Rotomoldeo

ROTOMOLDEO
Materiales y procesos III
ROTOMOLDEO
• El moldeo rotacional o rotomoldeo es una
técnica para procesar polímeros, de tal
forma que, permite obtener piezas huecas
de tamaño mediano a muy grande con
relativamente poco material y buena
estabilidad
dimensional
PRINCIPIOS DEL
ROTOMOLDEO
• El rotomoldeo es un proceso de transformación
de plásticos empleado para producir piezas
huecas, en el que plástico en polvo o líquido se
vierte dentro de un molde luego se lo hace girar
en dos ejes biaxiales mientras se calienta.
• El plástico se funde, en lo que se distribuye y
adhiere en toda la superficie interna del molde.
Finalmente este molde se enfría para permitir la
extracción de la pieza terminada.
PRINCIPIOS DE
ROTOMOLDEO
PRINCIPIOS DE
ROTOMOLDEO
• En años recientes, el Rotomoldeo ha llamado la
atención de la comunidad industrial debido a las
cualidades que presenta. Este proceso
mejorando día a día de tal forma que hoy dia es
considerado entre los procesos de
transformación de materiales con mayor
madurez tecnológica, esto debido a las
innovaciones en equipo, materiales y técnicas
de control que han sido incorporados
• Este proceso permite una gran libertad de
diseño, pues es factible producir objetos
sorpresivamente complejos con herramentales
relativamente sencillas y de bajo costo que en
otros casos sería imposible moldear con otro
proceso
ETAPAS DEL PROCESO
OBSERVACIONES AL
PROCESO
• En la fabricación de piezas huecas, con
geometría de curvas complejas, pared uniforme,
y “contrasalidas”, el rotomoldeo es una
alternativa con menor costo frente al moldeo por
soplado. Sin mencionar que debido a las bajas
presiones empleadas en el moldeo rotacional se
producen piezas con tensiones internas
mínimas, presentando un buen comportamiento
mecánico debido a su mayor solidez en
comparación con las piezas producidas a través
del Soplado o la Inyección.
OBSERVACIONES AL
PROCESO
• Los niveles productivos del rotomoldeo varian
de algunas cuantas piezas, a cientos o miles de
objetos, también se adecua a la producción en
baja escala con vista a la obtención de
prototipos. Debido a la libertad de diseño, este
proceso sobresale entre las técnicas de alta
velocidad y productividad. El bajo costo de este
proceso permite la experimentación con
diversos materiales, distribución en el calibre de
pared o con el acabado de las piezas.
OBSERVACIONES AL
PROCESO
• Desde pequeñas piezas como los son partes de
muñecas y pelotas (con las cuales el
rotomoldeo se posicionó en el mercado hace
años), hasta artículos de alto desempeño físico
o alta capacidad en volumen; este proceso
presenta varias ventajas frente a otros
procedimientos de transformación para obtener
piezas huecas tridimensionales donde las juntas
del molde son “prácticamente invisibles.”
MATERIALES
• El rotomoldeo transforma materiales termoplásticos, de
los más comunes son: PEAD, el PVC en su
presentación como Plastisol y PA. Mientras el Plastisol
tiene una consistencia liquida, el PEAD y la PA se
alimentan como polvos. De otra forma no podrían ser
fundidos ni moldeados ya que el calor para realizar esto
se transmite al material por conducción, proceso
optimizado al aumentar el área de contacto en un polvo;
considerando además, que en este estado el plástico
puede “fluir” para tocar todas las paredes del molde
mientras vaya girando.
MATERIALES
MATERIALES
• En función de la materia prima utilizada, dependerán los
tiempos de cada etapa del ciclo. Para un plastisol (PVC
con plastificante) el calentamiento tiene la función de
solidificar el material y el posterior enfriado solo tiene la
función de bajar la temperatura de la pieza conformada.
En el caso del PEAD, el calentamiento tiene la finalidad
de proporcionar la temperatura necesaria para la fusión
del material para que se disperse por toda la superficie
del molde durante la rotación, mientras que la etapa de
enfriado solidifica el material para la obtención de la
pieza conformada
CONSIDERACIONES
• Los espesores de pared de los artículos rotomoldeados
por lo general permanecen constantes, donde el
espesor puede ir de 1mm hasta el grosor que se
requiera de acuerdo a las funciones de la pieza. Las
paredes delgadas gemelas presentan excelentes
propiedades de resistencia a la carga.
• Las roscas, orificios e insertos metálicos se pueden
incorporar a la pieza dentro del mismo proceso
(dependiendo del diseño), eliminando costos por
operaciones secundarias necesarias en otros procesos
de transformación.
CONSIDERACIONES
• Es posible fabricar artículos simétricos o asimétricos, en
formas complejas y aún aquellas que presentan
contrasalidas. Este proceso ofrece flexibilidad en cuanto
al tamaño del producto, siendo factible moldear desde
pequeños bulbos, para lavado auditivo, hasta tanques
de almacenamiento de más de 15,000 litros; sin
embargo, la mejor productividad se obtiene con moldes
medianos y grandes.
• Existen bajos niveles de desperdicio ya que este
proceso no requiere el uso de coladas, ni bebederos. El
material excedente o no deseado es poco en
comparación con otros procesos para fabricar piezas
huecas.
DESCIPCIÓN DEL PROCESO
• El proceso de rotomoldeo consiste en cuatro pasos:
• Una cantidad de plástico, ya sea en forma líquida o en
polvo, se deposita en el molde.
• Tras cerrarlo, el molde se rota biaxialmente en el interior
de un horno.
• El plástico se funde y cubre las paredes internas del
molde.
• El molde se retira del horno y se traslada a una zona de
enfriamiento. Finalmente se abre el molde y se retira la
pieza hueca
DESCIPCIÓN DEL PROCESO
DESCRIPCION DEL
PROCESO
• La maquinaria de rotomoldeo es relativamente
más económica que la maquinaria que se usa
habitualmente en otras técnicas de procesado
de plásticos. Esta técnica permite procesar
distintos moldes con diferentes formas y
tamaños al mismo tiempo.
DESCRIPCIÓN DEL
PROCESO
• Aun cuando la maquinaria y moldes para esta tecnología
son simples, es necesario el conocimiento del
comportamiento del material, para la obtención de
productos de calidad. Es de tomar en cuenta aspectos
como la porosidad, la distribución de tamaño, la
distribución del pigmento, el tiempo de cada ciclo, las
dilataciones o compresiones, las velocidades de
enfriamiento y calentamiento, el material del molde y la
velocidad de rotación. Todas estas variables deben ser
cuidadosamente ajustadas para evitar problemas.
MAQUINARIA UTILIZADA
• La maquinaria utilizada es relativamente
simple comparada con otros procesos de
transformación (ejemplos: inyección,
extrusión, etc.)
• El rotomoldeo se puede clasificar por las
diferentes formas de calentamiento
utilizadas:
•
Por flama abierta
•
En hornos cerrados
PROCESO A FLAMA ABIERTA
• En el rotomoldeo por flama abierta el calentamiento se
realiza por mecheros que rodean al molde al “aire libre”.
Lo cual provoca que la mayor parte del calor se disipe al
medio ambiente. Por otro lado estas máquinas no
pueden hacer giros biaxiales al mismo tiempo. Están
sometidas a realizar giros de 360 grados y el siguiente
giro lo tienen en aproximadamente 45 grados. Razones
por la cual no se pueden realizar piezas complejas por el
método de llama abierta. En el método por horneado el
molde es introducido en un horno cerrado en donde se
hace girar. Este último método permite un mejor control
de los parámetros de temperatura
PROCESO A FLAMA ABIERTA
EN HORNO
• En estos hornos los moldes son
introducidos en el horno alternativamente
en un eje lineal. Mientras uno está en
etapa de calentamiento, el otro está en
etapa de enfriado y desmolde por flujo de
aire proveniente de ventiladores
EN HORNO
HORNO BASCULANTE
(ROCK AND ROLL)
• En el horno basculante o “rock and roll”, el
molde gira el eje longitudinal mientras se
balancea, sin completar el giro, sobre su
eje lateral. Por lo general, se trata de
moldes para obtención de piezas de un
largo considerable como el caso de
canoas de seis o más metros.
HORNO BASCULANTE
ESTACION SIMPLE
(CLAM SHELL)
• Este método cuenta con un único brazo
portador de un único molde, que se
introduce en un horno tipo almeja o “clam
shell” para el calentamiento del material.
ESTACION SIMPLE
(CLAM SHELL)
EQUIPOS ESPECIALES
• También existen equipos de rotomoldeo
que mediante uno o mas brazos
introducen el molde en un horno para la
fusión del material, siendo el mismo brazo
el que lo introduce en una estación de
enfriamiento. Las más comunes son las
siguientes.
BRAZO TRES ESTACIONES
CARROUSEL
3 BRAZOS , 3 ESTACIONES
MOLDES
• Cada brazo puede poseer uno o varios
moldes. Lo que va a depender del tamaño
de pieza que se desea obtener. Para
piezas relativamente pequeñas cada
brazo puede poseer hasta 30 moldes
individuales. El movimiento biaxial se
consigue mediante un juego de
engranajes cónicos que transmite el giro
de un eje interno del eje de giro primario,
al eje de giro secundario.
MOLDE CUATRO CAVIDADES
MOLDE MULTICAVIDADES
MATERIALES PARA
REALIZACIÓN DE MOLDES
• Regularmente los materiales para la
configuración de los molde para el procesos de
rotomoldeo suelen estar constituidos por lamina
negra, acero inoxidable o aluminio.
• Dependiendo de la superficie de los moldes se
pueden lograr diferentes superficies en el
producto terminado. Por ejemplo se pueden
lograr superficies esmeriladas mediante la
aplicación de un enarenado (sand blast) a la
superficie interna del molde (en contacto con el
plástico).
MOLDES
MOLDES
MOLDES
MOLDES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
APLICACIONES
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
SOLDADURA de PLASTICOS
Proceso
Los fenómenos físicos necesarios para que se produzca una unión
por soldadura son una combinación de:
Temperatura – Tiempo – Presión
La temperatura y tiempo aplicados en una zona del material a unir
producen una fusión o reblandecimiento local en los sustratos que
quedan perfectamente unidos una vez aplicada la presión necesaria.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
El proceso de soldadura consta de las siguientes etapas:
1.
2.
3.
4.
Preparación superficial
Calentamiento
Consolidación
Enfriamiento
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
1. Preparación superficial
Al fabricar piezas con termoplásticos, éstas tienen inexorablemente
restos del desmoldante aplicado en los moldes. Para el proceso de
soldadura estos restos equivalen a impurezas superficiales que
dificultan tal acción, es por ello que antes de proceder a la soldadura
debe realizarse una limpieza superficial, ya sea por medios
mecánicos o mediante abrasivos químicos.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
2. Calentamiento
Diferencia entre los polímeros amorfos y semicristalinos:
• La temperatura a partir de la cual se hacen fluidos.
Amorfos:
morfos Se produce una gran disminución de su viscosidad al
alcanzar su temperatura de transición vítrea o Tg,
Semicristalinos:
micristalinos A su paso por la Tg no experimentan grandes
cambios, teniendo que alcanzarse su temperatura de fusión o
Tm para conseguir las condiciones de fluidez adecuadas.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
3. Consolidación
Esta etapa engloba
a la etapa de calentamiento y parte de la de enfriamiento.
enfriamiento
Está caracterizada por la aplicación de una presión,
presión que comienza
con la elevación de la temperatura y que termina una vez la matriz
alcanza consistencia suficiente durante el enfriamiento.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
Para que exista una correcta unión debe haber lo que se denomina
contacto íntimo (líquido – líquido) entre sustratos, donde la resina,
fluyendo, empuja fuera de la entrecara el aire atrapado. Acto seguido
se produce una difusión in
intermolecular
termolecular entre ambos sustratos
llamada “autohesión”.
Autohesión
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
4. Enfriamiento
Como su propio nombre indica en esta etapa la resina se enfría, lo
que conlleva la resolidificación de la misma.
Durante esta fase es crítico mantener una presión adecuada hasta
que la matriz alcanza la resistencia suficiente, ya que, de lo contrario
se podrían producir delaminaciones y la operación no sería válida.
En función de las propiedades mecánicas que se quieran conseguir
(más o menos cristalinidad) se requerirá una velocidad de
enfriamiento u otra, por lo que el proceso de enfriamiento debe estar
en todo momento controlado.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
Métodos de soldadura
Clasificación
Existen diversos métodos de soldadura que se diferencian según el
modo en que se consigue la temperatura de proceso requerida.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
En función de la forma de conseguir el calentamiento,
calentamiento se puede
hacer la siguiente clasificación:
1. Fricción:
Ultrasonidos
2. Electromagnético/Eléctrico:
Inducción
Resistencia
3. Radiación:
Radiación:
Calor radiante (láser, infrarrojos)
Dieléctrico y microondas
4. Acceso directo:
Placa caliente o espejo
Gas caliente
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
1. Fricción: Ultrasonidos
Produce el calentamiento mediante vibraciones ultrasónicas.
La peculiaridad de este método es que no son los sustratos los que
se mueven de forma relativa, ahora éstos se encuentran unidos bajo
presión y las vibraciones se transmiten mediante un sonotrodo.
Para que los ultrasonidos tengan un mayor efecto es preciso que, en
la entrecara de la unión de los sustratos, existan puntos que
concentren esfuerzos y deformación.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
2. Electromagnético/Eléctrico:
Inducción
Esta soldadura permite llevar un control estricto de la presión de
consolidación mediante la prensa situada a la salida de la bobina de
inducción.
El procedimiento se lleva a cabo mediante un elemento susceptible a
las variaciones de un campo magnético, situado en la entrecara de
los sustratos.
Resistencia
Las soldaduras realizadas son generalmente alargadas y su longitud
depende de la potencia disponible en la fuente de alimentación.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
3. Radiación:
Radiación:
Calor radiante
Esta técnica de soldadura se caracteriza por realizar un
calentamiento directo sobre las superficies a unir mediante radiación
electromagnética. Tras alcanzar la temperatura adecuada los
sustratos se unen mediante presión.
Ej. Soldadura mediante infrarrojos y láser. Estos procesos permiten
mantener siempre un control fino de la temperatura de calentamiento
mediante técnicas de medición muy precisas.
Dieléctrico y microondas
Este tipo de soldadura se realiza aplicando, sobre los dos sustratos
unidos mediante presión, los campos eléctricos correspondientes.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: SOLDADURA
4. Acceso directo:
Placa caliente
El método de placa caliente o también conocido como soldadura por
espejo consiste en calentar las superficies de unión poniéndolas en
contacto con una placa metálica calefactada.
Gas caliente
El calentamiento de los sustratos se realiza mediante un chorro de
gas a temperatura elevada. Este gas calienta a su vez la varilla de
material de aporte,
aporte material que debe ser de la misma naturaleza que
los sustratos a unir y que se va depositando en la unión una vez que
aquí se alcanza la temperatura adecuada.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Una presilla o snap fit es un mecanismo integral de
enganche para fijar una parte con otra.
Una presilla es diferente de otros métodos de fijación,
ya que no requiere de elementos adicionales para
llevar a cabo la función de fijación.
Los elementos de acoplamiento se deforman
elásticamente para que se produzca la interferencia,
permitiendo que las partes encajen.
Se asocian de forma común con los plásticos, aunque
e también se pueden usar de
forma efectiva en aplicaciones metal-metal
metal
o plástico-metal.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Materiales
El criterio más importante para un ajuste a presión es
la flexibilidad,, esta puede ser grande o pequeña
dependiendo del tipo de bloqueo. Las presillas se
usan más en los plásticos por la flexibilidad del
material.
Tecnologías de procesamiento del plástico como el
moldeo por inyección han permitido obtener formas
complejas económicamente viables.
Esta técnica permite obtener una muy buena relación
costo - eficiencia ya que se reduce el tiempo de ensamblaje y minimiza el número
de piezas que se necesitan debido a que las piezas de acoplamiento son
moldeadas directamente al mismo tiempo que las partes, siendo ambas del mismo
material.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Al realizar los cálculos para el diseño de las presillas hay que tener en cuenta
cuatro características para el material:
Coeficiente fricción (µ),
Módulo de elasticidad (E),
tensión (σ) y
deformación (ε).
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Hay que tener en cuenta tres supuestos para los plásticos:
1. Linealidad elástica. Los plásticos tienen linealidad elástica en la zona en la
que trabajan.
2. Homogeneidad. Es homogéneo aunque en realidad depende de muchos
factores como la materia prima, el flujo molde y la refrigeración.
3. Isótropos. Los plásticos no son exactamente isótropos aunque se garantiza
que las mejores propiedades están en la dirección correcta.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Características
Las características fundamentales son:
1. la fortaleza
2. la restricción
3. la compatibilidad y
4. la robustez.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Aptitud para el ensamblaje
En las uniones mediante presillas el ensamblaje se realiza de forma muy rápida, ya
que solo se requiere de una pequeña deformación elástica de los elementos de
interferencia para realizar la unión. No se precisa de de herramientas o maquinaria
especial. Debido a la facilidad de ensamblaje, este método se puede llevar a cabo
de forma eficiente mediante trabajadores o mediante automatización.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Desmontabilidad
La desmontabilidad de la unión depende de la naturaleza y del tipo de bloqueo.
•
Naturaleza del bloqueo:
• Permanente: Cuando se aplica un bloqueo
permanente el desmontaje es difícil.
• No permanente: Se utiliza cuando la
aplicación está destinada a desmontarse,
debido a su facilidad.
•
Tipo de bloqueo:
• Liberación del bloqueo: diseñado para permitir la separación de las partes
cuando se aplica una fuerza a las mismas.
• No liberación del bloqueo: requiere de la desviación manual del cierre para la
separación de las partes. Hay que aplicar una fuerza y ejercer una
deformación.
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Nivel de seguridad
•
Presilla fija: no hay movimiento relativo entre
las partes después de fijarse.
•
Presilla móvil: hay movimiento relativo entre
las partes después de fijarse.
Dirección de acoplamiento: Es la dirección
final en la que la pieza de encaje se mueve para
realizar la unión. Es importante seleccionar una dirección de forma que la
opuesta no esté en la misma dirección que una fuerza significativa en la fijación,
ya que si se diera este caso la unión debería soportar un mayor esfuerzo
pudiendo llegar a la rotura de la misma.
•
MATERIALES Y PROCESOS III
VINCULACIONES en PLASTICOS: Por presión: Snap Fit
Aplicaciones
Las ventajas de la facilidad de montaje y desmontaje y las capacidades de
ingeniería cada vez mayores en plásticos, hacen ahora de las presillas un serio
candidato para las aplicaciones una vez considerados otros métodos alternativos.
Mientras en juguetes o pequeñas aplicaciones las presillas ya se han utilizado
durante mucho tiempo, este método de unión se está extendiendo en la actualidad
en componentes de automoción o campos electrónicos, así como en aplicaciones
estructurales.
MATERIALES Y PROCESOS III
¿Qué es el Prototipado Rápido o "Rapid Prototyping"?
Resumen
El "rapid prototyping" o prototipado rápido es el proceso de obtención de objetos sólidos a
partir de modelos CAD en 3D (3 dimensiones), mediante el uso de un conjunto de
tecnologías basadas fundamentalmente en sistemas laser.
En el presente documento se describen las diversas tecnologías existentes, aplicaciones
concretas y tendencias de futuro de este proceso que ha permitido reducir los plazos y los
costes de desarrollo de los productos, evitando errores y obteniendo diseños óptimos en
tiempos más cortos.
¿Qué es el prototipado rápido y que utilidad y beneficios aporta?
El "rapid prototyping" o prototipado rápido es el proceso de obtención de objetos sólidos a
partir de modelos CAD en 3 Dimensiones, mediante el uso de un conjunto de tecnologías
basadas fundamentalmente, aunque no exclusivamente, en sistemas laser, sin la
necesidad del uso de herramientas de fabricación convencionales.
El prototipado rápido nace fundamentalmente con la aparición de la estereolitografía y
crece con el desarrollo de las demas tecnologías de fabricación laminada, es decir
aquellas que permiten la construcción del prototipo mediante la acumulación de capas,
secciones del modelo de espesor determinado, a través diversos procesos:
Polimerización (endurecimiento) de resinas fotosensibles, punto a
punto o capa a capa.
·Sinterización de materiales termofusibles como las poliamidas.
·Fusión de materiales plásticos como el ABS y termopolímeros
·
·Corte de papel tratado.
·Proyección de aglutinantes.
La aplicación principal de estas tecnologías es el desarrollo de modelos y prototipos en
un plazo muy breve:
Modelos de ingeniería para probar la forma, el tamaño y la
funcionalidad de la pieza..
Modelos maestros para fabricar moldes de proyección metálica y
·
para moldes de silicona para colado bajo vacio.
·Modelos patrones para fundición y el método de la cera perdida.
·Prototipos de series cortas.
·Modelos para presentaciones de marketing.
·
Los principales beneficios del uso de estas tecnologías son los siguientes:
·Aceleración del diseño conceptual
Mayor rapidez de las iteraciones durante el ciclo de diseño y
·
rápida revisión de diseños
·Reducción de errores
·Identificación temprana de los problemas de fabricación
·Mejora la calidad del producto
·Inmediata realimentación entre los grupos de trabajo
·Reducción en la producción de moldes y patrones
·Obtención de modelos reales para marketing
·Reducción del tiempo de salida al mercado
Orígenes y evolución del prototipado rápido
El 3 de enero de 1988, la empresa 3D Systems inició la era de los prototipos rápidos al
enviar sus tres primeras máquinas de estereolitografia a las empresas Baxter Healthcare
Corp., Eastman Kodak y Pratt & Whitney. La empresa se había creado en marzo de 1986
por parte de Charles Hull y un pequeño grupo de socios, armados con la patente de lo que
Hull había llamado Estereolitografia (SL).
A partir de la aparición de esta tecnología, a lo largo de los años 90, se han ido
desarrollando nuevas tecnologías en diferentes lugares del mundo: Alemania, Francia,
Israel y Japón.
La evolución principal de este proceso se ha ido produciendo en el tipo de materiales a
utilizar para la construcción del prototipo. Los esfuerzos se dirigen a obtener el prototipo
bien con el material final o bien en un material que tenga prestaciones mecánicas y
químicas muy similares al material final. Incluso se están construyendo modelos
multimateriales, es decir que la propia pieza tenga partes plásticas y metálicas.
Descripción de las tecnologías existentes
Las tecnologías de prototipado rápido son capaces de generar objetos físicos
directamente desde los datos de un CAD. Están basadas principalmente en las llamadas
Técnicas de Fabricación por capas (Layer Manufacturing Technologies), las cuales parten
del modelo matemático en 3 Dimensiones de un objeto, generado en un CAD. La
definición del objeto se obtiene por aproximación poliédrica de su superficie, con una
determinada tolerancia, esta malla de triángulos constituye el fichero STL.
El fichero STL se introduce en el ordenador del equipo de fabricación de prototipos donde
se orienta, se escala y se rebana, convirtiendo la geometría 3D del objeto en una serie de
capas de geometría 2D. A parir de aquí se produce el objeto físico por apilamiento de las
capas definidas.
Las principales tecnologías existentes, clasificadas según el tipo de proceso son las
siguientes:
CLASIFICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE PROTOTIPADO RÁPIDO.
Sustractiva
Aditiva
Capa
Con Láser Fabricación por corte de láminas
Completa
· Laminated Object Manufacturing
(LOM): Helisys (USA)
· Strato Conception: ESSTIN (F)
Capa
Sin Láser Fotopolimerización por luz UV
Completa
· Solid Ground Curing: Cubital
(Israel)
Punto por Sin Láser Deposición de hilo fundido
Punto
· Fused Deposit Modelling:
Stratasys (USA)
Proyección de Aglutinante
· 3D Printing MIT: Solingen (USA)
Con Láser Estereolitografía (Solidificación de
Resina)
· SLA: 3D Systems (USA)
· Stereos: EOS (Alemania)
· SPL: Laser 3D (Francia)
· Solid Creation System: Sony
(Japón)
· SOMOS Dupont: Teijin-Seiki
(Japón)
· oup: Mitsubishi (Japón)
Sinterización
· Selective Laser Sintering (SLS):
DTM (USA)
Fuente: Industries et Techniques, a partir de un
documento de Dassault Aviation
· Estereolitografia (SLA): Este proceso se basa en la solidificación de resinas por
polimerización, mediante un haz láser. La pieza se construye sobre una plataforma que,
para preparar la polimerización de una nueva capa, baja al nivel suficiente para que la
capa anterior se quede ligeramente por debajo de la superficie del baño líquido.
Posteriormente se precisa un postcurado para que la pieza quede totalmente
solidificada. Este tratamiento se realiza en un horno bajo luz ultravioleta.
Marcas y empresas: SLA de 3D Systems (USA), Stereos de EOS (Alemania), SPL de
Laser 3D (Francia), Solid Creation System de Sony (Japón), SOMOS Dupont de Teijin Seiki (Japón) y SOUP de Mitshubishi (Japón).
· · Sinterización (SLS): Esta tecnología se basa en la sinterización selectiva de partículas
en polvo, mediante la aportación de calor de un laser de CO2 de potencia media. La
aplicación selectiva del laser sobre la capa de polvo se efectua mediante un mecanismo
de pistones y rodillo de extensión. En principio se puede utilizar cualquier material
termoplástico: Policarbonato, PVC, ABS, etc.
Marcas y empresas: SLS de DTM (USA).
· · Deposición de hilo fundido (FDM): Este sistema está basado en la extrusión de un
cordón de material termoplástico que va conformando la geometría del objeto. Se
pueden utilizar todo tipo de materiales termoplástico e incluso cera de fundición.
Marcas y empresas: Fueled Deposit Modelling de Stratasys (USA).
· · Proyección de aglutinante (TDP): Este proceso se basa en la proyección de un
adhesivo sobre el polvo cerámico en el lugar definido por el CAD, para que se
solidifique. Cuando el objeto está completo, se aplica calor para que el polvo pegado
quede mejor adherido.
Marcas y empresas: 3D Printing MIT de Solingen (USA).
· · Fotopolimerización por luz ultravioleta UV: Esta tecnología se basa en la utilización de
luz ultravioleta para polimerizar resinas fotosensibles.
Marcas y empresas: Solid Ground Curing de Cubital (Israel).
· · Fabricación por corte de láminas (LOM y Strato): Este proceso fabrica las piezas
cortando y soldando láminas entre sí, mediante un haz laser. El procedimiento consiste
en pegar una lámina sobre una pila de láminas ya formadas y a continuación el laser
corta contorneando la sección generada en un CAD. Principalmente se usan láminas de
celulosa y el producto final tiene la consistencia de la madera.
Marcas y empresas: LOM de Helisys (USA) y Strato Conception de ESSTIN (Francia).
Ventajas e inconvenientes y tabla comparativa
Los diversos sistemas existentes actualmente en el mercado tienen ventajas e
inconvenientes, se escogerá uno u otro según los requisitos del producto, su complejidad
geométrica, el ensayo que se deba efectuar con el prototipo o el propósito de la pieza.
A continuación se resumen las principales aplicaciones de las tecnologías descritas:
La estereolitografia que utiliza resinas de propósito general, se aplica a la obtención de
modelos conceptuales, a la obtención de patrones de series cortas en el moldeo al vacio o
microfusión y a la creación de modelos funcionales, siempre que los ensayos no sean muy
exigentes en requerimientos mecánicos y térmicos, aunque para estos casos también se
pueden utilizar resinas específicas.
Se debe destacar la alta precisión de los prototipos obtenidos mediante esta tecnología y
la facilidad con que se pueden obtener acabados superficiales de alta calidad, como el
pulido espejo. También es la tecnología más veterana.
El sinterizado de poliamidas es muy adecuado para la obtención de prototipos funcionales,
para poder analizar aspectos mecánicos y de comportamiento térmico. También tiene
aplicaciones en la obtención de modelos conceptuales y patrón. Una ventaja considerable
es la gran variedad de materiales que se pueden utiliza.
El conjunto de tecnologías agrupados en las denominadas impresoras tridimensionales
(proyección de aglutinante) proporcionan modelos visuales o conceptuales de forma muy
rápida, a veces en menos de una hora. Los acabados superficiales y la precisión
dimensional es en algunos casos menor que la de las tecnologías anteriores.
La fabricación por corte de láminas (LOM) se usa principalmente para la obtención de
piezas de gran volumen y para patrones de microfusión.
A continuación se presenta una tabla comparativa de cinco tecnologías comercializadas:
COMPARACIÓN ENTRE 5 TECNOLOGÍAS COMERCIALIZADAS
DE PROTOTIPADO RÁPIDO
Nombre
Fabricantes
Láser
Tamaño
máximo de
las piezas
en cm,
ancho x
largo x alto
Precio $
USA
SLA
3D Systems
SI
19 · 19 · 25
SGC
Cubital
NO
35,5 · 51 · 51
SLS
DTM
SI
Diámetro
30·38
LOM
Helisiys
SI
25,4 · 33 ·
38
FDM
Stratasys
NO
30,5 ·30,5
·30,5
490.000
350.000 a
400.000
75.000
180.000
25,5· 25,5·
25,5
51 · 51 · 60
95.000
185.000
Materiales
Ventajas
385.000
Fotopolímeros FotopolímerosPVC,
Papel,
policarbonatos, poliéster y
nylon y ceras nyloncelulosa
Tecnología
Mayor
Material más Precisión
más madura precisión
barato. No
hasta 0,1%
(según
huele
Cubital)
Rápido
Según
Más variedad Más rápido
Cubital,
de materiales que otros
mejores
que tienen
métodos,
propiedades mejores
porque el
mecánicas
propiedades láser sólo
debido a la
mecánicas que tiene que
forma de
los
trazar los
polimerización fotopolímeros contornos
de la capa
Precisión del No hacen
No hacen falta Barato. No
2%
falta soportes soportes
huele
Ceras,
ABS y
plástico
tipo nylon
Material
más
barato. No
huele
No hacen
falta
soportes
Más
rápido que
SLA
DesventajasLos modelos Es el equipo Tolerancias del Deformación Apariencia
son
más caro
5%
de las
granulada
translúcidos
láminas por
los
esfuerzos
que puede
producir el
calor
Los modelos
son
quebradizos
(aunque han
ido
mejorando)
Algunas
partes
requieren
soportes
Complejidad El proceso es
más nuevo.
Menos
extendido
Tamaño del Salvo el PVC,
equipo (pesa las piezas
5 toneladas) tienen un
aspecto
laminado
Aplicaciones concretas
Las tecnologías de prototipado rápido tienen aplicación en muchos sectores, ya que en
principio toda empresa que disponga de departamento de desarrollo de productos es un
potencial usuario de estas tecnologías .
El sector más importante por volumen de facturación es, sin duda, el de la automoción, y
cabe destacar también el de la herramienta portátil y el pequeño aparato
electrodoméstico. Otros sectores son el de los componentes electrónicos, el material
eléctrico, los aparatos y equipos de telecomunicaciones, los productos médico-sanitarios
(implantes), los envases y los juguetes.
Bibliografía
Rapid Prototyping Technology
Keneth COOPER
New York: Marcel Dekker, 2001
Compilación de todos los sistemas de prototipado rápido existentes analizados por el
autor con sus pros y contras. El libro incluye también los métodos históricos y algunos
casos prácticos. Además de las aplicaciones más comunes de esta tecnología de
producción Cooper no se olvida de los usos secundarios del rapid prototyping
construyendo, de esta manera, un texto de referencia básico sobre la materia.
Laser Induced Materials and Processes for Rapid Prototyping
L. LU, J.Y.H. FUH, Y.S. WONG
Boston: Kluwer Academic Publishers, 2001
Este libro se centra en el análisis de las tecnologías láser de prototipado rápido, las
explicaciones que contiene no sólo son de carácter informativo, sino que además sientan
las bases para futuras aplicaciones comerciales de este sistema. El interés en cuanto a
I+D de las industrias y los centros de investigación por el rapid prototyping y el rapid
tooling se ha transformado en interés por las utilidades concretas de estos procesos de
producción, los autores recogen estas últimas tendencias desglosando los puntos básicos
de la tecnología en cuestión.
Handbook of Rapid Prototyping and Layered Manufacturing
Ming LEU
New York: American Society of Manufacturing Engineers, 2001
Este volumen está pendiente de publicación, la primera edición está prevista para marzo
de 2002.
Glosario
Fuente principal: Pilar Lafont, Prototipado Rápido e Ingeniería Inversa, Revista de
Plásticos Modernos, Vol. 77 Nº 574, Abril 1999.
3D Printing
Proyección de aglutinante. Encolado de polvos mediante aglutinante. Inicialmente un
rodillo extiende una capa de polvo cerámico para que después una cabeza inyectora
proyecte un adhesivo sobre el polvo en el lugar definido por el CAD, donde la solidificación
es necesaria. Cuando se ha completado una capa, el pistón del cilindro que alberga el
polvo cerámico desciende una determinada distancia y una nueva capa de polvo es
extendida en lo alto del cilindro, y selectivamente pegada. Cuando el objeto está completo,
se aplica calor para que el polvo pegado quede mejor adherido.
BPM: Ballistic Particle Manufacturing
BPM Technology Inc. presenta una técnica para la creación de prototipos conceptuales y
formales. Consiste en la proyección de millones de partículas microscópicas de un
polímero caliente que se consolida en el punto de impacto sobre la capa anteriormente
creada. La geometría se genera moviendo la boquilla proyectora en las direcciones x e y.
Una vez formada una capa, la plataforma de base desciende una distancia especificada y
una nueva capa puede ser creada encima de la anterior. Se genera tan sólo la corteza de
la pieza, por lo que la consistencia del prototipo es frágil.
CAD
Actualmente el término CAD significa proceso de diseño que utiliza sofisticadas técnicas
gráficas de ordenador apoyadas en paquetes de software para ayuda en todos los
problemas asociados con el diseño.
Colada Bajo Vacío
Esta técnica permite obtener prototipos plásticos de diseño complejo, que reproducen
fielmente el modelo original, colando resinas de poliuretano en moldes blandos de
silicona.
FDM: Fused Deposit Modelling
Deposición de hilo fundido. Solidificación de materiales termofusibles. Este sistema,
desarrollado por Stratasys Inc. está basado en la extrusión de un cordón de material
termoplástico que va conformando la geometría del objeto. Permite la utilización de
diversos materiales plásticos, incluso cera de fundición.
Fichero STL
El fichero STL se introduce en el ordenador del equipo de fabricación de prototipos donde
se orienta, se escala (en previsión de contracciones durante y después del proceso) y se
rebana, convirtiendo la geometría 3D del objeto en una serie de capas de geometría 2D. A
continuación el sistema de fabricación es capaz de producir el objeto físico por apilamiento
de las capas así definidas.
Ingeniería Inversa
Generación de un Modelo CAD a partir de un Modelo Físico. Es realmente un proceso
inverso de pototipado. En todo proceso de Ingeniería Invertida se pueden considerar dos
fases: la digitalización o medida del objeto y la reconstrucción o modelado en 3D del
objeto a partir de los datos obtenidos. Entre sus aplicaciones encontramos: la realización
de modelos CAD a partir de modelos realizados manualmente, la realización de productos
que encajen con alguna parte del cuerpo humano, modelado de objetos que han
evolucionado desde su diseño inicial durante el proceso de fabricación, fabricación de
prótesis, etc.
LOM: Laminated Object Manufacturing
Fabricación por corte de láminas. Encolado de hojas de papel. Corte mediante láser. El
proceso LOM fabrica piezas cortando y soldando láminas entre sí. Las máquinas
comercializadas por Helisys Inc. utilizan láminas de celulosa. El producto final tiene la
consistencia de la madera. El procedimiento consiste en pegar una lámina sobre una pila
de láminas ya formada y que a continuación un láser corte contorneando la sección
generada en un CAD. El exceso de material permanece y actúa como soporte de la
siguiente capa.
Prototipado Rápido (Rapid Prototyping & Manufacturing)
Conjunto de tecnologías capaces de generar objetos físicos directamente desde los
datos de un CAD. Tienen en común un hecho importante: que el objeto generado se
obtiene añadiendo y no quitando material. Están basadas en las llamadas Técnicas
de Fabricación por Capas (Layer Manufacturing Technologies).
SGC: Solid Ground Curing
Fotopolimerización de resinas mediante lámpara UV.
SLA: Estereolitografía (Stereolithography)
Tecnología desarrollada por 3D Systems Inc. Los puntos atacados por el haz láser se
polimerizan creando una capa consistente. La geometría 2D de cada capa dirige el
movimiento de dos espejos galvanométricos que reflejan el haz láser sobre la superficie
de trabajo. En la cuba se encuentran una plataforma elevadora que al inicio está
justamente bajo la superficie, a una profundidad igual al límite de absorción de la luz.
Cuando se ha terminado de construir una capa, la plataforma desciende una distancia
especificada, permitiendo que quede cubierta por una nueva capa de líquido, para poder
continuar el proceso en que el haz de láser dibuja una nueva capa encima de la anterior.
Cuando todas las capas están completas, el prototipo está creado en un 95%. Esto es,
necesita un postcurado en un horno bajo luz ultravioleta para que esté completamente
solidificado.
SLS: Selective Laser Sintering
En la Sinterización Selectiva por Láser se funden entre sí partículas en polvo mediante la
aportación de calor de un láser de CO2 de potencia media. La aplicación selectiva de
láser sobre la capa de polvo funciona, como en la esterolitografía, mediante la acción de
dos espejos galvanométricos. La aportación de nuevas capas de polvo se efectúa
mediante un mecanismo de pistones y rodillo de extensión. En principio cualquier material
que presente características termoplásticas podría trabajarse con esta tecnología:
policarbonato, PVC, ABS, Nylon, etc.
Strato Conception
Microfresado de capas de materiales mecanizables.
Técnicas de Fabricación por Capas (Layer Manufacturing Technologies)
Estas técnicas de fabricación parten del modelo matemático en 3D de un objeto generado
en un CAD. La definición del objeto se obtiene por aproximación poliédrica de su
superficie, con una determinada tolerancia. Esta malla de triángulos constituye el fichero
STL.
Realizaciones físicas:
Maqueta
Realización física, a escala natural o escala reducida, de las formas, volúmenes, aspecto
(color textura) y eventualmente, composición de partes y movimientos de un producto.
Prototipo
Realización física de un producto o de algunos de sus componentes destinado a ensayar
su funcionalidad y/o su durabilidad.
Preserie
Realización de las primeras unidades de un nuevo producto destinadas a comprobar la
correcta y fácil conformación de sus piezas y componentes, así como su mutabilidad y
puesta a punto.
Representaciones virtuales:
Modelos CAD
Representaciones virtuales que tienen por finalidad la definición y la visualización de los
objetos. Esta definición se puede realizar en modelos 2D o 3D.
Modelos CAE
Representaciones virtuales que tienen por finalidad la simulación del comportamiento de
un determinado aspecto de un componente, subconjunto o el producto entero. También
son herramientas para la optimización del producto des del punto de vista del
componente.
Modelos CAM
Representaciones virtuales que tienen por finalidad la simulación de determinados
aspectos de la fabricación del producto (mecanización de piezas, secuencias de montaje).
También constituyen herramientas para la optimización de estas operaciones.
SLS y SLA: que son y en qué se distinguen
SLA se refiere a la tecnología también conocida como Estereolitografía, proceso en el
cual se convierte, con un láser, un foto-polímero liquido en plástico sólido, capa por
capa. Cada capa es diferente y un modelo 3D se produce sobre una placa perforada en el
baño de foto-polímero.
Esta tecnología apareció en la década de los 80 y se la debemos al
gigante http://www.3dsystems.com, fabricante de las conocidas Cube y Cubex, entre
otras.
Hoy día el SLA permite imprimir en una gama de materiales bastante amplia, con buenas
propiedades mecánicas. Muchas empresas lo utilizan para fabricar los moldes de silicona
y hacer coladas al vacío de poliuretano.
piezas fabricadas en resina con SLA
Por otro lado, tenemos el SLS, o Sinterización selectiva por láser, que fue
comercialmente desarrollada también a mediados de los años 80. Al igual que el SLA,
este proceso utiliza la impresión por capas, aunque en vez de un laser que solidifica un
líquido, esta tecnología utiliza un laser, de mayor potencia, que sinteriza polvo de
plástico. El material utilizado es la Poliamida/Nylon, aunque también se usa Poliamida
con carga de fibra de vidrio.
Tradicionalmente las piezas fabricadas con SLS ofrecen mayor resistencia que las que se
producen en SLA aunque esta diferencia se reduce conforme se va perfeccionando la
tecnología y sobre todo, los materiales.
Cada una de estas tecnologías conlleva sus beneficios y sus inconvenientes. Por ejemplo,
uno de los principales inconvenientes del SLS es el desperdicio de material, próximo la
30%, mientras que con el SLA apenas existe desperdicio. En favor del SLS, para equilibrar
la balanza, está el rango de materiales, que es superior, y que darían para un artículo
aparte.
En resumen, las diferencias entre ambas tecnologías son básicamente las siguientes:
• El material procesado, ya que SLS usa polvo de PA mientras que la tecnología SLA
utiliza resina fotosensible.
• Las propiedades del objeto impreso: sin duda, el SLS imprime objetos resistentes a
altas temperaturas y con mayor resistencia a los impactos. El SLA no resiste bien las
altas temperaturas, llegando a deformarse por encima de 60 grados centígrados, y
es menos resistente a los impactos.
• En cuanto al postprocesado, gana el SLA: los objetos obtenidos requieren menos
tratamientos que el SLA, que por su forma de fabricación y material usado ofrece
un producto casi listo, y que requiere poco
tratamiento.
Pieza fabricada en polvo SLS
A la hora de valorar cual de las dos tecnologías es mejor, cosa que mucha gente nos
pregunta, seguramente la respuesta sea: depende de para que lo quieras. Las
necesidades de unos son distintas a las de otros. Está claro que quien necesite un
producto resistente tendrá que enfocarse en las impresoras 3D SLS, y soportar los
inconvenientes del post-procesamiento que requiere. Sin embargo, quienes solo quieran
obtener un modelo o prototipo de forma rápida y no tenga ganas de complicarse la vida
terminando a mano el producto, podrá centrarse en las impresoras 3D de SLA.
Fuente: www.impresoras3d.com
SLS y SLA: que son y en qué se distinguen - Impresoras3d.com
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SLA se refiere a la tecnología también conocida como Estereolitografía,
proceso en el cual se convierte, con un láser, un foto-polímero liquido en plástico
sólido, capa por capa. Cada capa es diferente y un modelo 3D se produce sobre
una placa perforada en el baño de foto-polímero. Esta tecnología apareció en la
década de los 80 y se la debemos al gigante http://www.3dsystems.com,
fabricante de las conocidas Cube y Cubex, entre otras. Hoy día el SLA permite
imprimir en una gama de materiales bastante amplia, con buenas propiedades
mecánicas. Muchas empresas lo utilizan para fabricar los moldes de silicona y
hacer coladas al vacío de poliuretano.
piezas fabricadas en resina con SLA
Por otro lado, tenemos el SLS, o Sinterización selectiva por láser, que fue
comercialmente desarrollada también a mediados de los años 80. Al igual que el SLA,
este proceso utiliza la impresión por capas, aunque en vez de un laser que solidifica un
líquido, esta tecnología utiliza un laser, de mayor potencia, que sinteriza polvo de
plástico. El material utilizado es la Poliamida/Nylon, aunque también se usa Poliamida
con carga de fibra de vidrio.
Tradicionalmente las piezas fabricadas con SLS ofrecen mayor resistencia que las que se
producen en SLA aunque esta diferencia se reduce conforme se va perfeccionando la
tecnología y sobre todo, los materiales.
Cada una de estas tecnologías conlleva sus beneficios y sus inconvenientes. Por
ejemplo, uno de los principales inconvenientes del SLS es el desperdicio de material,
próximo la 30%, mientras que con el SLA apenas existe desperdicio. En favor del SLS,
para equilibrar la balanza, está el rango de materiales, que es superior, y que darían
para un artículo a parte.
En resumen, las diferencias entre ambas tecnologías son básicamente las siguientes:
El material procesado, ya que SLS usa polvo de PA mientras que la tecnología SLA
utiliza resina fotosensible.
Las propiedades del objeto impreso: sinduda, el SLS imprime objetos resistentes a
altas temperaturas y con mayor resistencia a los impactos. El SLA no resiste bien las
altas temperaturas, llegando a deformarse por encima de 60 grados centígrados, y es
menos resistente a los impactos.
http://www.impresoras3d.com/sls-y-sla-que-son-y-en-que-se-distinguen/
18/05/2015
SLS y SLA: que son y en qué se distinguen - Impresoras3d.com
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En cuanto al postprocesado, gana el SLA: los objetos obtenidos requieren menos
tratamientos que el SLA, que por su forma de fabricación y material usado ofrece un
producto casi listo, y que requiere poco tratamiento.
Pieza fabricada en polvo SLS
A la hora de valorar cual de las dos tecnologías es mejor, cosa que mucha gente nos
pregunta, seguramente la respuesta sea: depende de para que lo quieras. Las
necesidades de unos son distintas a las de otros. Está claro que quien necesite un
producto resistente tendrá que enfocarse en las impresoras 3D SLS, y soportar los
inconvenientes del post-procesamiento que requiere. Sin embargo, quienes solo
quieran obtener un modelo o prototipo de forma rápida y no tenga ganas de
complicarse la vida terminando a mano el producto, podrá centrarse en las impresoras
3D de SLA.
Existen otras diferencias, y posiblemente otros factores dignos de mención, pero no
vamos a hacer nosotros todo el trabajo, así que os invitamos a que participeis con
vuestros comentarios, que como siempre, serán bienvenidos.
http://www.impresoras3d.com/sls-y-sla-que-son-y-en-que-se-distinguen/
18/05/2015