DEPARTAMENTO DE ENERGA Y MECNICA

SISTEMAS CAD CAM CAE

TEMA:

TECNOLOGAS DE PROTOTIPADO RPIDOINTEGRANTES:

CHASILUISA SANDRA

CHATO PATRICIA

LOAYZA MARA CRISTINA TAPIA GALO

NIVEL:

OCTAVO MECATRNICA

PARALELO

A

DICIEMBRE DEL 2104

INTRODUCCIN

Resulta innovador el lograr fabricar rpidamente algunos modelos fsicos utilizandodatos de diseo asistido por ordenador (CAD) en tres dimensiones, el prototipado rpidoes un conjunto de tecnologas que lo puede conseguir.

Los sistemas de prototipado rpido surgieron en 1987 con el proceso deestereolitografa (SL) de la empresa norteamericana 3D Systems. En los aos siguientesse introdujeron otras tecnologas de prototipado rpido tales como: Fused DepositionModeling (FDM), sinterizado selectivo por lser y fabricacin de objetos laminados.

Todos y cada uno de los tipos de tecnologas ofrecen mltiples ventajas, las msimportantes son:

Comunicacin rpida y eficaz de las ideas de diseo.

Validacin eficaz del ajuste, la forma y la funcin del diseo. Mayor flexibilidad de diseo, con la posibilidad de pasar rpidamente por

diversas iteraciones de diseo.

Menos errores de diseo de produccin y mejores productos finales.

En cuanto a tiempo de construccin de los modelos fsicos, normalmente, los sistemasde prototipado rpido son capaces de fabricar modelos 3D en cuestin de horas. Noobstante, esto puede variar ampliamente, dependiendo del tipo de mquina que se utilicey del tamao y nmero de modelos que se estn fabricando.

A continuacin se estudiarn los 6 tipos de tecnologas mayormente usadas en elmercado del prototipado rpido.

DESARROLLO

Las tecnologas ms difundidas son en la actualidad:

SLA (Estereolitografa).

La Estereolitografa (SLA o SL; tambin conocida como fabricacin ptica, foto-solidificacin entre otras) es una forma de tecnologa de manufactura (o impresin 3D)utilizada para la produccin de modelos, prototipos, patrones, o piezas definitivas.

Es la tcnica de prototipado y fabricacin rpida ms antigua.

TecnologaLa Estereolitografa es un proceso de fabricacin por adicin que emplea resina quecura mediante luz ultravioleta en un tanque, y un lser ultravioleta para construir losobjetos. Los objetos tridimensionales son obtenidos mediante la adicin de finas capas,impresas una encima de otra. Cada capa es una seccin transversal del objeto que ellser traza en la superficie de la resina, que es el material consumible. La resina lquidacura y se solidifica mediante la exposicin al lser de luz ultravioleta, quedando as lacapa recin solidificada pegada a la capa previa que exista debajo de ella.

Una vez que la capa a imprimir ha sido creada, la plataforma de elevacin del equipodesciende una distancia equivalente al grosor de una capa de resina solidificada(tpicamente entre 0.05 y 0.15 mm). Una hoja barre la pieza dejando una nueva capa deresina lquida en la superficie de la cubeta, lista para la siguiente impresin del lser. Deesta forma se va creando, capa a capa una pieza tridimensional. Una vez que la piezatridimensional se ha completado, sta se sumerge en un bao qumico que retira elexceso de resina y, posteriormente, curada en un horno de luz ultravioleta.

La Estereolitografa necesita de estructuras para soportar la pieza a la plataforma deelevacin de forma que se evite la defleccin de la pieza por gravedad. Tambin sujetala seccin transversal en el lugar correcto para que no se deslice cuando pasa la hoja dere-aplicacin de resina. Los soportes suelen ser generados automticamente durante lapreparacin del modelo por ordenador CAD, aunque podran requerir intervencinmanual. Los soportes deben ser retirados del modelo final de forma manual.

Materiales

Las resinas que se suelen utilizar son:

Resina blanca opaca tipo ABS Especial (no es ABS realmente). Resina blanca ABS Especial con infiltraciones para mejorar sus propiedades

mecnicas

Resina translcida.

Figura 1 Resina similar al plstico ABS

Figura 2 Resina Watershed transparente

La mayora de equipos de Estereolitografa son capaces de producir objetos con unmximo de, aproximadamente, 50x50x60 cm, aunque hay algunos que llegan a los210x70x80 cm.

Las piezas fabricadas mediante Estereolitografa son suficientemente duras como paraser mecanizadas, y pueden tambin ser usadas en la creacin de moldes maestros paramoldeo por inyeccin, termo conformado, moldeo por soplado, y varios procesos deforja.

Las resinas utilizadas pueden ser ms frgiles y menos flexibles que en el sinterizadolser SLS.

Los objetos obtenidos mediante esta tecnologa son sensibles tanto a la humedadambiental como a la temperatura, aunque hay procesos posteriores que mitigan dichasdebilidades.

Partes principales:La Estereolitografa (SLA) parte de una cuba llena de material consumible, sobre el queincide un rayo lser para polimerizarlo e ir construyendo las piezas por capas. Cuando el

lser ha solidificado todo el contorno de la capa, la cuba desciende y una nueva capa deresina lquida virgen cubre el rea de trabajo. Cuando la pieza est terminada, la cubaasciende para escurrir la resina sobrante y se procede al secado, limpieza y curado finalde la pieza.

Figura 3 Partes principales

Fotopolimerizacin por luz ultravioleta. SGC.

La tecnologa Solid Ground Curing (SGC), curado en tierra slida, nacida de la empresaisrael Cubital en 1991 se basa, al igual que la estereolitografa, en la solidificacin deun fotopolmero o resina fotosensible. En la fotopolimerizacin, sin embargo, se irradiacon una lmpara de UV de gran potencia todos los puntos de la seccinsimultneamente.

Funcionamiento.La tecnologa SGC realiza un curado de un fotopolmero capa a capa. En lugar de usarun lser explorador para realizar el curado de una capa dada, la capa completa se exponea una fuente de luz UV a travs de una mscara que se coloca encima de la superficie deun polmero lquido. El proceso de endurecimiento requiere de 2 a 3 segundos por capa.Primeramente se genera un modelo CAD dividido por capas para lo cual se puedeutilizar software Data Front EndR (DFER). Para cada capa se genera una mscara. Sedistribuye una capa plana delgada de fotopolmero liquido sobre la superficie de trabajoy se coloca la mscara encima, se expone entonces a una fuente UV de alta energa. Ellquido expuesto a la fuente solidifica y el que queda oculto por la mscara queda enestado lquido. Acto seguido se limpia el rea de trabajo retirando el lquido sobrante yse rellenan las reas abiertas de la capa con cera caliente, la cual servir de sostn alenfriarse.

Figura 4 Esquema SGC.

Figura 5 Esquema del proceso de SGC.

Materiales: Fotopolmeros y resinas fotosensibles.

Aplicaciones: Fabricacin de modelos para: Presentaciones de diseo conceptual. Diseo de pruebas. Test de ingeniera.

Fabricacin de grandes piezas.

Herramientas y aplicaciones de fundicin.

Medicina. Diagnstico, material quirrgico, diseo de prtesis, etc.

Ventajas: Se obtiene mayor precisin y mejores propiedades mecnicas debido a la forma de

polimerizacin.

Se pueden generar varias piezas de una vez.

Rara vez se requiere soporte, gracias a la utilizacion de la cera.

Las piezas generadas no presentan efecto de contraccin.

Presentan gran resistencia y alta estabilidad estructural lo que les hace ser menos

frgiles.

No se necesita proceso de post-curado. Es capaz de generar partes muy complicadas sin gran dificultad.

Se puede interrumpir el proceso y borrar las capas errneas.

Limitaciones: El equipo es ms caro y pesado, pudiendo llegar a los 400.000 y las cinco toneladas.

Son de gran tamao. Conlleva mayor complejidad lo que supone tener personal cualificado supervisando el

proceso en todo momento. En la fabricacin se pueden producir virutas de cera que deben ser limpiadas de la

mquina, as mismo estas partculas se pueden quedar atascadas en grietas o rincones dela pieza en fabricacin. En el proceso de fabricacin se puede llegar a generar un nivel de ruido muy superioral de otros procesos. Los modelos son traslucidos y quebradizos.

Consideraciones geomtricas: Tamao mximo de las piezas: 35,5x51x51cm.

Posibilidad de creacin de piezas grandes y complejas.

MODELADO POR DEPOSICIN DE HILO FUNDIDO. FDM.

Fusion Deposited Modelling, FDM, es la tecnologa de prototipado rpido ms usadadespus de la estereolitografa, y a la que recurren los centros de diseo de lasprincipales marcas mundiales de sectores como: automocin, aeronutica, informtica,package, etc.

Funcionamiento.

Un filamento de plstico se desenrolla de una bobina y abastece material hacia unaboquilla de extrusin. La boquilla se alimenta con un filamento de un tamao alrededorde 1,25mm que es calentado a una temperatura entre 0,5-1C por debajo de latemperatura de fusin del material. La boquilla queda montada en una plataformamecnica, que puede moverse en direccin horizontal y vertical.

A medida que la boquilla se desplaza por la mesa de acuerdo con la geometraadecuada, deposita una fina capa de plstico extruido para formar cada capa. El plsticose endurece inmediatamente despus de salir expulsado de la boquilla y se adhiere a lacapa de abajo. Todo el sistema est dentro de una cmara, que se conserva a unatemperatura justo por debajo del punto de fusin del plstico.

El cabezal va imprimiendo por capas hasta completar los prototipos. Para sustentar laszonas en voladizo de la pieza, se extruye un segundo material de soporte que se eliminafcilmente, por ejemplo disolvindolo en agua. De esta forma se obtienen prototiposfuncionales realizados en materiales termoplsticos, excelentes para ensayos y montajese incluso algunos materiales con una resistencia a altas temperaturas (200C).

El tamao de las capas pueden regularse (dependiendo de la mquina y el material)desde 0,127mm hasta 0,33mm de espesor.

Figura 6. Esquema mquina FDM (Printers3d, 2012)

Figura 7. Mquina FDM-2000

Materiales:

El ABS ofrece una resistencia adecuada y ltimamente se han introducidomateriales como el policarbonato, mezclas PC-ABS y polifenilsulfonas, loscuales aumentan la capacidad del mtodo en cuanto a resistencia y rango detemperatura.

Ceras y plstico tipo nylon (Rodriguez)

Aplicaciones:

Prototipos creados para conceptualizacin y presentacin. Debido a que elprototipo creado con esta tecnologa se puede pintar, lijar, perforar, se puedepresentar terminado casi como el producto real.

Prototipos para pruebas funcionales. Los creados con ABS pueden llegar apresentar un 85% de la resistencia real del producto real, hacindolos muyrecomendables para productos de consumo.

Ventajas:

Realiza piezas que tienen una alta precisin, reflejando fielmente el diseo, tantoen tolerancias de forma, como dimensionales. Campos de tolerancia mxima de0,1 mm en 400mm de longitud.

Los prototipos creados no se deforman, son estables dimensionalmente y conmuy buenas caractersticas mecnicas, para realizar ensayos funcionales,montajes, etc.

Se realiza con materiales con excelentes resistencias a la temperatura desde 85C hasta 220 C

Aptos para pintar, cromar, mecanizar.

Las piezas son menos pesadas que, por ejemplo, en la estereolitografa. Su velocidad relativa y bajo coste, permite hacer pequeas series.

Limitaciones:

Acabado superficial no demasiado bueno, aspecto granulado. Necesidad de soportes. Presenta escasa consistencia vertical.

Tiene una exactitud restringida debido al tamao de los filamentos con los quese trabaja.

En general la velocidad de generacin no es elevada. Cuando se trata de piezasgrandes o gruesas se hace un proceso muy lento.

Se pueden generar tensiones dentro del modelo debido al calentamiento y rpidoenfriamiento que sufre el material en la deposicin. Esto puede provocardistorsiones en el producto final. (UNED)

SLS, Sinterizado de Laser

Mediante esta tecnologa se fabrican a partir de ficheros CAD 3D prototipos funcionalesen material Poliamida. El sistema de Sinterizado, utiliza un lser para aglutinar unaspartculas de polvo de plstico de forma que va conformando una pieza mediante elpolvo. Como todas las tecnologas de prototipado, funciona por capas, en este caso depolvo. El propio polvo no aglutinado, sirve de soporte para las zonas en voladizo deldiseo. Esta tecnologa cuenta con la posibilidad de trabajar en varios materiales eincluso de incorporarle cargas de fibra para darle mayor resistencia a los prototipos. Elacabado superficial es rugoso pero la funcionalidad de los prototipos es buena. El colorde las piezas es blanco. El coste de los prototipos se reduce significativamente al enviarconjuntos que puedan realizarse en una misma cuba.

Materiales

La gama de materiales que pueden utilizarse con este proceso es amplia, incluyendopolmeros, ceras, metales y cermicos. De la eleccin del material depende la potencianecesaria del lser. Por lo que en general se utilizan polmeros.

Poliamida

Metales

Cermicos

Elastmeros

Materiales para micro fusin.

Partes principales:Un sistema de rodillo se encarga de depositar el polvo sobre la plataforma de formacin.El sinterizador consiste en un rayo lser infrarrojo automatizado que cubre la seccinque resultar slida. La cmara est sellada y se mantiene a una temperatura justo por

debajo del punto de fusin del polvo y atmsfera inerte. Luego, el resto del polvosobrante debe ser extrado y puede reutilizarse hasta un 30%. La pieza debe dejarseenfriar en la mquina y, si se trata de grandes dimensiones, esta etapa puede durar hastados das.

Figura 8 Partes principales

Ventajas: Ms firme que la tecnologa de impresin 3D SLA. Se usa para fabricar piezas

estructurales y funcionales.

Soportan la humedad y temperaturas moderadamente elevadas (hasta 180C) sinque se vean afectadas ni sus dimensiones ni las caractersticas del material.

Debido a la inexistencia de columnas de soporte en la generacin de las piezas,existe una mayor libertad de generacin.

Es posible anidar piezas (unas sobre otras en la misma cubeta). Los materiales son resistentes a los ataques qumicos. No necesita post-curado. Autonoma de curado. Fabricacin multiserie.

Desventajas: Acabado superficial rugoso debido a las micro esferas del material utilizado. Propiedades mecnicas menores que las propiedades originales del material. Complejidad en el cambio de materiales comparado con la tecnologa de

impresin 3D FDM Precisin superficial porosa. Tolerancia dimensional variable segn tamao de pieza. Velocidad de fabricacin media.

Aplicaciones de las impresoras 3D

Generalidades

Aplicaciones tpicas incluyen visualizacin de diseos, prototipado/CAD, arquitectura,educacin, salud y entretenimiento. Otras aplicaciones pueden llegar a incluirreconstruccin de fsiles en paleontologa, replicado de antigedades o piezas deespecial valor en arqueologa y reconstruccin de huesos y partes del cuerpo en cienciaforense y patologa.

Arte

Ms recientemente el uso de las tecnologas de impresin 3D ha sido sugerido.21Artistas han usado impresoras 3D de diferentes maneras.22 Durante el Festival deDiseo de Londres, un montaje, desarrollado por Murray Moss y dirigido a la impresin3D tuvo lugar en el Museo de Victoria y Alberto. La instalacin fue llamada IndustrialRevolution 2.0: How the Material World will Newly Materialise.23

Biotecnologa

La tecnologa de impresin 3D est siendo actualmente estudiada en el mbito de labiotecnologa, tanto acadmico como comercial, para su posible uso en la ingeniera detejidos, donde rganos y partes del cuerpo son construidas usando tcnicas similares a lainyeccin de tinta en impresin convencional. Capas de clulas vivas son depositadassobre un medio de gel y superpuestas una sobre otra para formar estructurastridimensionales. Algunos trminos han sido usados para denominar a este campo deinvestigacin, tales como impresin de rganos, bio-impresin e ingeniera de tejidosasistida por computadora, entre otros.24

Arqueologa

El uso de tecnologas de escaneo 3D, permite la rplica de objetos reales sin el uso deprocesos de moldeo, que en muchos casos pueden ser ms caros, ms difciles ydemasiado invasivos para ser llevados a cabo; en particular, con reliquias de alto valorcultural25 donde el contacto directo con sustancias de moldeo puede daar la superficiedel objeto original.

Fabricantes

Impresoras industriales

Objet Geometries Voxeljet Stratasys

3D Systems

EOS GmbH

Membino GmbH

Kits para crear tu propia impresora 3D

Ultimaker

Makerbot

Asturbot

Velleman

Proveedores especializados en componentes para impresoras

ThingiBOX

Reprapworld

BricoGeek

i3Dlc.

Servicios de impresin 3D on-line

Shapeways

Sculpteo

Ponoko

Cresilas

FABRICACIN POR CORTE Y LAMINADO. LOM.

Se basa en el uso de una hoja de papel encolada que se posiciona automticamentesobre una plataforma y se prensa con un rodillo caliente quedando adherida a la hojaprecedente.

Funcionamiento.

La tcnica LOM es un proceso automatizado que genera una pieza tridimensionalbasada en una representacin CAD por laminacin secuencial de lminas transversales.

Proceso de fabricacin

El material inicial es una hoja delgada enrollada en un rodillo alimentador conectada aun rodillo colector pasando sobre la plataforma de trabajo, el material es generalmentepapel encolado que al ser posicionado sobre la plataforma es apisonado por un rodillocaliente de tal manera que la nueva capa de material se adhiera a la anterior. El equipoest compuesto por una serie de sistemas, el sistema ptico compuesto por el dispositivolaser, equipo de a deflexin (lentes y espejos) y el cabezal ptico x-y, se encarga delcorte del contorno de cada capa a una profundidad igual al espesor de la hoja dematerial, el sistema alimentador se encarga de proveer el material para cada capa a unatemperatura preestablecida y recolectar parte del desperdicio de materia prima, elsistema elevador de la plataforma desciende un espeso (Ardila)

El factor temperatura es crtico y ha de mantenerse constante a lo largo del proceso porlo que la maquinaria dispone de un circuito cerrado que asegura este condicionante.

Figura 9. Esquema de funcionamiento (Printers3d, 2012)

Figura 10. Mquina LOM-2030E.

Figura 11. Mquina LOM-1015Plus.

Materiales:

En principio cualquier material en lmina con adhesivo puede ser usado paraesta tecnologa, sin embargo el ms usado es el papel Kraft con un polietilenotermosellable, por su disponibilidad y rentabilidad.

Papel, polister, nylon, celulosa. (Rodriguez)

Aplicaciones:

Cubre un amplio espectro de industrias, incluyendo la aeroespacial y laautomocin, productos de consumo y dispositivos mdicos que va desdeinstrumentos a prtesis. Permite ver la forma la forma final, el tamao y la

funcin de los prototipos as como producir un pequeo volumen de productosterminados.

Se suele usar para visualizar un producto en sus dimensiones exactas, lo cualpermite tener una rplica real del producto realizando pruebas de consumo,introduccin en su comercializacin, muestras de embalaje, etc.

Ventajas:

Se pueden usar una amplia variedad de materiales de partida, los cuales puedenvariar en tipo o espesor de la lmina para satisfacer necesidades funcionales yespecificaciones del prototipo a crear.

Es muy ventajosa, en tiempo de fabricacin, para piezas grandes y voluminosasya que el lser no explora toda la superficie de cada seccin transversal sino queslo describe su periferia, lo que hace que no importe el grueso la seccin a

trabajar, el tiempo es el mismo en una seccin delgada que en otra igual perogruesa.

Alta precisin. Se maneja en valores inferiores a 0,127mm. No presentaproblemas de contraccin, tensiones residuales internas o deformacin.

No tiene necesidad de soporte adicional ya que la parte en construccin se puedeapoyar fuera de la periferia de la parte construida, la cual acta como soporte.

Limitaciones:

La potencia del lser de corte necesita ser controlada con precisin para que estecorte la capa actual de laminacin y no penetre en capas previamente cortadas.Un mal control puede distorsionar el prototipo.

No est recomendad para la construccin de piezas con lminas muy delgadas yaque estas no son suficientemente rgidas y al retirar el prototipo del soportepuede sufrir daos si no se realiza con las debidas precauciones.

Hay que tener en cuenta que estos prototipos estn construidos por lminasunidas por adhesivo. Lo cual hace que la integridad de los prototipos LOMdependa de la fuerza adhesiva de la cola usada en la lmina de trabajo. Puedeocurrir que estos prototipos no respondan a sus requerimientos mecnicos.

La eliminacin de los soportes es la parte ms laboriosa, cuando la pieza ha deser separada del bloque rectangular de material laminado. La persona que larealiza ha de ser consciente de las partes delicadas dentro del modelo a fin de nodaarlo. (UNED, 2012)

DSPC. Proyeccin aglutinanteEsta tecnologa trabaja mediante la deposicin de material en polvo en capas y laligazn selectiva del mismo mediante la impresin de "chorro de tinta" de un materialaglutinante.

CONCLUSIONES

En la universidad se cuenta con dos mquinas de prototipado rpido, la primera fueadquirida para la realizacin de modelos y prcticas en la misma. Se trata de unaimpresora 3D modelo Dimension 768, este equipo trabaja con un tipo de tecnologaBST y, TSM y lite, por la que poseen su velocidad y soporte soluble respectivamente.Los modelos de este equipo trabajan por lo tanto con plstico ABS, por lo que las partes

para modelados son fuertes y duraderas. El ABS tambin se asegura de que poderperforar y pintar las piezas creadas.

Otra caracterstica con la que cuenta este equipo es el calentarse toda la cmara internadonde se localiza la pieza o forma deseada para as mantener el plstico maleablemientras se deposita de unos cartuchos el material a trabajar.

En la figura se muestra una fotografa donde muestra la apariencia de la impresoraDIMENSION 768.

Figura 12. Impresora dimension 768.

Otra impresora con la que cuenta la universidad, es gracias a la elaboracin de una tesisde grado, la misma trabaja con un tipo de tecnologa FDM (Deposicin de hilofundido), este tipo de tecnologa trabaja de igual forma que la anterior, con la diferenciaque el material de la bobina a usar es de ms fcil acceso que la del anterior tipo deimpresora.

A pesar de contar con la misma tecnologa que la impresora anterior, esta calientasolamente la base en donde estar apoyada la pieza o forma deseada, con lo que s espermitido abrir la compuerta durante el proceso de construccin de la pieza, no as en elcaso anterior.

En la figura se muestra la apariencia con la que cuenta la impresora diseada por losestudiantes de la universidad.

Figura 13. Impresora creada con tecnologa FDM.

BIBLIOGRAFA: GUA PRCTICA DE RPID MANUFACTURING. PEDRO HERNNDEZ

CASTELLANO. PAG 25 CAPITULO 2 TECNOLOGIAS DE RAPIDMANUFACTURING.http://site.ebrary.com/lib/espesp/docDownload.action?chapterDownloadPageNumber=3&isChapterPageOrFullDownload=PAGE&logicalPageStartNumber=1&logicalPageEndNumber=67&commonId=10732596&maxPage=227&chapter_end=&action=download&download_session_limit=68&channelChapterDownloadEnabled=true&channelFullDownloadEnabled=true

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA IMPRESORA 3D AUTO-

REPLICABLE CONTROLADA INALMBRICAMENTE PARA ELPROTOTIPADO DE PIEZAS PLSTICAS DE BAJO COSTO, MEDIANTESOFTWARE LIBRE. SUSANA CHANCUSI Y PAUL NAVARRETE. PAG 9

PROTOTIPADO RAPIDO.https://attachment.fbsbx.com/messaging_attachment.php?aid=17e4bb9851c84b31377be358f321c742&mid=mid.1417964341775%3A85f1821751d209b323&uid=100000035185010&accid=100000035185010&ext=1418007575&hash=AQCtee1CW23C_D9eTgn55Th2zrAmaTjK3xqh5V3C3E3sqw