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Diseño Industrial | Jesus de la Torre - 02 Jul 14:22 GMT - Así han cambiado (realmente) los procesos de fabricación
Es cierto que estamos asistiendo en los últimos años a eso que algunos llaman “la nueva revolución industrial”, y no es menos cierto que una contribución importante para que se esté produciendo esta revolución viene de la mano de las conocidas como “impresoras 3D” y de otras técnicas de fabricación similares. Por otro lado, gran parte de su éxito debe atribuirse a la democratización de la microelectrónica, a la facilidad de acceso a los procesos de diseño y fabricación de nuevos circuitos electrónicos con múltiples funcionalidades, a un precio realmente asequible y sobre todo a la inmensa comunidad de personas que se encuentran alrededor de proyectos tan populares como Raspberry o el propio Arduino, con miles de aplicaciones, infinidad de posibilidades y para todos los niveles de conocimiento sin apenas dificultad.


Cada día decenas de empresas, que han detectado un nicho de mercado interesante en el diseño, fabricación y venta de sistemas de impresión 3D, centran sus esfuerzos en presentar una cantidad ingente de modelos de estas máquinas con las que pretenden hacerse un hueco con un precio asequible o mejorando levemente alguna de las prestaciones de lo que ya hay.

Lo cierto es que aquellas personas que llevamos en este sector más de cinco años detectamos algunas cuestiones que se repiten a diario de forma recurrente en los nuevos sistemas:

1. Las impresoras 3D actuales tienen evidentes limitaciones en cuanto a tiempos y velocidades de impresión, impuestos principalmente por los sistemas mecánicos en los que se basan.

2. Un porcentaje muy alto de impresoras 3D, aquellas basadas en la deposición de filamento, principalmente, tienen una resolución limitada y requieren un acabado post-fabricación que se traduce en mano de obra.

3. Los sistemas de deposición de resina líquida tienen una precisión extraordinaria con un gran acabado superficial pero la materia prima tiene un precio elevado.

Esto que enumero hace que quienes usamos la impresión 3D a diario percibamos que hay cierto estancamiento en las técnicas 3D y por otro lado no veamos con muy buenos ojos todo el marketing que hay alrededor de esta técnica y que confunde, en cierta medida, a aquellos que se acercan por primera vez a la impresión 3D.


En cualquier caso la impresión 3D representa una ayuda inestimable si tenemos claro hasta dónde puede llegar y cómo nos puede ayudar. Podemos decir que hay dos grandes estrategias desde el punto de vista de los objetivos futuros a conseguir con la impresión 3D:

1. Fabricar, mediante impresión directa, elementos que sean 100% funcionales y en múltiples materiales con todas las garantías de funcionamiento. Si además se hace en tiempo y forma para que pudiera ser considerado “en serie”, mejor que mejor. Esto está cada día más cerca, pero lejos aún del segmento medio de usuarios: empresas medianas que lo integren en su “día a día”.

2. Mejorar o abaratar los procesos que tradicionalmente se han hecho por otros medios.

Deliberadamente dejo en el tintero la aplicación primaria de la impresión 3D: la realización de prototipos con fines demostrativos dimensionales, de aspecto visual pero nunca con un interés funcional, como describía en el primer punto.

Hasta aquí este pequeño resumen de la situación técnica de la impresión 3D y que podría ser considerado simplista, pero que ha sido orientado de esta forma para poder mostrar, de forma práctica, algo que creo que no es muy fácil de encontrar como demostración extrema de lo que describía en el punto 2 anterior y que motiva el título de este post: Así han cambiado REALMENTE los procesos de fabricación.

El proyecto, su inicio.


Este post describe la fabricación en serie, desde su inicio, de una caja en material plástico de un tamaño considerable (60cm x 50cm x 15cm) que contendrá un proyector de video comercial, que debe respetar la normativa de grado de protección IP68 (estándar internacional IEC 60529) que obliga a que:

1. El polvo no debe entrar bajo ninguna circunstancia en el interior de la caja y para ello se dispondrá de una junta estanca por compresión.

2. La propia caja, en funcionamiento, debería poder ser sometida a inmersión completa y continuada bajo agua.

Por los medios tradicionales de fabricación basados en la clonación del modelo mediante un molde, si tenemos en cuenta que se fabricarán sólo unas decenas de cajas, el presupuesto haría totalmente inviable su desarrollo. Podemos decir sin temor a equivocarnos que el presupuesto, sólo para la fabricación del molde de inyección con ese tamaño, involucrando diferentes elementos postizos y correderas podría superar los 100.000 €.

Quien esté esperando que afirme que he realizado las cajas por impresión directa puede dejar de leer, es aún más inviable que el proceso tradicional. Para hacernos una idea de qué estamos hablando, unas pocas imágenes del diseño:


En la fabricación de un molde de inyección tradicional se suele usar un sistema CNC para fabricar las cavidades del molde en aluminio o acero y que definirán la pieza, pero en el caso de la pieza que buscamos fabricar encontramos diferentes dificultades: su tamaño es realmente extremo y sus formas no son sencillas, además el molde sería un mastodonte que tendría un precio prohibitivo y por tamaño y peso sería inmanejable, pero lo más importante: la inversión económica no se justificaría porque se fabricará un número de piezas muy limitado. Desechado entonces este método de fabricación para las cajas.

Si los métodos de fabricación no hubieran evolucionado en la dirección que pretendemos mostrar en este post es probable que una empresa pequeña, con un presupuesto limitado hubiera tenido que renunciar a su realización. Afortunadamente así ha cambiado todo:

Creando la pieza master


Para llevar a cabo la fabricación de la caja completa por el método que explicaré, necesitaba tener una pieza real, a tamaño real con las características finales y definitivas porque me serviría como guía para el resto del proceso. A esta pieza se le suele llamar pieza maestra o “master”. Cuando diseñé la caja completa tuve la precaución de hacerla simétrica, esto es, haciendo un solo molde para una de las mitades podría tener la caja completa uniendo dos mitades. Para obtener la pieza master usé mi impresora Dimension SST 1200 y aquí puede verse todo el proceso:


Como puede apreciarse en las imágenes, la pieza ha sido impresa en 3D y en diferentes partes. Posteriormente unida y soldada mediante un sistema que garantiza la perfecta unión de las partes, pero sobre todo su fusión estructural mediante un sistema que me ha costado perfeccionar más de un año de investigación. Debemos tener en cuenta que en los siguientes pasos del proceso esta pieza soportará un importante esfuerzo en forma de peso y tensión estructural. Algunas estadísticas:

Horas de impresión 3D: 500 horas
Material usado: ABS Plus, 5 kilos.
Tiempo de soldadura y fusión estructural: 4 días.

Preparando la pieza master


Ahora que tenemos la pieza master llegamos a la parte del proceso más tediosa y lenta: su preparación. Buscamos producir un elemento de un acabado perfecto, que será colocado en el mercado como un producto innovador, pero también con un acabado y aspecto visual impecable. Este proceso involucra buscar “con lupa” todas las posibles imperfecciones, fallas, agujeros o ralladuras que pudiera presentar la pieza master. Hay que armarse de paciencia y eliminar todas esas imperfecciones o luego aparecerán en todas las copias que hagamos de la pieza master y serán apreciadas como defectos de fabricación. También en este momento ya debemos tener en mente cómo va a estar compuesto nuestro futuro molde.

La afirmación de mi última frase tardarás en leerla apenas unos segundos pero en realidad es la parte más complicada de todo el proceso. Saber cómo orientarás un molde para poder producir copias de calidad es todo un mundo que sólo se conoce haciendo muchas pruebas y desechando muchos moldes fallidos. No conviene olvidar que la pieza que estamos desarrollando tiene un tamaño descomunal y eso sólo sirve para complicar aún más las cosas. Así preparamos la pieza para realizar el molde tal y como lo tenemos en mente:


Es cierto que la parte del proceso más lento y costoso en horas de trabajo podría haber sido evitado si la pieza master la hubiera realizado en mi Alaris 30 y el acabado hubiera sido excepcional, sin imperfecciones y apenas hubiera necesitado trabajo de manipulado, pero hice los cálculos de tiempo de impresión 3D y precio del material sufriendo un pequeño colapso y posteriormente un micro infarto…

Haciendo el mega molde


Con todo preparado es el momento de realizar el molde. Se ha usado silicona de muy buena flexibilidad y un excepcional comportamiento, aunque no puedo decir lo mismo del precio. He venido insistiendo durante todo el post en que el tamaño de la pieza ha complicado mucho todos los trabajos que conforman la realización del desarrollo completo. En esta parte del trabajo no ha sido diferente: los tiempos de fraguado de la silicona se han disparado debido a la gran cantidad de material usado. Si normalmente los tiempos se sitúan en 24 horas, en algunas partes del molde ha habido que esperar hasta 48 horas. El peso final del molde ronda los 45 kgrs y aquí hay algunas instantáneas de la fabricación:


Vale, pero ¿cuándo fabricamos?


Paciencia, paciencia. Un último vistazo al molde buscando posibles imperfecciones que hayan podido producirse como motas de polvo, cabellos caídos sobre la pieza master antes de realizar el molde (sí, sí… en el molde también aparecen) y otras impurezas que deban ser eliminadas y estamos listos. Aquí una pieza ya fabricada con el molde y con materiales de inyección a baja presión:


Cada pieza consume alrededor de 4,5 kgrs de material plástico y estoy dejando 2 horas en el interior del molde cada pieza fabricada para tener la máxima garantía de que el material endurece con seguridad y garantías.

Hasta aquí un ejemplo real de cómo han cambiado los métodos de fabricación en un proyecto real que de otra forma no sería realizable por métodos tradicionales y con las limitaciones que he ido enumerando durante todo el post, al menos no para una empresa pequeña y con recursos económicos limitados. Después de muchas de las incidencias que he encontrado al realizar he aprendido muchas técnicas que iré mejorando y adaptando. También he aprendido otras cuestiones que caen fuera del terreno técnico y que algún día contaré más despacio...
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::Art by Tucho:: - 30 Jun 10:37 GMT -
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