Impresora tridimensional
2002/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia | Urkidi, Leire Iturria: Elhuyar aldizkaria
O deseño dun produto xera grandes quebradizos de cabeza ao deseñador. Será fácil de manexar? Unirase ao resto de pezas? Xera problemas á hora de montar? Todas estas preguntas deben ser contestadas antes de que o produto chegue ao mercado. Paira iso, son moi útiles as técnicas de prototipado rápido.
Estas técnicas permítennos dispor en moi pouco tempo dunha peza similar á que deseñamos, un prototipo. Este prototipo permite analizar a forma, tamaño e funcionalidade da peza. En definitiva, o obxectivo é decidir si o deseño é útil ou non.
Os sistemas de prototipos rápidos foron presentados en Estados Unidos a finais dos anos 80. Nun principio os procesos eran imprecisos e os materiais estaban moi limitados, pero desde entón déronse grandes pasos. En España, o centro tecnolóxico eibarrés Tekniker foi pioneiro no desenvolvemento destas tecnoloxías e o traballo realizado foi a base do traballo posterior da empresa Idelt. Tras seis anos de investigación, esta nova empresa abriu as súas portas en Elgoibar en 1998.
Prototipos
Existen numerosas técnicas de prototipado, dependendo da peza que se queira realizar seleccionarase una ou outra. Si o obxectivo é coñecer si é esteticamente apropiado ou non, bastará con crear un prototipo conceptual, é dicir, o material que se vai a utilizar non será o que se vaia a utilizar posteriormente no proceso de fabricación, pero como proba é moi útil.
Una das técnicas que utiliza Idelt paira elaborar modelos conceptuais é a impresora tridimensional. Esta tecnoloxía permite ao deseñador dispor en poucas horas da peza que acaba de deseñar. Paira velo utilizaremos un exemplo: o obxectivo é crear un recordo de bronce a partir dun logotipo debuxado en papel.
Proceso de impresión
Paira empezar, hai que introducir a imaxe seleccionada no computador, que se pode tomar desde unha foto, un plano ou desde Internet, é dicir, desde calquera imaxe bidimensional.
Despois hai que darlle volume á foto, é dicir, convertela en deseño tridimensional. Paira iso utilízanse programas informáticos estándar como o CAD. Estes programas permiten deseñar imaxes en tres dimensións. Por tanto, neste paso realízase o deseño. Posteriormente, nos seguintes pasos, esta peza realízase a través do proceso descrito. E si non se conseguiu o que se quería conseguir, porque a peza non ten as características necesarias, por exemplo, vólvese a este paso e mellórase o deseño da peza no computador.
Antes de enviar a información á impresora é imprescindible crear o ficheiro STL, que é o formato que utilizan as tecnoloxías de prototipos rápidos. Desde alí lerá os detalles xeométricos da peza.
Una vez enviado o ficheiro, a impresora tridimensional empeza a traballar. Funciona igual que o resto de impresoras pero usando cera en lugar de traballar con tinta. Desde o ficheiro STL lese a cantidade e localización da cera necesaria en cada momento e con esta información realízase a peza.
No noso exemplo, o resultado é un logotipo convertido en figura de cera, é dicir, un prototipo conceptual que serve paira analizar o deseño. Neste paso radica a principal vantaxe deste sistema. De feito, una vez aquí pódese dar por finalizado o proceso. Si a peza non é da súa agrado ou presenta defectos, pódese realizar un novo deseño e reiniciar o proceso.
Pero pódese seguir adiante e realizar outro tipo de prototipos. Dado que o prototipo está fabricado en cera, mediante un proceso que funde a cera pódese obter una peza composta por outro metal.
O prototipo rodearase dun material cerámico paira a fabricación do molde. Una vez realizado o molde, a cera fundirase e o oco deixado encherase con outro material, aceiro, aluminio, etc. que o cliente pode elixir. No noso exemplo optouse por facer un recordatorio en bronce, pero neste proceso pódese utilizar calquera material que se poida inxectar nun molde.
O molde énchese con metal fundido e cando se arrefría ábrese e de aí salgue a peza de bronce terminada. Mediante este sistema esta peza terá as características necesarias, é dicir, non terá problemas de deseño. Na metodoloxía tradicional, con todo, as análises deberían realizarse sobre a peza de bronce. En caso de fallo, a repetición do proceso sería demasiado cara co bronce.
Quenda resina
A estereolitografía ou SLA é outra técnica de prototipado rápido. A diferenza máis significativa con respecto á impresora tridimensional é o uso do láser. A este sistema chamóuselle tamén máquina máxica, xa que converte o plástico líquido nun corpo sólido tridimensional. Una vez finalizado o deseño, xérase o ficheiro STL utilizado por esta tecnoloxía e envíase directamente á máquina.
Nada máis polo en funcionamento, o raio láser no recipiente que contén a resina líquida comeza a traballar, debuxa a peza que vai realizar e apágase inmediatamente despois de facer a primeira capa. A materia prima utilizada no proceso son as resinas epoxi estándar e o resultado é una peza transparente.
Esta tecnoloxía permite realizar a peza por capas, polo que ao apagar o láser hai una capa terminada e nos puntos nos que o láser tocou a resina hase solidificado. Os prototipos constrúense de abaixo a arriba. Os puntos afectados polo láser vanse unindo á capa inferior até finalizar a peza.
O líquido sobrante queda no recipiente paira ser utilizado nas seguintes capas e a base móbil que suxeita a peza vai aos poucos cara abaixo. Una vez terminada a peza, a base móbil sobe paira poder sacar a peza. Sácase e leva a un forno de raios ultravioleta paira endurecer a peza.
Opción material
Xa conseguimos o prototipo dimensional ou funcional e agora podemos probar si coincide ou non co resto de pezas. Con todo, se se desexa pódese obter un prototipo máis útil utilizando o mesmo material no que se vai a fabricar a peza.
Con todo, a diferenza radica en que os modos nos que se fabricará o prototipo e posteriormente a peza son completamente diferentes. O proceso de obtención do prototipo experimental é máis curto e, do mesmo xeito que no logotipo anterior, a peza final realizarase mediante molde. Neste caso utilizarase silicona paira a fabricación do molde. Rodear a peza con silicona, abrila cando estea totalmente endurecida, sacar a peza realizada con estereolitografía e despois pechar introducir o poliuretano. Non hai diferenzas entre este prototipo e a peza real.
Estas tecnoloxías foron utilizadas até o momento polos sectores de automoción, telecomunicacións e electrodomésticos, pero cada vez son máis os sectores que necesitan estas técnicas, como o medicamento.
Listo paira comercializar
Una das vantaxes da estereolitografía é a súa precisión. Ademais, mediante técnicas de xeración rápida de prototipos conséguese reducir o tempo de posta no mercado do produto. Se as pezas son defectuosas detéctanse antes, polo que o custo pode reducirse significativamente.
Ademais, a miúdo o prototipo experimental, é dicir, o que non ten diferenzas coa peza real, realízase cando se solicita paira adiantar campañas de mercadotecnia ou paira detectar o seu impacto no mercado. Por tanto, as vantaxes que ofrecen os prototipos economicamente son enormes.
Ficheiros STL
Este formato recibe o nome de estereolitografía en inglés. Estes ficheiros STL utilízanse en procedementos informáticos de manufactura de pezas tridimensionales. Por iso, almacenan a información da xeometría dun sólido tridimensional.
A xeometría dos sólidos defínese mediante superficies triangulares, é dicir, que representan a forma e o tamaño do sólido a programas de computador. Este tipo de ficheiros, ademais do deseño de pezas, poden ser utilizados paira determinar as estruturas requiridas en arquitectura e enxeñaría.
Aplicacións espectaculares
A tecnoloxía de prototipos é aplicable non só á industria, senón tamén a outros moitos campos. En medicamento, por exemplo, pódese combinar con técnicas de exploración corporal interna.
Se se realiza una tomografía a un paciente con cancro cerebral, o resultado é só un ficheiro de computadores. Este ficheiro contén a información da estrutura interna do cabezal e pode converterse en formato STL. A partir do ficheiro deste formato, e mediante as técnicas empregadas pola empresa Idelt, pódese realizar un prototipo de cabeza con cera ou outro material. Trátase unicamente dun procedemento de copia do cabezal.
Esta copia do cabezal incluirá una copia exacta do tumor, polo que o cirurxián pode coñecer a vía máis adecuada paira utilizar o bisturí antes de entrar no quirófano.
Isto aumenta a eficacia da operación, o médico non atopa sorpresas e diminúe lixeiramente o risco do paciente.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
