http://www.mondragon.edu

 Las tecnologías analizadas en la jornada y los ejemplos de aplicación serán las siguientes:

• Digitalización 3D de piezas reales – demostración  en directo
• Estereolitografía – Casos de estudio proporcionados por IDELT
• Modelado por deposición de fundido (FDM) – Aplicación en electrodoméstico + FDM por ultrasonidos
• Impresión 3D – Piezas 3D printing + aplicación en moldes para fundición + impresión de circuitos eléctricos, galgas extensométricas y sensórica
• Electroconformado – Fabricación de piezas metálicas de espesor reducido + Electrodos de electroerosión
• Sinterizado Selectivo Láser – Casos de estudio en plástico
• Fusión Selectiva por Láser y Fusión por Haz de Electrones – Piezas metálicas por RM + aplicación de retentor de rodamientos en cabezal de máquina herramienta
• Farbicación de objetos por láminas – piezas funcionales en materiales diferentes + utillaje rápido para series medianas o grandes + moldes de inyección y estampación
• Conformado incremetnal – Prototipado de piezas de chapa

                                                                                                                                                                                                                                               En este caso de estudio se ha desarrollado un utillaje adaptado a la geometría de un producto industrial agrícola (MaxTensor), un tensor de alambre y cable metálico para cercado de campos agrícolas.

Figura 1. Imagen del tensor de alambre para aplicaciones agrícolas.

Las tecnologías Rapid Manufacturing añaden el material selectivamente, por tanto es importante optimizar la geometría de los productos para ahorrar tiempos y costes de fabricación. Por tanto se optimizó la geometría del utillaje de montaje para que se adapte perfectamente a la geometría y a los amarres y centradores de los equipos, utilizando el material mínimo, de esta forma se fabrica una pieza compleja con un coste competitivo frente a otros procesos de fabricación como el mecanizado.

Figuras 2 y 3. Imágenes CAD del utillaje de montaje del producto tensor de alambre.

El material final debe ser duro y resistente por este motivo fue seleccionado el acero inoxidable AISI 316L, con una dureza de 20 Rockwell C. Definido el material, LORTEK  fue el encargado de la fabricación mediante la tecnología SLM (Fusión Selectiva por Laser).

Figuras 4 y 5. Imágenes del utillaje de montaje de tensor de alambre fabricado en acero inox. AISI 316L mediante Fusión Selectiva por Laser.

Este utillaje optimizado y adaptado se encuentra en las instalaciones de SHINY donde se pretende ensamblar a la maquinaria de producción y se realizarán pruebas de montaje de producto para evaluar su comportamiento.

                                                                                                                                                                                                                                                       En este caso se ha desarrollado un postizo macho cónico fabricado con 2 materiales (acero y aluminio) para inyección de piezas de zamak. Con esto, se han intentado alcanzar 2 objetivos:

El primer objetivo que se ha perseguido es diseñar un sistema de refrigeración adaptado a la geometría de la pieza a inyectar, estos canales circulan por el interior de un espesor determinado de acero y evacuan el calor del material fundido inyectado en la cavidad, permitiendo una reducción del tiempo de ciclo de inyección y por tanto aumentando la productividad.

En el segundo objetivo se ha pretendido ahorrar costes en la fabricación del molde. La tecnología SLM (Selective Laser Melting) funde polvo de acero en atmosfera inerte de N₂. En esta tecnología se aporta el material selectivamente por capas, por tanto las zonas másicas donde el material apenas trabaja podría ser teóricamente eliminado. En este caso el material ha sido sustituido por un núcleo de aluminio, que permite reforzar estructuralmente y mejorar la evacuación del calor, ya que la conductividad del aluminio es varias veces superior a la ahorrar costes relacionados con el proceso y el material (acero) y a su ve. Se ha fabricado el molde como una cascara de acero con el espesor suficiente para soportar las condiciones del proceso de inyección (presión y temperatura) y el interior se ha rellenado mediante colada de aluminio. Esta estrategia de fabricación ha permitido ahorrar costes y tiempos de fabricación.

A continuación se presentan imágenes del concepto de molde bimaterial con refrigeración adaptada a la geometría de la pieza.

Figuras 1 y 2. Izquierda, imagen de sección CAD del molde bimaterial. Derecha, imagen CAD con sección para mostrar el exterior de acero, núcleo de aluminio y canales de refrigeración.

La empresa ORMET S.L y el instituto tecnológico metalmecánico AIMME han colaborado estrechamente para diseñar y fabricar este postizo macho bimaterial (acero-aluminio). AIMME ha fabricado mediante la tecnología de fabricación aditiva SLM el molde hueco y el núcleo ha sido rellenado con aluminio en las instalaciones de ORMET.

Figuras 3 y 4. Izquierda, imagen del postizo macho fabricado mediante Fusión Selectiva por Laser en acero.  Derecha, postizo macho rellenado con aluminio fundido.

En estos momentos la empresa de matriceria ORMET, especialistas en inyección de termoplásticos y aleaciones no férreas, está realizando las operaciones de acabado al postizo macho bimaterial. Las próximas tareas serán montaje y ajuste del molde e inyección de una tirada corta de piezas para evaluar el comportamiento del macho bimaterial.

En este caso se ha personalizado un juguete con el nombre de un niño/a. Las tecnologías RM permiten la fabricación de piezas a partir de un fichero CAD 3D sin necesidad de invertir en moldes o utillaje, esto las convierte en el proceso de fabricación idóneo para la obtención de productos personalizados.

Para dar valor añadido al juguete sin incrementar mucho los costes de fabricación, se ha escogido una pieza pequeña de un producto grande, pero es una pieza muy visible para el niño/a, lo que la hace muy atractiva para el niño/a, se trata de un pulsador del manillar de una moto de juguete.

A continuación se presentan imágenes de la moto de juguete y donde va situado el pulsador que se ha personalizado.

Figuras 1 y 2. Imágenes de la moto de juguete de la empresa INJUSA. Este producto se personaliza con el nombre de los niños.

La empresa INJUSA  ha facilitado el fichero CAD 3D del pulsador a AIJU y a AIMME. A modo de demostradores, se ha añadido a la geometría del pulsador, los nombres de un niño y una niña en 3D y también un dibujo distinto.

Figuras 3,4 y5. Imagen del CAD 3D del pulsador estándar. Imágenes de los diseños personalizados del pulsador para niño/a.

Mediante las tecnologías RM se han fabricado los pulsadores personalizados de la moto de juguete. Teniendo en cuenta la calidad, la productividad y las propiedades mecánicas del material final se han utilizado, la tecnología SLS, Sinterizado Selectivo Láser de polvo de poliamida y la tecnología de Impresión 3D Object.

Además mediante Object se ha fabricado el pulsador personalizado con una calidad excelente y combinando un material rígido y otro elastomérico en una sola pieza. El cuerpo en negro es elastomérico y las letras en material rígido. Esto ofrece un juego más para el tacto de los niños.

Figura 6. Imágenes de los pulsadores personalizados con el nombre del niño/a fabricados mediante RM. Color amarillo material poliamida, en color gris y azul en plástico rígido y elastómero.

DESCRIPCIÓN

Se lanza la primera versión del marketplace virtual prototipo específico para tecnologías de rapid manufacturing (RM). El aplicativo ha sido desarrollado y diseñado por las empresas del consorcio PlastiaSite (http://www.plastia.com/) e Icinetic (http://www.icinetic.com/). El aplicativo se ha desarrollado en entorno web y es accesible a través de la siguiente url:

http://213.236.7.138/IbeRM/

La plataforma incluye las siguientes funcionalidades:

• Gestión global de la cadena de suministro: La plataforma permite la gestión integral de la cadena de suministro específica para proyectos de rapid manufacturing de forma genérica e independiente de la tipología de proyecto.
• Creación y gestión de proyectos de fabricación: Se permite la creación de proyectos de fabricación por parte de clientes que requieren de servicios de RM. Los proyectos incluyen el diseño CAD de las piezas a construir y la funcionalidad final de la pieza (prototipo o piezas completamente funcionales).
• Gestión de ofertas: Los mismos clientes pueden gestionar las ofertas de fabricación recibidas por parte de los proveedores de servicios RM para cada uno de los proyectos de fabricación lanzados, y aprobar la más conveniente.
• Gestión de órdenes de fabricación y órdenes de compra de material: Las ofertas de fabricación aprobadas generan órdenes de fabricación que los proveedores de servicios RM deben de gestionar. A su vez, pueden generar órdenes de compra del material necesario para la fabricación de las piezas que serán recibidas y gestionadas por los proveedores de materiales correspondientes.
• Gestión de stock: Los proveedores de servicios RM disponen de la posibilidad de gestionar su stock de materiales y generar las órdenes de compra necesarias.
• Gestión de clientes, proveedores de servicios RM y proveedores de materiales RM: Los usuarios administradores puede gestionar los clientes, los proveedores de servicios RM, los proveedores de materiales RM, las diferentes tecnologías RM y sus materiales asociados.
• Planificación de la producción y fabricación: El software ofrece control sobre los procesos de producción y fabricación con diferentes visibilidades dependiendo del rol del usuario
• Los clientes pueden seguir el estado de sus proyectos de fabricación monitorizando las ofertas de fabricación lanzadas por parte de los proveedores de servicios RM. Al mismo tiempo, una vez aceptada una oferta pueden monitorizar el avance de las órdenes de fabricación, y controlar los plazos de entrega.
• Los proveedores de servicios RM pueden planificar las necesidades de producción y fabricación controlando su stock de materiales, la orden de fabricación y las ofertas emitidas.
• Los proveedores de materiales RM pueden gestionar las órdenes de compra recibidas y planificar si abastecimiento dependiendo de las órdenes recibidas y estimadas.

FLUJO DE TRABAJO Y TIPOS DE USUARIO

La primera versión del prototipo contempla tres tipos de usuarios: Clientes, Proveedores de servicios RM y Proveedores de Material. El flujo de trabajo que implementa la plataforma sigue el diagrama siguiente:

El cliente lanza un proyecto de fabricación con toda la información necesaria. Este proyecto lo reciben los proveedores de servicios RM, quienes desarrollan presupuestos de fabricación para el proyecto. El cliente puede aceptar uno y solo uno. En este case, el proveedor de servicio RM seleccionado ejecuta la orden de fabricación generando los ficheros CAM para la fabricación de la pieza y creando las órdenes de compra necesarias (si es el caso) para la fabricación. El proveedor de material RM ejecuta la orden de compra y abastece al proveedor RM en los plazos acordados. Una vez finalizada la fabricación de las piezas el proveedor de servicios RM entrega las piezas al cliente.

Más información:

Dr. Isaac Pinyol

PlastiaSite, S.A.

+34 935 944 739

Dentro del subproyecto SP3 Desarrollo de Nuevos Materiales del proyecto IBE-RM la UPM está trabajando en la fabricación rápida empleando materiales auxéticos o augéticos. Éstos son materiales con coeficiente de Poison negativo, es decir, al estirar en una dirección, la respuesta en la dirección contraria es de ensanchamiento, al contrario de lo que parece normal. Este comportamiento permite que puedan comprimirse en diferentes direcciones y dar así lugar a actuadores autoexpandibles si, por ejemplo, se fabrican en polímeros con memoria de forma, como la resina epoxi de estereolitografía Accura60® de 3D Systems, empleada en los ejemplos mostrados a continuación.

Las especiales propiedades de los materiales auxéticos derivan de su microestructura, con lo que en realidad se trata de metamateriales. Existen auxéticos naturales (algunos minerales, la piel de ciertos organismos…), así como sintéticos (espumas poliméricas, Gore-Tex®) y en la actualidad se está prestando especial atención al diseño de auxéticos a nivel molecular. 

En las fotografías de las Figuras 1 y 2 se muestra un dispositivo auxético con memoria de forma, como validación conceptual de la propuesta. La geometría original cúbica se comprime en caliente por encima de la transición vítrea del polímero. Una vez deformado hasta la geometría temporal y manteniendo dichos esfuerzos de compresión se enfría para “congelar” la estructura. Un calentamiento posterior activa el efecto de memoria de forma y permite recuperar la geometría original. La comparación entre las geometrías inicial, temporal y final de la estructura auxética obtenida por estereolitografía se incluye en las imágenes siguientes.

La experiencia ha sido enviada para evaluación a la revista “Smart Materials and Structures” bajo el título “Actuators based on shape-memory polymer structures with auxetic properties”, haciendo referencia al proyecto IBE-RM.

Figura 1. Entrenamiento de actuador con memoria de forma basado en estructura auxética.

Comparación entre la geometría inicial y la geometría temporal entrenada tras compresión en caliente y enfriamiento para “congelar” dicha geometría temporal.

Figura 2. Comparación entre geometría inicial y geometría temporal. Comparación entre geometría inicial y geometría final tras activación del efecto de memoria de forma por calentamiento.

Como resultados de la investigación llevada a cabo durante un año y medio, se plantean actualmente nuevos retos y proyectos en algunos de los sectores estudiados.

This annual conference, hosted on this occasion by Lancaster Product Development Unit in the Department of Engineering at the University of Lancaster, is a one day event and is jointly organised with CRDM Ltd. Full details will be posted on the conference website. www.rpnationalconference.co.uk

www.4spe.org/spe-eurotec-conference