3.5 Creación rápida de prototipos

Idea esencial:

La creación rápida de prototipos es la producción de un modelo físico de un diseño utilizando datos CAD tridimensionales. La creciente efectividad de las técnicas de creación rápida de prototipos, tanto en costo como en velocidad, permite a los diseñadores crear modelos físicos complejos para pruebas.

Conceptos y principios:

• Estereolitografía (SLA)

• Fabricación de objetos laminados (LOM)

• Modelado por deposición fundida (FDM)

• Sinterización selectiva por láser (SLS)

Comprensión esencial:

• Diferentes tipos de técnicas de impresión 3D

• Ventajas y desventajas de las técnicas de creación rápida de prototipos

Tú como diseñador:

El crecimiento del poder de cómputo ha tenido un impacto importante en el modelado con fabricación asistida por computadora. El desarrollo de software y hardware permite nuevas oportunidades y tecnologías emocionantes para crear modelos dinámicos de complejidad cada vez mayor. Los modelos pueden ser simulados por los diseñadores mediante software, probados y ensayados virtualmente antes de enviarlos a una variedad de máquinas periféricas para la fabricación de prototipos en una gama cada vez mayor de materiales. La facilidad de enviar estos datos digitales a través de continentes para la fabricación de prototipos tiene importantes implicaciones para la protección de datos y de diseño.

Hay muchas maneras diferentes de imprimir un objeto en 3D, pero casi todas utilizan archivos CAD.

Los archivos CAD deben traducirse a un "lenguaje" o tipo de archivo que las máquinas de impresión 3D puedan entender. El Lenguaje de Teselado Estándar (STL) es uno de esos tipos de archivo.

Los modelos CAD deben dividirse en capas antes de imprimirse en tres dimensiones. Los archivos STL “cortan” los modelos CAD, dando a la impresora 3D la información que necesita para imprimir cada capa de un objeto.

Esterolitografía (SLA), también conocida como fabricación óptica, fotosolidificación, fabricación sólida de forma libre o imagen sólida, es una tecnología de manufactura aditiva (o “impresión 3D”) utilizada para producir modelos, prototipos, patrones y piezas de producción.

A diferencia de la impresora de escritorio que usas para imprimir documentos, las máquinas SLA no extruyen tinta u otro líquido sobre una superficie. En su lugar, una máquina SLA comienza con un exceso de plástico líquido, parte del cual se cura o endurece para formar un objeto sólido.

Las SLA tienen cuatro partes principales:

1. Un tanque que puede llenarse con plástico líquido (fotopolímero)

2. Una plataforma perforada que se baja en el tanque

3. Un láser ultravioleta (UV)

4. Una computadora que controla la plataforma y el láser

Los objetos fabricados mediante esterolitografía generalmente tienen superficies lisas, pero la calidad de un objeto depende de la calidad de la máquina SLA utilizada para imprimirlo.

El tiempo que se tarda en crear un objeto con esterolitografía también depende del tamaño de la máquina utilizada para imprimirlo. Los objetos pequeños generalmente se producen con máquinas más pequeñas y suelen tardar entre seis y doce horas en imprimirse. Los objetos más grandes, que pueden tener varios metros en tres dimensiones, tardan días.

Los objetos fabricados mediante esterolitografía generalmente tienen superficies lisas, pero la calidad de un objeto depende de la calidad de la máquina SLA utilizada para imprimirlo.

Fabricación de objetos laminados (LOM) toma los datos CAD seccionados de un modelo 3D y corta cada capa desde un rollo de material, usando un láser o un cortador tipo plotter. Estas capas cortadas se pegan entre sí para formar el modelo, el cual se construye ya sea en una plataforma móvil debajo de la máquina o usando pasadores de alineación cuando se utiliza cartón.

El proceso se realiza de la siguiente manera:

1. La lámina se adhiere a un sustrato con un rodillo calentado.

2. El láser traza las dimensiones deseadas del prototipo.

3. El láser traza un patrón de retícula en el área que no forma parte de la pieza para facilitar la eliminación de desperdicio.

4. La plataforma con la capa completada se mueve hacia abajo para apartarse.

5. Una nueva lámina de material se desenrolla en posición.

6. La plataforma se mueve hacia arriba para recibir la siguiente capa.

7. El proceso se repite.

La Fabricación de objetos laminados toma los datos CAD seccionados de un modelo 3D y corta cada capa desde un rollo de material.

Modelado por deposición fundida (FDM) funciona con un principio “aditivo” al depositar material en capas. Un filamento plástico o un alambre metálico se desenrolla de una bobina y suministra material a una boquilla de extrusión que puede encender o apagar el flujo.

La boquilla se calienta para fundir el material y puede moverse en direcciones tanto horizontales como verticales mediante un mecanismo de control numérico, controlado directamente por un paquete de software de fabricación asistida por computadora (CAM).

FDM trabaja con un principio “aditivo” al depositar material en capas.

FDM comienza con un proceso de software que procesa un archivo STL (formato de archivo de estereolitografía), cortando matemáticamente y orientando el modelo para el proceso de construcción. Si es necesario, pueden generarse estructuras de soporte.

Sinterizado selectivo por láser (SLS) es una técnica de manufactura aditiva que utiliza un láser de alta potencia (por ejemplo, un láser de dióxido de carbono) para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal (sinterizado directo de metal por láser), cerámica o polvos de vidrio en una masa que tiene la forma 3D deseada.

Los objetos impresos con SLS están hechos con materiales en polvo, más comúnmente plásticos como el nailon, que se dispersan en una capa delgada sobre la plataforma de construcción dentro de una máquina SLS.

Un láser, que es controlado por una computadora que le indica qué objeto “imprimir”, pulsa sobre la plataforma, trazando una sección transversal del objeto sobre el polvo.

Sinterizado selectivo por láser (SLS) es una técnica de manufactura aditiva que usa un láser de alta potencia (por ejemplo, un láser de dióxido de carbono) para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal, cerámica o vidrio.