En este artículo, se analiza principalmente 3 tecnologías asociadas al diseño y a su fabricación: Prototipado Virtual, Ingeniería Inversa y Prototipado Rápido, se explica en qué consiste cada una y se mencionan aplicaciones y ejemplos.
También se mencionan que las empresas buscan ventajas competitiva utilizando innovación tecnológica con herramientas como CAD (dseño asistido por ordenador) CAM y CAE. Todo con el fin de conseguir productos a menor costo, tiempo de elaboración y mejor calidad.
Para empezar me gustaría recalcar rápidamente la diferencia de cada tecnología mencionada:
PROTOTIPADO VIRTUAL: Modelo tridimensional, permite visualización en comportamiento en condiciones reales, detección de fallos, realización de planos, reproducción del ciclo de vida del producto, simulación de procesos de fabricación y funcionamiento. Suponen ahorro de tiempo, dinero y material.
INGENIERÍA INVERSA: El diseño en formato computacional se obtiene a partir de un modelo físico existente. Se reconstruye la geometría incorporando el modelo CAD al proceso de diseño. Hay posibilidad de repetición, modificación, análisis, simulación animación etc.
PROTOTIPADO RÁPIDO: En poco tiempo se obtiene partiendo de un modelo CAD, un prototipo físico preciso y funcional, se aproxima al producto final, hay limitaciones en cuanto al proceso y material.
Partiendo de estos conceptos, podemos analizar que dependiendo de las necesidades de la empresa serán utilizadas estas tecnologías. En el caso del Prototipado Virtual, se utiliza el ordenador CAD que acorta la fase de diseño y adelanta la llegada al mercado un producto, esto debido a que se puede obtener un diseño virtual que ayuda a la simplificación de tareas y prevención de errores porque permite visualizar el diseño y someterlo a pruebas a los que sería sometido un producto antes de existir. Para mí es una manera casi 100% segura de saber que un producto funcionará bien y no tendrá fallas. Ayuda mucho en ahorro de dinero en prototipos físicos que pueden a la mera hora no funcionar adecuadamente.
También CAD detecta colisiones o interferencias, análisis de tolerancias, visualización de acabado superficiales, generación simplificada de planos, etc. También existe CAD 3D el cual genera planos de fabricación a partir de un modelo, permite el trabajo con sólidos paramétricos o con superficies, texturizan (utilizan render), facilitan intercambio de información con clientes y modelos para prototipos rápidos.
He tenido la oportunidad de trabajar con el programa Rhino, el cual me permitió analizar la forma 3D de diferentes diseños que trazaba en la computadora, podía percibir errores, proporciones, podía incorporarle al diseño colores, texturas, acabados, etc. Muy útil antes de la fabricación de cualquier cosa.
En cuanto a la Ingeniería Inversa, es el proceso de reconstrucción de forma informática de una pieza sin necesidad de documentación, partiendo de un modelo físico para obtener el modelo CAD. Está ligada con los avances en el campo de la metrología. Esta necesidad surgió desde hace años, en 1975 Brown y Sharpe crean la una maquina de medir x coordenadas.
Para entender mejor este proceso es necesario tener en cuenta que para la reconstrucción en 3D, existe una separación en 2 fases de la digitalización: el modelo virtual en 3D y la mecanización, ambos procesos se automatizan mediante CNC.
El digitalizado 3D permite capturar los puntos de medida con mayor precisión y velocidad se clasifican en 2 grupos: sistemas por y sin contacto con el objeto a digitalizar. Mediante los sistemas por contacto se obtienen las coordenadas de los puntos, son adaptables a máquinas tridimensionales empleadas para control dimensional.
Las opciones de sistema por contacto está el sistema láser, sistemas de visión activa mediante emisión y recepción de luz, la cual permite calcular sistemas de proyección d luz blanca y receptor de cámara CCD
La siguiente fase es la mecanización: reconstrucción de las superficies matemáticas q se apoyan en las nubes de puntos obtenidos en la digitalización a través de software CAD para obtener modelo 3D virtual.
Esta ingeniería inversa es de mucha utilidad en la industria automotriz con el cálculo y control de formas complejas, en la Industria médica con las prótesis o implantes. En aplicaciones artísticas como en la joyería o reconstrucción de monumentos. Esto debido a que ya se comprobó la funcionalidad de un objeto, que trabaja de forma correcta pero que al pasarlo a CAD se puede mejorar o modificar ciertas partes.
También dependiendo del producto y el tamaño de producción se busca el menor costo y tiempo de fabricación.
Por último está el Prototipado Rápido. En éste se fabrican piezas tridimensionales con geometría arbitraria. Se parte del modelo CAD mediante proceso rápido, se usan tecnologías aditivas de fabricación x capas.
Su principal aplicación es en la obtención de prototipos de componentes de plástico de complejidad geométrica cada vez más elevada en plazos d tiempo. El tiempo de salida del mercado es muy reducido y tiene poco costo. Facilita la comunicación, la realización de estudios de mercado o hacer publicidad del producto.
Utiliza tecnologías como: Estereolitografia (SLA), utiliza resina fotosensible y se polimeriza x laser, la pieza se sitúa sobre una mesa en el interior de un recipiente de resina liquida. Se usa para obtener gran precisión y buena estética; no es usada para comprobar funcionalidad pues son frágiles.
El Sinterizado Selectivo x Laser (SLS), utiliza materiales termoplásticos en polvo q sinterizan (unión de granos de polvo sin llegar al punto de fusión del material) por la acción del calor aportado por un laser de CO2. Buenos para ser sometidos a pruebas funcionales, inadecuado para prototipos estéticos ya que tiene un acabado rugoso.
Impresoras 3D, se agrupan sistemas basados en deposición de material liquido a través de pequeñas toberas sobre una mesa de desciende al ser aportada cada capa. Se usan materiales como cera, plástico fundido o resina liquida que solidifica x efecto de la luz ultravioleta. Los de cera se usan en modelos conceptuales.
Los prototipos en ABS son apropiados en aplicaciones funcionales. Y los fabricados en resina fotosensible, también son para lograr precisión y estética.
Para concluir, considero que las empresas necesitan estar capacitadas para saber manejar el programa CAD, así como de conocer los materiales que se pueden usar en el Prototipado Rápido para elegir la mejor opción. Debido a la demanda de las impresoras 3D, se ha buscado mejorar este proceso, que tenga bajo mantenimiento y mayor facilidad de uso. El mayor potencial de crecimiento: es dar el salto de prototipado, a la fabricación del producto final.
Dependiendo de lo que se requiera se tomará la mejor decisión de qué tecnología usar con el fin de analizar una pieza y evitar el mayor margen de error. Optimizar tiempos, disminuir costos y conseguir una excelente calidad en los productos.
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