
58,44 20 2 V 1
57,86 15 2 Q 1
54,05 20 2 Q 1
Tabla 4.14: Variable de llenado y los factores a analizar.
% Llenado: 87,21
Lado: 20
N. Pasadas: 3
Arena: Verde
Tipo de colada: M0
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 77 de 184
Análisis de varianza para LLENADO – suma de cuadrados tipo III:
Hay 2 valores p inferiores a 0,05, son los que pertenecen a los factores colada y
pasadas, por tanto, tienen un efecto estadísticamente significativo sobre el
LLENADO al nivel de confianza al 95,0%. El lado y el tipo de arena no tienen un
efecto significativo en la variabilidad del Llenado.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:ARENA 0,487276 1 0,487276 0,00 0,9467
B:LADO 50,0057 1 50,0057 0,48 0,5030
C:COLADA 747,748 1 747,748 7,22 0,0228
D:PASADAS 1373,66 1 1373,66 13,26 0,0045
RESIDUOS 1035,78 10 103,578
TOTAL (CORREGIDO) 3040,76 14
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.15: Análisis de varianza para Llenado – suma de cuadrados tipo III.
Se analizan mediante pruebas de rango los cuatro factores:
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por ARENA:
No hay diferencias estadísticamente significativas entre cualquier par de medias en
el nivel de confianza del 95,0%.
ARENA Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
Q 8 50,3963 3,59823 X
V 7 50,7608 3,91168 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
Q - V -0,364545 11,8424
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.16: Tabla de rangos múltiples para ARENA con 95% confianza.
Figura 4.6: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Arena)
Q V
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
ARENA
44
47
50
53
56
59
LLE
NA
DO
RESULTADOS
Página 78 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por LADO:
No existen diferencias estadísticamente significativas entre cualquier par de medias
en el nivel de confianza del 95,0%.
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
20 7 48,732 3,91168 X
15 8 52,425 3,59823 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 3,69295 11,8424
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.17: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
Figura 4.7: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Lado)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por COLADA:
En esta tabla aparece un asterisco al lado de 1 par de medias, esto indica que este
par muestra una diferencia estadísticamente significativa en el nivel de confianza
del 95,0%. Los grupos son significativamente diferentes porque los intervalos de
confianza no se solapan.
COLADA Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
0 7 43,4383 3,91168 X
1 8 57,7188 3,59823 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
0 - 1 * -14,2805 11,8424
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.18: Tabla de rangos múltiples para COLADA con 95% confianza.
15 20
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
42
45
48
51
54
57
60
LLE
NA
DO
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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Figura 4.8: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Colada)
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por PASADAS:
En esta tabla aparece un asterisco al lado de 1 par de medias, esto indica que este
par muestra una diferencia estadísticamente significativa en el nivel de confianza
del 95,0%. Los intervalos de confianza no se solapan ya que los grupos son
significativamente diferentes.
PASADAS Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
3 7 40,9008 3,91168 X
2 8 60,2563 3,59823 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
2 - 3 * 19,3555 11,8424
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.19: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza.
Figura 4.9: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Pasadas).
0 1
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
COLADA
37
42
47
52
57
62
67
LLE
NA
DO
2 3
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
PASADAS
34
44
54
64
74
LLE
NA
DO
RESULTADOS
Página 80 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
De este análisis se concluye que la variable de llenado depende fundamentalmente
del tipo de colada y el número de pasadas. Se realiza a continuación el mismo
análisis con interacciones de los efectos para comprobar si alguna de ellas es
significativa.
4.2.3. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable LLENADO CON
INTERACCIONES:
Con los datos de la tabla 4.14 se realiza el análisis de la variable respuesta frente a
los demás factores.
Análisis de varianza para LLENADO – suma de cuadrados tipo III:
Hay un valor p inferior a 0,05, luego el factor al que corresponde, que es el número
de pasadas, tiene un efecto estadísticamente significativo sobre el LLENADO al
nivel de confianza al 95,0%. El resto de factores y sus interacciones no explican la
variabilidad del Llenado, por lo que se eliminan para el análisis. El factor colada se
aproxima al 0,05.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:ARENA 1,3251 1 1,3251 0,01 0,9197
B:LADO 73,2578 1 73,2578 0,64 0,4697
C:COLADA 777,803 1 777,803 6,76 0,0601
D:PASADAS 1380,48 1 1380,48 11,99 0,0258
INTERACCIONES
AB 3,8199 1 3,8199 0,03 0,8643
AC 56,6638 1 56,6638 0,49 0,5216
AD 62,2944 1 62,2944 0,54 0,5028
BC 3,2637 1 3,2637 0,03 0,8745
BD 133,964 1 133,964 1,16 0,3414
CD 255,675 1 255,675 2,22 0,2104
RESIDUOS 460,526 4 115,132
TOTAL (CORREGIDO) 3040,76 14
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.20: Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III.
Se va a analizar mediante pruebas de rango el factor Pasadas.
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por PASADAS:
El asterisco al lado de un par de medias indica que ese par muestra una diferencia
estadísticamente significativa en el nivel de confianza del 95,0%. Los grupos son
significativamente diferentes ya que los intervalos de confianza no se solapan.
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 81 de 184
PASADAS Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
3 7 39,9058 4,48865 X
2 8 60,2563 3,79361 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
2 - 3 * 20,3505 16,3173
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.21: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza.
Figura 4.10: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Pasadas)
En este análisis, el número de pasadas es el único factor que explica la variabilidad
del Llenado
4.2.4. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable LLENADO frente al TIPO DE
COLADA Y NÚMERO DE PASADAS:
Con los datos de la tabla 4.22 se va a analizar la variable respuesta frente a los
factores colada y pasadas.
LLENADO N. PASADAS COLADA
29,87 3 0
25,79 3 0
31,76 3 0
42,8 3 1
52,91 3 1
57,86 3 1
54,12 3 1
54,2 2 0
52,06 2 0
67,31 2 0
54,42 2 0
83,71 2 1
58,44 2 1
57,86 2 1
54,05 2 1
Tabla 4.22: Variable de llenado y los factores a analizar.
2 3
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
PASADAS
31
41
51
61
71
LLE
NA
DO
RESULTADOS
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Análisis de varianza para LLENADO – suma de cuadrados tipo III:
Existen 2 valores p inferiores al 0,05%, por tanto los factores colada y pasadas,
tienen un efecto estadísticamente significativo sobre el LLENADO al nivel de
confianza al 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 730,542 1 730,542 8,06 0,0149
B:PASADAS 1354,93 1 1354,93 14,95 0,0022
RESIDUOS 1087,45 12 90,6211
TOTAL (CORREGIDO) 3040,76 14
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.23: Análisis de varianza para LLENADO – suma de cuadrados tipo III.
Se analizan mediante pruebas de rango cada factor:
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por COLADA:
El asterisco en la tabla indica que hay un par de medias que muestran una
diferencia estadísticamente significativa en el nivel de confianza del 95,0%. Los
grupos son significativamente diferentes porque los intervalos de confianza no se
solapan.
COLADA Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
0 7 43,6943 3,61529 X
1 8 57,7187 3,36566 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
0 - 1 * -14,0244 10,7621
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.24: Tabla de rangos múltiples para COLADA con 95% confianza.
Figura 4.11: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Colada)
0 1
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
COLADA
38
43
48
53
58
63
LLE
NA
DO
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 83 de 184
Pruebas de Rango Múltiple para LLENADO por PASADAS:
Al igual que con el tipo de colada, el par de medias muestra una diferencia
estadísticamente significativa en el nivel de confianza del 95,0%. Los intervalos de
confianza no se solapan, luego los grupos son significativamente diferentes.
PASADAS Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
3 7 41,1568 3,61529 X
2 8 60,2562 3,36566 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
2 - 3 * 19,0994 10,7621
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.25: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza.
Figura 4.12: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Pasadas)
El análisis de varianza para el Llenado con el número de pasadas y tipo de
colada como factores muestra que éstos son significativos, es decir, entre los dos
pueden explicar la variabilidad del llenado. A continuación se realiza un análisis de
varianza con la interacción entre ellos.
2 3
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
PASADAS
35
45
55
65
75
LL
EN
AD
O
RESULTADOS
Página 84 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
4.2.5. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable LLENADO frente al TIPO DE
COLADA Y NÚMERO DE PASADAS CON INTERACCIONES:
Análisis de varianza para LLENADO – suma de cuadrados tipo III:
Hay 2 valores p inferiores al 0,05%, que corresponden a los factores colada y
pasadas, por tanto, van a tener un efecto estadísticamente significativo sobre el
LLENADO al nivel de confianza al 95,0%, en cambio su interacción no es
significativa.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 792,452 1 792,452 10,34 0,0082
B:PASADAS 1436,59 1 1436,59 18,74 0,0012
INTERACIONES
AB 244,2 1 244,2 3,19 0,1019
RESIDUOS 843,253 11 76,6593
TOTAL (CORREGIDO) 3040,76 14
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.26: Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III.
Figura 4.13: Gráfico de Interacción entre el Llenado y los factores Pasadas y Colada.
Se puede concluir que los factores tipo de Colada y número de Pasadas pueden explicar
la variabilidad del llenado, pero su interacción no.
Interaction Plot
COLADA
29
39
49
59
69
LLE
NA
DO
0 1
PASADAS
2
3
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 85 de 184
4.2.6. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
SUPERIOR frente a COLADA, ARENA Y LADO:
Se va a realizar el análisis de varianza de la calidad de la piel de la superficie superior
de las piezas a partir de los valores obtenidos de esta variable, función de una serie de
factores (Tipo de Colada, Tipo de Arena y Lado). Se toman los datos de piezas con un
número de pasadas de dos, en concreto, los datos de las piezas 13 a la pieza 24. En total,
son 12 datos a analizar. (Tabla 4.27)
SUPERIOR COLADA ARENA LADO
1 1 V 15
1 1 V 20
1 1 Q 15
1,5 1 Q 20
0,5 3 V 15
0,5 3 V 20
0,7 3 Q 15
1,75 3 Q 20
2,5 1 Q 25
3 3 Q 25
2,5 1 Q 30
3,5 3 Q 30
Tabla 4.27: Calidad de la piel en la superficie SUP.
Análisis de varianza para SUP - suma de cuadrados tipo III:
En la tabla ANOVA se observa que hay un valor p inferior a 0,05. Este factor, el
Lado, tiene un efecto estadísticamente significativo sobre SUP al nivel de confianza
al 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 0,016875 1 0,016875 0,08 0,7842
B:LADO 5,72562 3 1,90854 9,27 0,0114
C:ARENA 0,475312 1 0,475312 2,31 0,1794
RESIDUOS 1,23469 6 0,205781
TOTAL (CORREGIDO) 11,5273 11
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.28: Análisis de varianza para SUP - Tipo III de las sumas de cuadrados.
Pruebas de Rango Múltiple para SUP por LADO:
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Se observan dos grupos claramente significativos,
RESULTADOS
Página 86 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
el que corresponde a 15-20 y el de 25-30, dentro de cada grupo no hay diferencias
pero cuando se pasa de un grupo a otro si hay diferencias estadísticamente
significativas.
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
15 4 0,8 0,226816 X
20 4 1,1875 0,226816 X
25 2 2,50625 0,358627 X
30 2 2,75625 0,358627 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,3875 0,784887
15 - 25 * -1,70625 1,03831
15 - 30 * -1,95625 1,03831
20 - 25 * -1,31875 1,03831
20 - 30 * -1,56875 1,03831
25 - 30 -0,25 1,11
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.29: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
Figura 4.14: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (SUP-Lado)
Los intervalos de confianza entre 15 y 20 se solapan, lo mismo ocurre entre 25 y 30,
pero entre 15-20 y 25-30 no, por lo que son grupos significativamente diferentes.
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
SU
P
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 87 de 184
4.2.7. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
LATERAL frente a COLADA, ARENA Y LADO:
LATERAL COLADA ARENA LADO
1 1 V 15
0,75 1 V 20
0 1 Q 15
1,5 1 Q 20
0,5 3 V 15
0,5 3 V 20
0,5 3 Q 15
1 3 Q 20
3,5 1 Q 25
3,75 3 Q 25
4 1 Q 30
3,25 3 Q 30
Tabla 4.30: Calidad de la piel en la superficie LAT
Análisis de varianza para LAT - suma de cuadrados tipo III:
El Lado tiene un valor p inferior a 0,05, por consiguiente va a tener un efecto
estadísticamente significativo sobre LAT al nivel de confianza al 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 0,130208 1 0,130208 0,64 0,4543
B:LADO 16,9141 3 5,63802 27,70 0,0007
C:ARENA 0,0078125 1 0,0078125 0,04 0,8511
RESIDUOS 1,22135 6 0,203559
TOTAL (CORREGIDO) 24,2656 11
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.31: Análisis de varianza para LAT - suma de cuadrados tipo III.
Pruebas de Rango Múltiple para LAT por LADO:
El asterisco colocado al lado de 4 pares indica que esos pares muestran diferencias
estadísticamente significativas en el nivel de confianza del 95,0%. Existen 2 grupos
homogéneos que se identifican utilizando columnas de X. Estos grupos son por un
lado 15 y 20, y por otro 25 y 30.
RESULTADOS
Página 88 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
15 4 0,5 0,225588 X
20 4 0,9375 0,225588 X
25 2 3,59375 0,356685 X
30 2 3,59375 0,356685 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,4375 0,780638
15 - 25 * -3,09375 1,03269
15 - 30 * -3,09375 1,03269
20 - 25 * -2,65625 1,03269
20 - 30 * -2,65625 1,03269
25 - 30 0,0 1,10399
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.32: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
Figura 4.15: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (LAT-Lado)
4.2.8. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
INFERIOR frente a COLADA, ARENA Y LADO:
INFERIOR COLADA ARENA LADO
1 1 V 15
1 1 V 20
1 1 Q 15
1,25 1 Q 20
1 3 V 15
0,5 3 V 20
0,5 3 Q 15
0,75 3 Q 20
4 1 Q 25
4,5 3 Q 25
2,5 1 Q 30
4 3 Q 30
Tabla 4.33: Calidad de la piel en la superficie INF.
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
5
LA
T
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 89 de 184
Análisis de varianza para INF - suma de cuadrados tipo III:
Como en el caso de las superficies SUP y LAT, el factor Lado tiene un efecto
estadísticamente significativo sobre INF al nivel de confianza al 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 0,0208333 1 0,0208333 0,07 0,7970
B:LADO 17,5313 3 5,84375 20,28 0,0015
C:ARENA 0,0 1 0,0 0,00 1,0000
RESIDUOS 1,72917 6 0,288194
TOTAL (CORREGIDO) 24,7917 11
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.34: Análisis de varianza para INF - suma de cuadrados tipo III.
Pruebas de Rango Múltiple para INF por LADO:
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos diferentes
correspondientes a 15-20 y 25-30.
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
20 4 0,875 0,268419 X
15 4 0,875 0,268419 X
30 2 3,25 0,424407 X
25 2 4,25 0,424407 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 0,0 0,928854
15 - 25 * -3,375 1,22876
15 - 30 * -2,375 1,22876
20 - 25 * -3,375 1,22876
20 - 30 * -2,375 1,22876
25 - 30 1,0 1,3136
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.35: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza
Figura 4.16: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (INF-Lado)
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
5
INF
RESULTADOS
Página 90 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
4.2.9. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD ARISTAS frente a
COLADA, ARENA Y LADO:
ARISTAS COLADA ARENA LADO
1 1 V 15
0,75 1 V 20
0 1 Q 15
1 1 Q 20
0 3 V 15
0,5 3 V 20
0,5 3 Q 15
0,75 3 Q 20
3,5 1 Q 25
3 3 Q 25
3,5 1 Q 30
3,5 3 Q 30
Tabla 4.36: Calidad de la piel en las ARISTAS.
Análisis de varianza para ARISTAS - suma de cuadrados tipo III:
El Lado, tiene un efecto estadísticamente significativo sobre ARISTAS al nivel de
confianza al 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
EFECTOS PRINCIPALES
A:COLADA 0,1875 1 0,1875 1,50 0,2666
B:LADO 16,1641 3 5,38802 43,10 0,0002
C:ARENA 0,0 1 0,0 0,00 1,0000
RESIDUOS 0,75 6 0,125
TOTAL (CORREGIDO) 22,375 11
Todos los Estadísticos-F se basan en el error de la media de cuadrados residual. Tabla 4.37: Análisis de varianza para ARISTAS - suma de cuadrados tipo III.
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Pruebas de Rango Múltiple para ARISTAS por LADO:
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos diferentes,
correspondientes a 15-20 y a 25-30.
LADO Datos Media de Cuadrados Varianza de cuadrados Grupos Homogéneos
15 4 0,375 0,176777 X
20 4 0,75 0,176777 X
25 2 3,25 0,279508 X
30 2 3,5 0,279508 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,375 0,61173
15 - 25 * -2,875 0,809242
15 - 30 * -3,125 0,809242
20 - 25 * -2,5 0,809242
20 - 30 * -2,75 0,809242
25 - 30 -0,25 0,865116
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.38: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza
Figura 4.17: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (ARISTAS-Lado)
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
AR
IST
AS
RESULTADOS
Página 92 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
4.2.10. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
SUPERIOR frente a LADO:
Este procedimiento realiza un análisis de una vía de la varianza para SUP. Se
construyen varias pruebas y gráficos para comparar los valores medios de SUP para
los 4 diferentes niveles de LADO. Los estadísticos-F en la tabla ANOVA van a
indicar si existen diferencias significativas entre los medias. Si las hay, las pruebas
de rango múltiple le dirá qué medias son significativamente diferentes.
Para el análisis se tiene la variable dependiente SUP, el factor Lado, 12 valores y 4
niveles.
SUPERIOR LADO
1 15
1 20
1 15
1,5 20
0,5 15
0,5 20
0,7 15
1,75 20
2,5 25
3 25
2,5 30
3,5 30
Tabla 4.39: Calidad de la superficie superior con respecto al lado
La tabla ANOVA descompone la varianza de SUP en dos componentes: una
componente entre grupos y otra componente dentro del grupo. El estadístico-F, que
en este caso es igual a 15,134, es una relación de la estimación entre los grupos para
la estimación dentro del grupo. Dado que el valor P es inferior a 0,05, hay una
diferencia estadísticamente significativa entre la media de la variable SUP de un
nivel a otro del factor LADO en el nivel de confianza del 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
Entre grupos 9,80042 3 3,26681 15,13 0,0012
Dentro del grupo 1,72688 8 0,215859
Total (Corregido) 11,5273 11
Tabla 4.40: Tabla ANOVA SUP-Lado.
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 93 de 184
Para determinar qué medias son significativamente diferentes, se realiza un análisis
mediante pruebas de rango múltiple. Los resultados se pueden contemplar en la
siguiente tabla:
LADO Datos Media Grupos Homogéneos
15 4 0,8 X
20 4 1,1875 X
25 2 2,75 X
30 2 3,0 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,3875 0,757585
15 - 25 * -1,95 0,927849
15 - 30 * -2,2 0,927849
20 - 25 * -1,5625 0,927849
20 - 30 * -1,8125 0,927849
25 - 30 -0,25 1,07139
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.41: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos diferentes
correspondientes a 15-20 y 25-30.
Con un nivel de confianza del 99% seguiría habiendo un valor p inferior al 0,01 y
una diferencia estadísticamente significativa entre la media de un nivel a otro del
factor LADO.
Figura 4.18: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (SUP-Lado)
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
SU
P
RESULTADOS
Página 94 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
4.2.11. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
LATERAL frente a LADO:
Se realiza un análisis de una vía de la varianza para LAT.
LATERAL LADO
1 15
0,75 20
0 15
1,5 20
0,5 15
0,5 20
0,5 15
1 20
3,5 25
3,75 25
4 30
3,25 30
Tabla 4.42: Calidad de la superficie lateral con respecto al lado.
Dado que el valor p es inferior a 0,05, hay una diferencia estadísticamente
significativa entre la media de la variable LAT de un nivel a otro del factor LADO
en el nivel de confianza del 95,0%.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
Entre grupos 22,9063 3 7,63542 44,93 0,0000
Dentro del grupo 1,35938 8 0,169922
Total (Corregido) 24,2656 11
Tabla 4.43: Tabla ANOVA LAT-Lado.
Para determinar qué medias son significativamente diferentes, se realiza un análisis
mediante pruebas de rango múltiple:
LADO Datos Media Grupos Homogéneos
15 4 0,5 X
20 4 0,9375 X
25 2 3,625 X
30 2 3,625 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,4375 0,672157
15 - 25 * -3,125 0,823221
15 - 30 * -3,125 0,823221
20 - 25 * -2,6875 0,823221
20 - 30 * -2,6875 0,823221
25 - 30 0,0 0,950574
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.44: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 95 de 184
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos representados por X en
la tabla, correspondientes a 15-20 y 25-30. Los intervalos de confianza entre estos
dos grupos no se solapan. El nivel de confianza podría aumentar hasta el 99% y
seguirían existiendo 4 pares de medias con diferencias estadísticamente
significativas.
Figura 4.19 Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (LAT-Lado)
4.2.12. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD SUPERFICIE
INFERIOR frente a LADO:
Se realiza un análisis de una vía de la varianza para INF.
INFERIOR LADO
1 15
1 20
1 15
1,25 20
1 15
0,5 20
0,5 15
0,75 20
4 25
4,5 25
2,5 30
4 30
Tabla 4.45: Calidad de la superficie inferior con respecto al lado.
Dado que el valor p es muy inferior a 0,05, hay una diferencia estadísticamente
significativa entre la media de la variable INF de un nivel a otro del factor LADO
en el nivel de confianza del 95,0%.
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
5
LA
T
RESULTADOS
Página 96 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
Entre grupos 23,0417 3 7,68056 35,11 0,0001
Dentro del grupo 1,75 8 0,21875
Total (Corregido) 24,7917 11
Tabla 4.46: Tabla ANOVA INF-Lado.
Para determinar qué medias son significativamente diferentes, se realiza un análisis
mediante pruebas de rango múltiple:
LADO Datos Media Grupos Homogéneos
20 4 0,875 X
15 4 0,875 X
30 2 3,25 X
25 2 4,25 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 0,0 0,762641
15 - 25 * -3,375 0,934041
15 - 30 * -2,375 0,934041
20 - 25 * -3,375 0,934041
20 - 30 * -2,375 0,934041
25 - 30 1,0 1,07854
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.47: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos diferenciados, ya que
los intervalos de confianza entre estos dos grupos no se superponen. Estos pares de
medias seguirían mostrando diferencias estadísticamente significativas con un 99%
de confianza.
Figura 4.20: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (INF-Lado)
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4
5
INF
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4.2.13. ANÁLISIS DE LA VARIANZA de la variable CALIDAD ARISTAS frente a
LADO:
Se realiza un análisis de una vía de la varianza para ARISTAS.
ARISTAS LADO
1 15
0,75 20
0 15
1 20
0 15
0,5 20
0,5 15
0,75 20
3,5 25
3 25
3,5 30
3,5 30
Tabla 4.48: Calidad de las aristas con respecto al lado
Dado que el valor p es prácticamente cero, hay una diferencia estadísticamente
significativa entre la media de la variable ARISTAS de un nivel a otro del factor
LADO en el nivel de confianza del 95,0%. Con un 99% de confianza seguiría
habiendo diferencias significativas.
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadísticos-F P-Valor
Entre grupos 21,4375 3 7,14583 60,98 0,0000
Dentro del grupo 0,9375 8 0,117188
Total (Corregido) 22,375 11
Tabla 4.49: Tabla ANOVA ARISTAS-Lado.
Para determinar qué medias son significativamente diferentes, se realiza un análisis
mediante pruebas de rango múltiple:
LADO Datos Media Grupos Homogéneos
15 4 0,375 X
20 4 0,75 X
25 2 3,25 X
30 2 3,5 X
Contraste Sig. Diferencia +/- Limites
15 - 20 -0,375 0,558196
15 - 25 * -2,875 0,683648
15 - 30 * -3,125 0,683648
20 - 25 * -2,5 0,683648
20 - 30 * -2,75 0,683648
25 - 30 -0,25 0,789408
* denota una diferencia estadísticamente significativa.
Tabla 4.50: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza.
RESULTADOS
Página 98 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Hay 4 pares de medias que muestran diferencias estadísticamente significativas en
el nivel de confianza del 95,0%. Y dos grupos homogéneos diferenciados, ya que
los intervalos de confianza entre estos dos grupos no se superponen. Estos pares de
medias seguirían mostrando diferencias estadísticamente significativas con un 99%
de confianza.
Figura 4.21: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (ARISTAS-Lado)
4.2.14. REGRESIÓN MÚLTIPLE LINEAL de la variable LLENADO frente a LADO
Se realiza una regresión múltiple de la variable Llenado frente al Lado con 5
factores. (Tabla 4.51)
LLENADO LADO
57,86 15
54,05 20
86,26 25
58,44 20
74,24 30
Tabla 4.51: Datos del llenado y del lado para la regresión
La salida muestra los resultados de ajuste de un modelo de regresión lineal múltiple
para describir la relación entre LLENADO y 1 variables independientes. La
ecuación del modelo fijado es
LLENADO = 28,4823 + 1,71308 * LADO
Dado que el valor P en la tabla ANOVA es mayor o igual a 0,05, no hay una
relación estadísticamente significativa entre las variables en el nivel de confianza
del 95,0% o superior.
15 20 25 30
Means and 95,0 Percent LSD Intervals
LADO
0
1
2
3
4A
RIS
TA
S
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 99 de 184
El estadístico R-cuadrado indica que el modelo fijado explica 51,2471% de la
variabilidad en LLENADO. El estadístico R-cuadrado ajustado, que es más
adecuado para la comparación de modelos con diferentes números de variables
independientes, es 34,9962%. El error estándar de la estimación muestra la
desviación estándar de los residuos a ser 10.999. Este valor se puede utilizar para
construir límites de predicción para las nuevas observaciones. El error absoluto
medio (MAE) de 7,45292 es el valor medio de los residuos. El Durbin-Watson
(DW) pone a prueba estadística de los residuos para determinar si existe alguna
correlación significativa basada en el orden en el que aparecen en el archivo de
datos. Dado que el valor P es mayor que 0,05, no hay ninguna indicación de
autocorrelación serial en los residuos al nivel de confianza al 95,0%.
Desviación T
Parámetro Estimación Típica Estadistica Valor p
CONSTANTE 28,4823 21,7855 1,3074 0,2823
LADO 1,71308 0,964676 1,7758 0,1738
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadístico-F Valor p
Modelo 381,502 1 381,502 3,15 0,1738
Residuos 362,934 3 120,978
Total (Corregido) 744,436 4
Tabla 4.52: Análisis de la varianza
R-Cuadrado = 51,2471%
R- Cuadrado ajustado = 34,9962 %
Error estándar de la estimación = 10,999
MAE = 7,45292
DW = 2,98878 (P=0,9265)
Figura 4.22: Gráfico del ajuste
Con un valor de LADO igual a 41,7mm, se consigue un llenado del 100%.
Plot of Fitted Model
10 20 30 40 50
LADO
50
60
70
80
90
100
LL
EN
AD
O
RESULTADOS
Página 100 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
El estadístico R-cuadrado da un valor bajo, no son muy significativos los resultados,
por lo que se opta por eliminar la constante con la intención de mejorarlos,
suponiendo por tanto que la recta pase por el origen:
La Ecuación del modelo fijado queda de esta forma:
LLENADO = 2,94173*LADO
Como hay un valor p en la tabla ANOVA menor que 0,05, hay una relación
estadísticamente significativa entre las variables en el nivel de confianza del 95,0%.
El estadístico R-cuadrado indica que el modelo fijado explica 97,4832% de la
variabilidad en LLENADO. El estadístico R-cuadrado ajustado, es 97,4832%.
Desviación T
Parametro Estimación Típica Estadistica Valor p
LADO 2,94173 0,236337 12,4472 0,0002
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadístico-F Valor p
Modelo 22067,1 1 22067,1 154,93 0,0002
Residuos 569,721 4 142,43
Total (Corregido) 22636,8 5
Tabla 4.53: Análisis de la varianza
R-Cuadrado = 97,4832 %
R- Cuadrado ajustado = 97,4832 %
Error estándar de la estimación = 11,9344
MAE = 9,12835
DW = 1,76679
Figura 4.23: Gráfico del ajuste
Plot of Fitted Model
15 20 25 30 35 40
LADO
50
60
70
80
90
100
LL
EN
AD
O
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CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 101 de 184
Con la eliminación de la constante se obtiene un R-cuadrado significativo, y en la
gráfica del modelo fijado se puede observar que para 34mm de lado se consigue un
100% de llenado.
4.2.15. REGRESIÓN MÚLTIPLE LINEAL de la variable LLENADO frente a RAÍZ
CUADRADA DEL LADO
Se realiza una regresión múltiple de la variable Llenado frente a raíz cuadrada del
Lado con los datos de la Tabla 4.51.
La ecuación del modelo fijado es:
LLENADO = -8,75145 + 16,0814*SQRT(LADO)
Dado que el valor P en la tabla ANOVA es mayor o igual a 0,05, no hay una
relación estadísticamente significativa entre las variables en el nivel de confianza
del 95,0% o superior.
El estadístico R-cuadrado indica que el modelo fijado explica 51,1857% de la
variabilidad en LLENADO, y el estadístico R-cuadrado ajustado es 34,9143%
Desviación T
Parámetro Estimación Típica Estadística Valor p
CONSTANTE -8,75145 42,5278 -0,205782 0,8501
SQRT(LADO) 16,0814 9,06695 1,77362 0,1742
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadístico-F Valor p
Modelo 381,045 1 381,045 3,15 0,1742
Residuos 363,391 3 121,13
Total (Corregido) 744,436 4
Tabla 4.54: Análisis de la varianza
R-Cuadrado = 51,1857 %
R- Cuadrado ajustado = 34,9143%
Error estándar de la estimación = 11,0059
MAE = 7,57326
DW = 3,07464 (P=0,9429)
RESULTADOS
Página 102 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Figura 4.24: Gráfico del ajuste
Con un valor de raíz cuadrada del Lado igual a 6,7mm, se consigue un llenado del
100%.
Se elimina la constante para, al tener que estimar un parámetro menos tener más
grados de libertad, obteniendo la ecuación del modelo fijado siguiente:
LLENADO = 14,2281*SQRT(LADO)
Como hay un valor p en la tabla ANOVA menor que 0,05, hay una relación
estadísticamente significativa entre las variables en el nivel de confianza del 95,0%.
Desviación T
Parámetro Estimación Típica Estadística Valor p
SQRT(LADO) 14,2281 0,915176 15,5468 0,0001
Efecto Suma de cuadrados GL Media de cuadrados Estadístico-F Valor p
Modelo 22268,3 1 22268,3 241,70 0,0001
Residuos 368,521 4 92,1301
Total (Corregido) 22636,8 5
Tabla 4.55: Análisis de la varianza
R-Cuadrado = 98,372 %
R- Cuadrado ajustado = 98,372 %
Error estándar de la estimación = 9,59844
MAE = 7,26696
DW = 3,19368
Al eliminar la constante se obtiene un valor p de 0,0001, que explica aún mejor el
comportamiento de los datos.
Plot of Fitted Model
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8 7,3
SQRT(LADO)
50
60
70
80
90
100
LL
EN
AD
O
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 103 de 184
Figura 4.25: Gráfico del ajuste
Con un valor de raíz cuadrada del Lado igual a 7 (49mm de lado), se consigue un
llenado del 100%.
Se han realizado los análisis con pocos datos, solo con 5 datos, lo recomendable es
aportar más para obtener una mejor regresión.
Plot of Fitted Model
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3 6,8 7,3
SQRT(LADO)
50
60
70
80
90
100
LL
EN
AD
O
RESULTADOS
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ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 105 de 184
5. CONCLUSIONES
Para la colada tradicional:
Llenado: Los factores de mayor influencia son la colada y el espesor de pared del
modelo. Se hizo un análisis de los 4 con interacciones, pero los factores individualmente
persistían como influyentes. Se estimó que para llenado completo de la pieza analizada se
requiere un lado de 49mm con 2 pasadas de espesor de pared y colada con un bebedero y
una mazarota.
Calidad superficial superficies y aristas: Los factores que influyen son el número de
pasadas y el lado, es decir, el espesor de la piel en el modelo fabricado en PLA y el tamaño
de la sección de la pieza, respectivamente.
El tipo de arena y el tipo de colada no son factores influyentes para la calidad superficial.
Para la colada de lavado:
El número de coladas de lavado no fue suficiente para realizar análisis fiables ya que el
llenado mínimo es muy alto, por lo que hay que realizar coladas con menor lado.
CONCLUSIONES
Página 106 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 107 de 184
6. OBJETIVOS FUTUROS E IMPACTO
6.1. OBJETIVOS FUTUROS
Como objetivos futuros para la aplicación de este sistema en otros proyectos cabe
destacar:
- Utilización de otras técnicas de moldeo (cerámicos, arcillas, yesos)
realizando el mismo procedimiento para ver cómo afectan éstos en el
resultado final de la pieza obtenida.
- Aplicación del sistema para otras aleaciones metálicas, como pueden ser los
bronces, aleaciones de aluminio, oro, plata.
- Aplicar estos ensayos a piezas pequeñas con mayor relación de aspecto.
- Utilización de otros polímeros para la fabricación de modelos, como el PVA
y el ABS, por citar algunos de los filamentos disponibles en el mercado.
6.2. IMPACTO
- Impacto social: es positivo, ya que cualquier innovación en la fabricación de
piezas es una mejora a nivel de conjunto, con aplicaciones a nivel profesional
como en reposición de piezas únicas.
- Impacto medioambiental: se reduce al utilizar el polímero PLA como modelo,
aunque en el área de la fundición no se puede reducir.
- Impacto económico para pequeña-mediana empresa, debido a que se produce
un ahorro en la obtención del modelo ya que su fabricación mediante impresión
3D reduce considerablemente el coste de fabricación de un molde por el sistema
de matricería en la aplicación de pieza única o prototipo que tendría lugar, si se
utilizara otro material con posibilidad de ser mecanizado, como por ejemplo
metal, maderas y resinas.
OBJETIVOS FUTUROS E IMPACTO
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ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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7. PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO
7.1. ESTRUCTURA TEMPORAL DEL PROYECTO (EDP)
Para la realización de la EDP, se divide el proyecto en cinco fases:
• Fase previa. Es la primera fase del proyecto donde se producen las primeras
reuniones con el tutor, se definen los objetivos del proyecto al igual que su alcance.
También en esta fase se produce la asignación del proyecto.
• Fase de documentación y estudios previos. En esta fase tiene lugar la recopilación,
lectura y estudio de la bibliografía, de todo lo referente a la impresión 3D y al
moldeo por fundición.
• Fase de ejecución. Este período es en el que se construyen los modelos de pla y se
realiza el proceso de fundición, obteniendo las piezas finales de la aleación de Al-
12%Si. En esta fase, debido a los periodos de exámenes de junio y julio, el proyecto
estuvo parado 4 semanas.
• Fase de redacción. En esta fase tiene lugar toda la recopilación de resultados del
proyecto, incluyendo gráficas y el análisis de las mismas. Se añade el presupuesto
del proyecto, la planificación temporal, las conclusiones y el resumen del mismo.
Finalmente se da formato al documento siguiendo las normativas de la UPM, y se
incluyen las referencias bibliográficas y los agradecimientos.
• Fase de revisión. Aquí se revisa todo el documento del proyecto, desde la
estructura, pasando por el formato y se incluyen las correcciones efectuadas por el
tutor y los asesores. Al terminar la revisión se concluye subiendo el entregable final
a la plataforma Indusnet.
7.2. DIAGRAMA DE GANTT
Por medio del programa EXCEL, se definen las tareas dentro de un marco temporal de
acuerdo a la planificación para la realización de este proyecto. Estas mismas tareas son
las que aparecen reflejadas en la EDP del apartado anterior, pero en este caso se realiza
una visualización temporal en lugar de jerárquica.
PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO
Página 110 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Figura 7.1: Diagrama de Gantt completo
1 Proyecto Fin de Carrera 189
2 Fase previa 6
3 Reunión con el tutor 2
4 Definición del proyecto y
objetivos
2
5 As ignación del proyecto 2
6 Fase de documentación y
estudios previos
21
7 Estudio impres ión 3D 12
8 Estudio procesos de
fundición
9
9 Fase de ejecución 100
10 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 1
5
11 Colada 1 2
12 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 2
5
13 Colada 2 2
14 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 3
5
15 Colada 3 2
16 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 4
5
17 Colada 4 2
18 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 5
5
19 Colada 5 2
20 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 6
5
21 Colada 6 2
22 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 7
5
23 Colada 7 2
24 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 8
5
25 Colada 8 2
26 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 9
5
27 Colada 9 2
28 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 10
5
29 Colada 10 2
30 Fase de redacción 30
31 Procedimiento teórico y
experimental
6
32 Resultados y anál is i s de
resultados
15
33 Conclus iones 1
34 Objetivos futuros 1
35 Plani ficación temporal
del proyecto y
presupuesto
3
36 Indice de figuras y tablas 1
37 Resumen e introducción 2
38 Bibl iografía y
agradecimientos
1
39 Fase de revisión 5
40 Correcciones y revis ión 5
41 Entrega final 0
05-sep
JUNIO
1| 6| 13|20| 27|
JULIO
1| 4| 11|18| 25|
AGOSTO
1| 8| 15|22| 29|
SEPTIEMBRE
1| 5|Id Nombre de la tarea Duración
(días)
MARZO
1| 7| 14| 21| 28|
ABRIL
1| 4| 11| 18| 25|
MAYO
2| 9| 16| 23| 30|
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 111 de 184
Viendo en detalle las tareas:
Figura 7.2: Diagrama de Gantt con las dos primeras fases.
Figura 7.3: Diagrama de Gantt con la fase de ejecución.
1 Proyecto Fin de Carrera 189
2 Fase previa 6
3 Reunión con el tutor 2
4 Definición del proyecto y
objetivos
2
5 As ignación del proyecto 2
6 Fase de documentación y
estudios previos
21
7 Estudio impres ión 3D 12
8 Estudio procesos de
fundición
9
Id Nombre de la tarea Duración
(días)
MARZO
1| 7| 14| 21| 28|
ABRIL
1| 4| 11| 18| 25|
1 Proyecto Fin de Carrera 189
9 Fase de ejecución 100
10 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 1
5
11 Colada 1 2
12 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 2
5
13 Colada 2 2
14 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 3
5
15 Colada 3 2
16 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 4
5
17 Colada 4 2
18 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 5
5
19 Colada 5 2
20 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 6
5
21 Colada 6 2
22 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 7
5
23 Colada 7 2
24 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 8
5
25 Colada 8 2
26 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 9
5
27 Colada 9 2
28 Fabricación de los
modelos en PLA para
colada 10
5
29 Colada 10 2
JUNIO
1| 6| 13|20| 27|
JULIO
1| 4| 11|18| 25|
AGOSTO
1| 8| 15|22| 29|
SEPTIEMBRE
1| 5|Id Nombre de la tarea Duración
(días)
MARZO
1| 7| 14| 21| 28|
ABRIL
1| 4| 11| 18| 25|
MAYO
2| 9| 16| 23| 30|
PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO
Página 112 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Figura 7.4: Diagrama de Gantt con la fases de redacción y de revisión.
1 Proyecto Fin de Carrera 189
30 Fase de redacción 30
31 Procedimiento teórico y
experimental
6
32 Resultados y anál is is de
resultados
15
33 Conclus iones 1
34 Objetivos futuros 1
35 Plani ficación temporal
del proyecto y
presupuesto
3
36 Indice de figuras y tablas 1
37 Resumen e introducción 2
38 Bibl iografía y
agradecimientos
1
39 Fase de revisión 5
40 Correcciones y revis ión 5
41 Entrega final 0
05-sep
AGOSTO
1| 8| 15|22| 29|
SEPTIEMBRE
1| 5|Id Nombre de la tarea Duración
(días)
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7.3. PRESUPUESTO
Para este proyecto se han necesitado una serie de materiales y un personal técnico
cualificado para realizarlo.
A continuación se muestra el desglose de los costes asociados a este proyecto:
Costes de material:
MATERIAL KILOS PRECIO POR KILO
(€/Kg)
PRECIO TOTAL
(€)
PLA 3 18,95 56,85
ARENA
(saco de 25 kg) 250 0,27 67,5
ALEACIÓN Al-12%Si 15 3,0 45,0
TOTAL 169,35€
Costes de maquinaria:
MATERIAL HORAS
(h)
COSTE UNITARIO
(€/h)
PRECIO TOTAL
(€)
HORNO 11 20 220
IMPRESORA 11 15 165
TOTAL 385,00€
Tanto el horno como la impresora sólo se han contabilizado como horas de trabajo y no
como compra de las máquinas, ya que éstas ya estaban en el laboratorio de fundición.
No se han incluido en la lista los útiles de trabajo como la sierra de corte, el soldador de
estaño, la grata, la chorreadora de arena, la cuchara de colada, ni las máquinas
mezcladoras de arena.
Costes de personal:
PERSONAL HORAS COSTE UNITARIO COSTE TOTAL
INGENIERO JUNIOR 700 6€/h 4200
TÉCNICO FUNDICIÓN 1 11 25€/h 275
TÉCNICO FUNDICIÓN 2 11 25€/h 275
TÉCNICO IMPRESORA 3D 11 25€/h 275
TOTAL 5025€
PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO
Página 114 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
En las horas del proyecto se incluyen las horas dedicadas al estudio previo y
documentación, las horas experimentales en el diseño, el proceso de impresión y
fundición, las dedicadas a la redacción de la memoria y las horas utilizadas en el
análisis de resultados.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 115 de 184
8. ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Geometría de la pieza________________________________________ 10
Figura 2.1: Esquema de tecnologías rápidas de fabricación clasificadas como
aditivas y no aditivas _________________________________________________ 15
Figura 2.2: Proceso Material Extrusión___________________________________ 17
Figura 2.3: Detalle de un proceso de directed energy deposition _______________ 19
Figura 2.4: Proceso Powder Bed Fusion __________________________________ 20
Figura 2.5: Proceso de impresión por binder jetting _________________________ 20
Figura 2.6: Proceso VAT- Photopolimerization ____________________________ 21
Figura 2.7: Proceso Material Jetting _____________________________________ 22
Figura 2.8: Proceso Sheet Lamination____________________________________ 23
Figura 2.9: Esquema de tecnologías y materiales __________________________ 23
Figura 2.10: Ciclo del PLA en la naturaleza _______________________________ 24
Figura 2.11: Diagrama de fabricación de una pieza de fundición_______________ 27
Figura 2.12: Caja de moldeo ___________________________________________ 28
Figura 2.13: Pieza de fundición a, modelo b, con macho d realizado en la caja de
machos c, de un cilindro hueco_________________________________________ 29
Figura 2.14: Moldeo de la pieza anterior a punto de cerrar la caja. Obsérvese la
posición del macho __________________________________________________ 29
Figura 2.15: Mezcla arena verde________________________________________ 30
Figura 2.16: Representación esquemática del proceso de moldeo mediante arena
en verde___________________________________________________________ 31
Figura 2.17: Mezcla arena química ______________________________________ 32
Figura 2.18: Resina sintética reticulada___________________________________ 32
Figura 3.1: Impresora 3D Prusa i3 Hephestos con el portátil utilizado___________ 33
Figura 3.2: Pantalla principal de información en la impresora 3D ______________ 34
Figura 3.3: Aspecto del programa Repetier-Host ___________________________ 35
Figura 3.4: Posición de los tres polímeros en el ensayo______________________ 36
Figura 3.5: Ensayo para la elección del polímero ___________________________ 37
Figura 3.6: Modelo de PLA usado para el ensayo, modelo M0 ________________ 39
Figura 3.7: Modelo M1 usado para el ensayo ______________________________ 40
Figura 3.8: Modelo M3 usado para el ensayo ______________________________ 40
Figura 3.9: Bloque de 3 pasadas o capas__________________________________ 42
Figura 3.10: Dimensiones del modelo de 20x20mm, en 2D realizado con
AutoCAD__________________________________________________________ 42
Figura 3.11: Impresora 3D Prusa i3 Hephestos (Moebyus)____________________ 45
Figura 3.12: Sierra y soldador de estaño__________________________________ 45
Figura 3.13: Bloques obtenidos por impresión 3D, y modelo resultante _________ 46
Figura 3.14: Bloques obtenidos por impresión 3D, y modelo resultante _________ 47
Figura 3.15: Caja de moldeo___________________________________________ 48
Figura 3.16: Mezcladora de arena verde__________________________________ 48
Figura 3.17: Mezcla arena verde preparada para el moldeo ___________________ 49
Figura 3.18: Molde inferior y bebederos _________________________________ 49
Figura 3.19: moldeo en arena verde _____________________________________ 50
Figura 3.20: máquina mezcladora para moldeo en arena química ______________ 50
Figura 3.21: moldeo en arena química____________________________________ 51
ÍNDICE DE FIGURAS
Página 116 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Figura 3.22: moldeo en arena química, preparada para la colada_______________ 52
Figura 3.23: Horno de inducción con los lingotes de la aleación Al-12%Si_______ 53
Figura 3.24: Termómetro para tomar la temperatura del caldo de la aleación en el
horno de inducción _______________________________________ 53
Figuras 3.25: Calentamiento de la cuchara y vertido del caldo a ésta____________ 54
Figura 3.26: Colada tradicional ________________________________________ 54
Figura 3.27: Desmoldeo en arena verde y arena química respectivamente________ 55
Figura 3.28: Restos de PLA en la arena química___________________________ 55
Figura 3.28: Pieza obtenida tras la fundición en arena verde con los bebederos tras
la colada tradicional__________________________________________________ 56
Figura 3.29: Pieza obtenida tras la fundición en arena química con los bebederos y
la capa de la aleación que se ha solidificado en la parte superior del molde tras la
colada de lavado ____________________________________________________ 57
Figura 3.30: Rechupe a la entrada y material de la aleación a la salida __________ 57
Figura 3.31: Aspecto interior de los bebederos tras la colada _________________ 58
Figura 3.32: Chorreadora de arena ______________________________________ 59
Figura 3.33: Grata ___________________________________________________ 59
Figura 3.34: Peso utilizado para la medida de las piezas obtenidas_____________ 60
Figura 4.1: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Arena)_ 73
Figura 4.2: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Lado)__ 74
Figura 4.3: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Colada)_ 75
Figura 4.4: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%.(Llenado-Pasadas) 75
Figura 4.5: Gráfico de Residuos para la variable dependiente Llenado__________ 76
Figura 4.6: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Arena)_ 77
Figura 4.7: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Lado)__ 78
Figura 4.8: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-Colada) 79
Figura 4.9: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-
Pasadas)___________________________________________________________ 79
Figura 4.10: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-
Pasadas)___________________________________________________________ 81
Figura 4.11: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-
Colada)____________________________________________________________ 82
Figura 4.12: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (Llenado-
Pasadas____________________________________________________________ 83
Figura 4.13: Gráfico de Interacción entre el Llenado y los factores Pasadas y
Colada____________________________________________________________ 84
Figura 4.14: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (SUP-Lado)___ 86
Figura 4.15: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (LAT-Lado)___ 88
Figura 4.16: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (INF-Lado)____ 89
Figura 4.17: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (ARISTAS-
Lado)_____________________________________________________________ 91
Figura 4.18: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (SUP-Lado)___ 93
Figura 4.19 Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (LAT-Lado)____ 95
Figura 4.20: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (INF-Lado)___ 96
Figura 4.21: Gráfico de Medias e intervalos de confianza al 95%. (ARISTAS-
Lado)_____________________________________________________________ 98
Figura 4.22: Gráfico del ajuste_________________________________________ 99
Figura 4.23: Gráfico del ajuste_________________________________________ 100
Figura 4.24: Gráfico del ajuste_________________________________________ 102
Figura 4.25: Gráfico del ajuste_________________________________________ 103
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 117 de 184
Figura 7.1: Diagrama de Gantt completo__________________________________ 108
Figura 7.2: Diagrama de Gantt con las dos primeras fases____________________ 109
Figura 7.3: Diagrama de Gantt con la fase de ejecución______________________ 109
Figura 7.4: Diagrama de Gantt con la fases de redacción y de revisión__________ 110
ÍNDICE DE FIGURAS
Página 118 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 119 de 184
9. ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1: Categorías de fabricación aditiva definidas por la ASTM____________ 17
Tabla 2.2: Propiedades de los polímeros ABS, PLA y PVA relacionadas con la
impresión 3D ______________________________________________________ 25
Tabla 3.1: Número de modelos con sus datos para la fundición________________ 41
Tabla 3.2: Valores característicos de los modelos de PLA ___________________ 44
Tabla 3.3: Escala de valores para evaluar la calidad de la piel ________________ 62
Tabla 4.1: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 3
capas en la colada tradicional __________________________________________ 63
Tabla 4.2: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 2
capas en la colada tradicional __________________________________________ 64
Tabla 4.3: Valores obtenidos referidos al porcentaje de llenado para modelos de 2
capas en la colada de lavado __________________________________________ 65
Tabla 4.4: Modelos, piezas resultantes tras la colada y piezas finales ___________ 69
Tabla 4.5: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada
tradicional a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 3 capas en su
superficie _________________________________________________________ 69
Tabla 4.6: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada
tradicional a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 2 capas en su
superficie _________________________________________________________ 70
Tabla 4.7: Valoración del acabado superficial de las piezas obtenidas por la colada
de lavado a partir de modelos de PLA impresos en 3D que tienen 2 capas en su
superficie _________________________________________________________ 71
Tabla 4.8: Variable de llenado y los factores a analizar______________________ 72
Tabla 4.9: Análisis de varianza para Llenado - Tipo III de las sumas de
cuadrados_________________________________________________________ 73
Tabla 4.10: Tabla de rangos múltiples para ARENA con un 95% de confianza___ 73
Tabla 4.11: Tabla de rangos múltiples para LADO con un 95% de confianza_____ 74
Tabla 4.12: Tabla de rangos múltiples para COLADA con un 95% de confianza__ 74
Tabla 4.13: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con un 95% de confianza_ 75
Tabla 4.14: Variable de llenado y los factores a analizar_____________________ 76
Tabla 4.15: Análisis de varianza para Llenado - suma de cuadrados tipo III______ 77
Tabla 4.16: Tabla de rangos múltiples para ARENA con 95% confianza________ 77
Tabla 4.17: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza_________ 78
Tabla 4.18: Tabla de rangos múltiples para COLADA con 95% confianza_______ 78
Tabla 4.19: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza______ 79
Tabla 4.20: Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III___ 80
Tabla 4.21: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza______ 81
Tabla 4.22: Variable de llenado y los factores a analizar_____________________ 81
Tabla 4.23: Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III___ 82
Tabla 4.24: Tabla de rangos múltiples para COLADA con 95% confianza_______ 82
Tabla 4.25: Tabla de rangos múltiples para PASADAS con 95% confianza______ 83
Tabla 4.26: Análisis de varianza para LLENADO - suma de cuadrados tipo III___ 84
Tabla 4.27: Calidad de la piel en la superficie SUP_________________________ 85
Tabla 4.28: Análisis de varianza para SUP - suma de cuadrados tipo III_________ 85
Tabla 4.29: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza _________ 86
ÍNDICE DE TABLAS
Página 120 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Tabla 4.30: Calidad de la piel en la superficie LAT ________________________ 87
Tabla 4.31: Análisis de varianza para LAT - suma de cuadrados tipo III________ 87
Tabla 4.32: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza_________ 88
Tabla 4.33: Calidad de la piel en la superficie INF_________________________ 88
Tabla 4.34: Análisis de varianza para INF - suma de cuadrados tipo III ________ 89
Tabla 4.35: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza_________ 89
Tabla 4.36: Calidad de la piel en las ARISTAS ___________________________ 90
Tabla 4.37: Análisis de varianza para ARISTAS - suma de cuadrados tipo III ___ 90
Tabla 4.38: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza_________ 91
Tabla 4.39: Calidad de la superficie superior con respecto al lado_____________ 92
Tabla 4.40: Tabla ANOVA SUP-Lado __________________________________ 92
Tabla 4.41: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza ________ 93
Tabla 4.42: Calidad de la superficie lateral con respecto al lado ______________ 94
Tabla 4.43: Tabla ANOVA LAT-Lado__________________________________ 94
Tabla 4.44: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza ________ 94
Tabla 4.45: Calidad de la superficie inferior con respecto al lado _____________ 95
Tabla 4.46: Tabla ANOVA INF-Lado __________________________________ 96
Tabla 4.47: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza_________ 96
Tabla 4.48: Calidad de las aristas con respecto al lado______________________ 97
Tabla 4.49: Tabla ANOVA ARISTAS-Lado _____________________________ 97
Tabla 4.50: Tabla de rangos múltiples para LADO con 95% confianza ________ 97
Tabla 4.51: Datos del llenado y del lado para la regresión ___________________ 98
Tabla 4.52: Análisis de la varianza _____________________________________ 99
Tabla 4.53: Análisis de la varianza _____________________________________ 100
Tabla 4.54: Análisis de la varianza______________________________________ 101
Tabla 4.55: Análisis de la varianza______________________________________ 102
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 121 de 184
10. BIBLIOGRAFÍA
LIBROS DE CONSULTA
[1] Moldeo y fusión de piezas a partir de modelos realizados en PLA por impresión 3D, PFC,
ETSII, UPM. Zara San Segundo De Lucas.
[2] “Prácticas de laboratorio materiales I: Conformado por fundición”. Víctor Blázquez,
Unidad Docente de Siderurgia, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales,
Universidad Politécnica de Madrid.
ENLACES EN PÁGINAS WEB
[3]http://empresaiocupacio.gencat.cat/web/.content/19_-
_industria/documents/economia_industrial/impressio3d_es.pdf
[4] http://leapto3d.tumblr.com/
[5] http://reprap.org/wiki/RepRap/es
[6] Fundación Cotec para la innovación tecnológica. Disponible en:
http://myslide.es/documents/fabricacion-aditiva-como-base-para-el-desarrollo-de-la-fabrica-
digital-20.html
[7] “3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy”, 2015,
A.J.M. van Wijk, I. van Wijk. Disponible en:
https://books.google.es/books?id=tEAoBgAAQBAJ&pg=PA17&lpg=PA17&dq=sheet+laminat
ion+3d+printing&source=bl&ots=nKGTEcoR2b&sig=_a07aVgNFXtdk0qKzppnU5uJ_ac&hl=
es&sa=X&ved=0CFAQ6AEwAzgKahUKEwiO-
JGo0cnHAhWHvBQKHWPUBys#v=onepage&q=sheet%20lamination%203d%20printing&f=
false
[9] https://www.additively.com/en/learn-about/material-jetting
[10] http://www.tecnonauta.com/notas/1881-impresoras-3d-materiales
[11]http://www.teknlife.com/reportaje/asi-son-los-distintos-y-nuevos-filamentos-
termoplasticos-para-impresoras-3d/
[12] http://formizable.com/2014/09/02/guia-de-plasticos-y-otros-materiales-para-impresion-3d/
[13] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/26368.pdf
BIBLIOGRAFÍA
Página 122 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
[14] Libro blanco para la minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas. IHOBE,
S.A. Disponible en:
http://www.istas.net/risctox/gestion/estructuras/_3159.pdf
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 123 de 184
11. ANEXO I: PATRÓN DE SUPERFICIES
PATRÓN SUPERFICIES
5 4
3 2
1 0
ANEXO I: PATRÓN DE SUPERFICIES
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ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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12. ANEXO II: PATRÓN DE ARISTAS
PATRÓN ARISTAS
5 4
3 2
1 0
ANEXO II: PATRÓN DE ARISTAS
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ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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13. ANEXO III: ANÁLISIS PIEZAS OBTENIDAS
IDENTIFICACIÓN PIEZA 1
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 49 % LLENADO 29,87
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 128 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Como resultado de un llenado incompleto la pieza no ha conseguido llegar a la sección
buscada, y por consiguiente, a la geometría deseada.
La piel de la pieza es mala, con forma de aguas debido a que los gases producidos en la
colada no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 2
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 254,3 % LLENADO 87,20
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD RECHAZADA CALIDAD RECHAZADA
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD RECHAZADA CALIDAD RECHAZADA
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 130 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Pieza rechazada. Los valores no se ajustan a lo que deberían de obtenerse teniendo en
cuenta el número de pasadas del PLA en la impresión 3D, el tipo de colada, y el tipo de
arena utilizado.
La piel de la pieza es mala, superficie con irregularidades, no definidas las aristas.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 3
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 42,3 % LLENADO 25,80
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 132 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Como resultado de un llenado incompleto la pieza no ha conseguido llegar a la sección
buscada, y por consiguiente, a la geometría deseada.
La piel de la pieza es mala, con forma de aguas debido a que los gases producidos en la
colada no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 4
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 92,6 % LLENADO 31,76
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 134 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Como resultado de un llenado incompleto la pieza no ha conseguido llegar a la sección
buscada, y por consiguiente, a la geometría deseada.
La piel de la pieza es mala, con forma de aguas debido a que los gases producidos en la
colada no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 5
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 70,20 % LLENADO 42,80
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 136 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde.
Restos del polímero PLA incrustado en la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 6
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 154,3 % LLENADO 52,90
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,0 CALIDAD 0,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 138 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
Residuos del polímero PLA incrustado en la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 7
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 94,9 % LLENADO 57,86
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado incompleto e irregular.
Superficies y aristas no definidas, con diferentes tamaños en la sección de la pieza.
La piel de la pieza es mala, con forma de aguas debido a que los gases producidos en la
colada no pudieron escapar durante el proceso.
Restos del polímero PLA incrustado en la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 8
NÚMERO DE
PASADAS 3 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 157,80 % LLENADO 54,12
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 142 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto. Superficie irregular con aristas indefinidas.
La piel de la pieza es mala, con forma de aguas debido a que los gases producidos en la
colada no pudieron escapar durante el proceso.
Residuos del polímero PLA incrustado en la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 9
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 88,9 % LLENADO 54,2
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 144 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
Residuos del polímero PLA incrustado en la pieza.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 10
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 151,8 % LLENADO 52,0
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,5 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 146 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto. Superficies y aristas no definidas.
La piel de la pieza es mala, formación de aguas en el primer tramo de la pieza, y el resto
de tramos con pequeñas cavidades o poros.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 11
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 110,4 % LLENADO 67,30
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,5 CALIDAD 0,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 148 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, principalmente en la zona superior. La
sección de la pieza no es homogénea. Las aristas no están definidas.
La calidad de la piel es mala.
Residuos del polímero PLA incrustado en la arena tras la colada.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 12
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M0
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 158,7 % LLENADO 54,42
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 2,0 CALIDAD 0,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 150 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
Residuos del polímero PLA incrustado en la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 13
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 137,3 % LLENADO 83,71
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 1 CALIDAD 1
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1 CALIDAD 1
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 152 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
Formación de olas en la piel, debido a los gases producidos en la colada que no pudieron
escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 14
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 170,4 % LLENADO 58,44
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 1,0 CALIDAD 0,75
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,0 CALIDAD 0,75
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 154 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
Rechupe en la superficie inferior.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 15
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 94,90 % LLENADO 57,86
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 1,0 CALIDAD 0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,0 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 156 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares. Las aristas no están definidas.
Formación de olas en la piel, debido a los gases producidos en la colada que no pudieron
escapar durante el proceso.
Color rojizo en la piel de la superficie superior de la pieza debido al color del polímero
utilizado en el modelo.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 16
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 157,6 % LLENADO 54,05
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 1,5 CALIDAD 1,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1,25 CALIDAD 1,0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 158 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 17
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 139,9 % LLENADO 85,29
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 1 CALIDAD 0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 160 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas no definidas.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 161 de 184
IDENTIFICACIÓN PIEZA 18
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 208,2 % LLENADO 71,40
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 162 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas no definidas.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades especialmente en la zona superior de la
pieza, indican el sentido del caldo durante la colada al entrar en el molde. Formación de
olas debido a los gases producidos en la colada que no pudieron escapar durante el
proceso.
Rechupe en la superficie inferior.
ESTUDIO DE COLABILIDAD DEL ALUMINIO CON MODELOS REALIZADOS EN PLA POR IMPRESIÓN 3D
CAROLINA BUSTOS NUEVO Página 163 de 184
IDENTIFICACIÓN PIEZA 19
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 120,40 % LLENADO 73,40
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 0,7 CALIDAD 0,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,5 CALIDAD 0,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 164 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares. Las aristas no están definidas.
Formación de olas en la piel, debido a los gases producidos en la colada que no pudieron
escapar durante el proceso. Las irregularidades en la zona superior y lateral indican el
sentido del caldo durante la colada al entrar en el molde. Acumulación de poros a lo
largo de la pieza.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 20
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 223,8 % LLENADO 76,75
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 1,75 CALIDAD 1,0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 0,75 CALIDAD 0,75
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 166 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado incompleto, superficies irregulares, y aristas redondeadas.
La sección de la pieza no es homogénea.
La calidad de la piel es mala, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
Rechupe muy marcado en la superficie inferior.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 21
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 25 x 25
ÁREA TEÓRICA
(mm) 28250
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 168750
MASA REAL
(g) 393,0 % LLENADO 86,26
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 2,5 CALIDAD 3,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 4,0 CALIDAD 3,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 168 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado casi completo, superficies regulares, y aristas definidas.
Prácticamente sin rugosidad en las superficies de la pieza, a excepción de la parte
superior, debido a los gases, que se han acumulado en esta zona durante la colada,
enfriando el material, presentando este aspecto rugoso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 22
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 25 x 25
ÁREA TEÓRICA
(mm) 28250
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 168750
MASA REAL
(g) 397,3 % LLENADO 87,20
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 3,0 CALIDAD 3,75
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 4,5 CALIDAD 3,0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 170 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado casi completo, superficies regulares, y aristas definidas.
Prácticamente sin rugosidad en las superficies de la pieza, a excepción de la parte
superior, debido a los gases, que se han acumulado en esta zona durante la colada,
enfriando el material, presentando este aspecto rugoso.
Se observa con detalle las uniones de las piezas del polímero PLA utilizado como
modelo en las superficies laterales.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 23
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 30 x 30
ÁREA TEÓRICA
(mm) 31500
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 243000
MASA REAL
(g) 487,1 % LLENADO 74,24
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 2,5 CALIDAD 4,0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 2,5 CALIDAD 3,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado incompleto. Superficies laterales de buen aspecto, sin rugosidades. Superficies
superior e inferior con rechupe. Aristas definidas.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 24
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE COLADA M3
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 30 x 30
ÁREA TEÓRICA
(mm) 31500
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 243000
MASA REAL
(g) 597,8 % LLENADO 91,11
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 3,5 CALIDAD 3,25
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 4,0 CALIDAD 3,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado casi completo. Superficies prácticamente lisas, de buen aspecto, sin
rugosidades, a excepción de la superficie superior, que tiene la piel con forma de aguas y
las irregularidades debidas a los gases producidos en el proceso de colada. La superficie
inferior tiene un ligero rechupe. Aristas definidas.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 25
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE LAVADO M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 158,0 % LLENADO 96,33
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 2,75 CALIDAD 4,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 4,8 CALIDAD 4,0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado prácticamente completo.
A excepción de la superficie superior, superficies y aristas definidas, acabado de la piel
liso, se observan los detalles del modelo utilizado de PLA.
En la superficie superior formación de olas en la piel, debido a los gases producidos en
la colada que no pudieron escapar durante el proceso. En la superficie lateral, según se
asciende, la rugosidad va aumentando.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 26
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE LAVADO M3
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 15 x 15
ÁREA TEÓRICA
(mm) 16650
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 60750
MASA REAL
(g) 150,7 % LLENADO 91,88
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 3,5 CALIDAD 4,75
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 4,8 CALIDAD 4,5
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado prácticamente completo.
A excepción de la superficie superior, superficies y aristas bien definidas, acabado de la
piel liso, se observan los detalles del modelo utilizado de PLA.
En la superficie superior, en el segundo y tercer tramo, formación de olas en la piel,
debido a los gases producidos en la colada que no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 27
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE LAVADO M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 18 x 18
ÁREA TEÓRICA
(mm) 19116
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 87480
MASA REAL
(g) 218,4 % LLENADO 92,47
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 2,75 CALIDAD 3,75
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 3,75 CALIDAD 4,75
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado prácticamente completo.
Aristas definidas. A excepción de la superficie superior, acabado de la piel aceptable-
bueno, con pequeñas rugosidades.
En la superficie superior formación de olas en la piel, debido a los gases producidos en
la colada que no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 28
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE LAVADO M1
TIPO DE
ARENA VERDE SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 286,1 % LLENADO 98,11
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 2,5 CALIDAD 3,5
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 3,5 CALIDAD 4,0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
Página 182 de 184 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
OBSERVACIONES
Llenado prácticamente completo.
Aristas definidas. A excepción de la superficie superior, acabado de la piel aceptable,
con pequeñas rugosidades.
En la superficie superior, las irregularidades indican el sentido del caldo durante la
colada al entrar en el molde. Formación de olas debido a los gases producidos en la
colada que no pudieron escapar durante el proceso.
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IDENTIFICACIÓN PIEZA 29
NÚMERO DE
PASADAS 2 TIPO DE LAVADO M1
TIPO DE
ARENA QUÍMICA SECCIÓN (mm) 20 x 20
ÁREA TEÓRICA
(mm) 22400
VOLUMEN
TEÓRICO (mm) 108000
MASA REAL
(g) 287,6 % LLENADO 98,63
SUPERFICIE SUPERIOR SUPERFICIE LATERAL
CALIDAD 4,0 CALIDAD 3,0
SUPERFICIE INFERIOR ARISTAS
CALIDAD 3,0 CALIDAD 4,0
ANEXO III: ANÁLISIS DE PIEZAS OBTENIDAS
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OBSERVACIONES
Llenado prácticamente completo.
Acabado de la piel aceptable-bueno. Uniones vistas, aristas definidas, misma rugosidad
que el modelo utilizado de PLA.
La superficie inferior tiene esa rugosidad por un defecto al pisar al poner el modelo en la
arena.