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Métodos de manufactura avanzada

¿QUÉ ES LA MANUFACTURA? • La palabra manufactura se deriva de las palabras latinas manus (mano) y factus (hacer); la combinación de ambas significa hecho a mano. La mayor parte de la manufactura moderna se lleva a cabo por medio de maquinaria automatizada y controlada por computadora que se supervisa manualmente. En el sentido tecnológico, la manufactura es la aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades o apariencia de un material de inicio dado para fabricar piezas o productos; la manufactura también incluye el ensamble de piezas múltiples para fabricar productos.

INGENIERIA CONCURRENTE • Se refiere a un enfoque para el diseño de producto en el cual las empresas intentan reducir el tiempo que se requiere para llevar a cabo un nuevo producto al mercado. En una compañía que practica la ingeniería concurrente la planeación de manufactura empieza cuando el diseño de producto se esta desarrollando. El diseño para la manufactura y el ensamble es el aspecto más importante de la ingeniería concurrente, debido a que tiene el mayor impacto en los costos de producción y en el tiempo de desarrollo del producto.

ELABORACIÓN RAPIDA DE PROTOTIPOS. • Se refiere a la capacidad para diseñar y producir productos de alta calidad en el tiempo mínimo. Es una familia de procesos de fabricación singulares, desarrollados para hacer prototipos de ingeniería en el menor tiempo posible. Mencionare tres técnicas donde ellas dependen de datos de diseño generados en un sistema grafico computarizado. Hablar de esto implica hablar de la gran precisión con que se realizan los trazos gracias modelo grafico computarizado de la geometría de partes.

La elaboración rápida de prototipos se basan en 3 que son: LIQUIDO SOLIDO POLVO

Sistema para la creación rápida de prototipos basados en líquidos

• Estereolitografía Ésta fue la primera tecnología de RP por adición de material; data de alrededor de 1988 y fue introducida por 3D Systems Inc.La estereolitografía es un proceso para la fabricación de una pieza de plástico sólido, a partir de un polímero líquido fotosensible, usando un rayo láser dirigido para solidificar el polímero. •  • La fabricación de la parte se logra como una serie de capas, en la cual una serie se agrega sobre la capa anterior para construir gradualmente la configuración geométrica tridimensional deseada.

• El aparato de estereolitografía consiste en • 1) una plataforma que puede moverse de manera vertical dentro de un recipiente que contiene el polímero fotosensible y … •  • 2) un láser cuyo rayo puede controlarse en la dirección x-y. Al inicio del proceso, la plataforma se posiciona verticalmente cerca de la superficie del fotopolímero líquido, y un rayo láser se dirige a través de una trayectoria de curado que comprende un área correspondiente a la base (capa inferior) de la pieza. Ésta y las siguientes rutas de curado se definen mediante el archivo STI (paso 3 en la preparación de datos descrita con anterioridad).

• La acción del láser consiste en endurecer (curar) el polímero fotosensible en los puntos donde el rayo choca con el líquido, formando una capa sólida de plástico que se adhiere a la plataforma.Cuando se completa la capa inicial, la plataforma se baja una distancia igual al espesor de la capa y se forma una segunda capa encima de la primera por medio del láser, y así de manera sucesiva. Antes de que cada capa nueva sea curada, se pasa una cuchilla limpiadora sobre la resina líquida viscosa para asegurar que su nivel sea el mismo a través de la superficie.Cada capa tiene su propia forma de área, de manera que la sucesión de capas, cada una encima de la anterior, crea la forma de la pieza sólida. Cada capa tiene un espesor de 0.076a 0.50 mm (0.003 a 0.020 in). Las capas más delgadas proporcionan una mejor resolución y permiten formas de piezas más intrincadas; pero el tiempo de procesamiento es mayor.

• Los líquidos iniciales son monómeros líquidos. La polimerización ocurre después de la exposición a la luz ultravioleta producida por láser de heliocadmio o iones de argón. Por lo general, las velocidades de exploración de los láseres STL estánentre 500 y 2 500 mm/s.El tiempo requerido para construir la pieza mediante este proceso de creación de capas va desde una hora para piezas pequeñas de configuración geométrica simple hasta varias docenas de horas para piezas complejas. Otros factores que afectan el tiempo del ciclo son la velocidad de exploración y el espesor de las capas. • Después de haber formado todas las capas, el fotopolímero está curado en alrededor de 95%. Por lo tanto, la pieza se “cocina” en un horno fluorescente para solidificar por complet el polímero. El exceso de polímero se retira con alcohol, y a veces se usa arena ligera para mejorar la lisura y la apariencia.

Sistemas para la creación rápida de prototipos basados en sólidos

Modelado por deposición fundida El modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés) es un proceso de RP en el que un filamento de cera o polímero se estira sobre la superficie de la pieza existente desde una cabeza de trabajo para completar cada capa nueva. La cabeza de trabajo se controla en el plano x-y durante cada capa y después se mueve hacia arriba una distancia igual a una capa en la dirección z. El material inicial es un filamento sólido con un diámetro típico de 1.25 mm (0.050 in) alimentado desde un carrete hacia la cabeza de trabajo que calienta el material a una temperatura cercana a 0.5 °C (1 °F) por encima de su punto de fusión antes de estirarlo sobre la superficie de la pieza. El material estirado se solidifica y se suelda en frío a la superficie de la pieza que está más fría en alrededor de 0.1 s. La pieza se fabrica a partir de la base superior, usando un procedimiento capa por capa semejante al de otros sistemas de RP El FDM fue creado por Stratasys Inc., que vendió su primera máquina en 1990. Los datos iniciales provienen de un modelo geométrico en CAD que se procesa mediante los módulos de software de Stratasys QuickSlice® y SupportWorkTM. QuickSlice® se usa para rebanar el modelo en capas y SupportWorkTM se utiliza para generar cualesquiera estructuras de apoyo que se requieran durante el proceso de construcción.

• Si se requieren apoyos, se emplea un estirado dual y se usa un material diferente para crear los soportes. El segundo material se diseña para ser separado con facilidad del material de modelado primario. El espesor de la rebanada (capa) puede establecerse en cualquier punto entre 0.05 y 0.75 mm • (0.002 y 0.030 in). Es posible depositar alrededor de 400 mm del material de filamento por segundo, mediante la cabeza de trabajo para estirado, en anchuras (llamadas el ancho del camino) que pueden establecerse entre 0.25 y 2.5 mm (0.010 y 0.100 in). Los materiales iniciales incluyen la cera fundida por inversión y algunos polímeros, como ABS, poliamida, polietileno y polipropileno. Estos materiales no son tóxicos, lo que permite que la máquina de FDM pueda instalarse en un ambiente de oficina.

Sistemas para la creación rápida de prototipos basados en polvos • Sinterización de láser selectiva La sinterización de láser selectiva (SLS) usa un rayo láser móvil para sinterizar polvos fusibles al calor en áreas correspondientes al modelo geomé-trico en CAD de una capa a la vez para construir la pieza sólida. Después de completar cada capa, se esparce una nueva capa de polvo suelto a través de la superficie usando un rodillo de contra-giro. Los polvos se calientan previamente hasta justo debajo de su punto de fusión con el propósito de facilitar el pegado y reducir la distorsión. Los polvos se pegan en forma gradual, capa por capa, en una masa sólida que forma la geometría tridimensional de la pieza. En áreas que no han sido sinterizadas por el rayo láser, los polvos permanecen sueltos de manera que puedan sacudirse de la pieza completa. Mientras tanto, sirven para soportar las regiones sólidas de la pieza mientras se realiza la fabricación. El espesor de capa está entre 0.075 y 0.50 mm.

• La SLS fue desarrollada en la Universidad de Texas (Austin) como una alternativa a la estereolitografía, y en la actualidad DTM Corporation tiene en el mercado máquinas de SLS. Éste es un proceso más versátil que la estereolitografía en términos de los materiales de trabajo posibles. Los materiales actuales usados en la sinterización de láser selectiva incluyen el cloruro de polivinilo, el policarbonato, el poliéster, el poliuretano, el ABS, el nylon y la cera fundida por inversión. Estos materiales son menos costosos que las resinas fotosensibles usadas en la estereolitografía. Tampoco son tóxicas y pueden sinterizarse usando láseres de CO2 con poca potencia. En ocasiones, también se utilizan polvos cerámicos y metálicos en la SLS.