Unidad 3. Diseño e impresión en 3D. Fabricación sostenible

La aparición de los plásticos en nuestro mundo, a mediados del siglo XIX, supuso una revolución, todo podía hacerse con plástico, todo material podía sustituirse por un equivalente plástico..., durante años, se creía que era el material perfecto...

3.0 Introducción a los materiales plásticos

Introducción a los Materiales

Para recordar conceptos estudiados en segundo, empezamos repasando los materiales de uso técnico, entre los que se encuadran los plásticos...

Nota: En este cuadro no están las maderas, que estudiamos el curso anterior.

Características de los materiales plásticos. Ventajas y Desventajas:

Ventajas: Ligereza, fácil conformación, propiedades muy diversas. Permiten la fabricación de cualquier objeto, sustituyendo a cualquier otro material.
Desventajas: Degradación y biodegradibilidad muy lentas, se generan muchos residuos y son difíciles y caros de eliminar.

Actividad 1. Cita al menos diez objetos de uso cotidiano realizados en plástico.

3.1 Materiales plásticos

Definición: Los plásticos son materiales formados por largas cadenas, polímeros, de elementos muy sencillos, monómeros. Según la unión de estas cadenas, los plásticos pueden ser termoplásticos (cadenas separadas), termoestables (cadenas entrelazadas) y elastómeros (cadenas enrolladas.

3.2 Tipos de plásticos

Termoplásticos: De estructura débil, son aquellos que se pueden moldear por calor y reciclar tantas veces como se quiera.

Termoestables: De estructura más compleja, en forma de red, pueden ser moldeados térmicamente, pero sólo una vez, tras la cual no pueden volver a fundirse.

Elastómeros: Son materiales muy flexibles, que pueden deformarse pero que recuperan forma y dimensión tras estos esfuerzos. Se degradan fácilmente, y no pueden volver a formarse.

Actividad 2: Realiza un cuadro resumen con los principales formas comerciales de plástico, indicando sus principales usos.

Actividad 2 Opcional: Ayudándote de un procesador de textos y de internet, elabora el mismo cuadro resumen.

Debería quedarte algo así: https://classroom.google.com/g/tg/MzQ1MDQxNjQ4MjAx/NDgxMjk2NDYyNDAx#u=Mzk3MzQyODQzOTAx&t=f

3.3 Conformado de plásticos

Método básico de conformación:

Los plásticos se fabrican a partir de pequeñas unidades lenticulares o gránulos de material, que se calientan hasta fundirse, tras lo cual se les añade color y aditivos y luego se forman por métodos de moldeo, presión, etc.

Según el tipo de plástico a que nos refiramos, la forma de fabricación (denominada conformación), puede ser de una forma u otra.

Extrusión: Se emplea con materiales termoplásticos, y se utiliza para la creación de objetos contínuos como tubos, perfiles, etc. El plástico se amasa, calienta y se hace pasar por una boquilla que le da forma.

Moldeo por Inyección: Se utiliza para la fabricación de carcasas, juguetes, cubos y cuencos, etc. El plástico fundido se inyecta en un molde, donde se solidifica, tras lo cual se extrae.
Moldeo por compresión: apto para plásticos termoestables, se usa para fabricar piezas pequeñas, como clavijas o enchufes. Tras presión y calor, se obtienen medio de un molde y un contramolde.
Moldeo por soplado: utilizado para fabricar botellas y objetos huecos. A partir de un tubo extruido dentro de un molde, se insufla (sopla) aire, hasta que el material adopta la forma, hueca, deseada.

Conformado al vacío: utilizados para fabricar envases ligeros, se obtienen a partir de láminas termoplásticas que tras calentar y colocarse en un molde, se conforman por vació (extracción del aire del molde, que empuja a la lámina contra las paredes).

3.4 Mecanizado de plásticos

Se utiliza para acabado de piezas conformadas, y reciben el nombre de la máquina que realiza la operación.

Torneado de plásticos: Tornear es el procedimiento en el cual se sujeta una pieza, haciéndola girar, mientras que una cuchilla apoyada en el objeto lo conforma, rebajando el exterior.

Fresado: Fresar es lo inverso a tornear, aquí, es la piza la que se apoya en una herramienta que gira, dándole forma.

Rectificado: Una piza de alta abrasión gira sobre la pieza, eliminando bordes y rebabas.

4.5 Los materiales plásticos y el medio ambiente.

A pesar de su indiscutible utilidad, los plásticos están marcados negativamente, debido a que provocan la generación de una cantidad elevada de residuos, a que, en su mayoría, no son biodegradables y a que los procesos para reciclarlos son costosos y emisores de elementos contaminantes.

Como puedes ver en tu libro, los plásticos reciclables tienen un código de identificación, que servirá luego como guía para su reciclado.

Proceso de reciclado de plásticos

Depositado de plásticos sin uso en el contenedor apropiado, el amarillo.
Separación de los diferentes tipos.

Los Plásticos Termoplásticos son los únicos susceptibles de reciclar.

Lavado y triturado mediante molienda.
Extrusión, para moldear plásticos nuevos.

Los plásticos termoestables, no pueden reciclarse, ya que se degradan en su segunda fusión, por lo que su final está en los vertederos. Aunque muy recientemente, se ha conseguido la creación de termoestables con una cierta capacidad de reciclado. Los esfuerzos deben concentrarse en la reducción y en la reutilización de objetos realizados con plásticos termoestables.

Actividades del libro de Texto: Realiza entre 5 y 10 actividades de entre las de la página 70 .

Nota: Puedes realizarla en tu cuaderno, y mandar luego la captura a Classroom, o digitalmente, usando un programa de procesador de textos.

4.6 Impresión en 3D. Características, Materiales y Procesos

Características de las impresoras 3D

Definición: Una impresora 3D es una máquina capaz de imprimir figuras con volumen a partir de un diseño por ordenador.
Tecnologías de impresión:

- Compactación: Masa de polvo compacatada en estratos.

- Adición de Polímeros: El material se añade en capas hasta crear uuna forma.

Partes principales de una impresora 3D.

Electrónica: Control de procesos a través de una placa electrónica (normalmente, un arduino o similar), que incluye los sensores de temperatura, la fuente de laimentación (la que suministra el voltaje DC a partir de 220 v en AC), la pantalla y la ranura de tarjetas.
Mecánica. Motores y mecanismos.
Extrusor: Lleva el filamento a la base de impresión.

Materiales de Impresión. Los materiales empleados en la impresión 3D o impresión aditiva son:

ABS: Muy tenaz, duro y rigido, presenta algo de flexibilidad.
PLA: De origen vegetal (maiz, caña de azúcar...), y por lo tanto biodegradable, resite la humedad y no se decolora, a cambio, no resisten temperaturas tan altas como los ABS.
Laybrick: Mezcla de materiales plásticos y yeso, puede lijarse y pintarse.
Laywoo-D3: Mezcla de plástico y madera (en un 40%9, a la que imita, pudiéndose lijar y pintar.
Filaflex. Poliuretano con aditivos, que le dan elasticidad, aptos para carcasas, zapatillas, etc.

Proceso de Impresión

Diseño: Mediante un programa de diseño gráfico (Sketchup, Blender, etc), guardado como archivo STL. O bien utilizando repositorios con piezas ya hechas (Thingiverse, YouMagine...).
Laminado: Programa que traduce el STL a GCODE, entendible por la impresora (Cura, Slic3r, etc)
Impresión: El GCODE se copia en una tarjeta y se introduce en la impresora.
Ajuste de parámetros, como la temperatura y opciones de impresión.