PROTOTIPADO RÁPIDO

Introducción al Prototipado Rápido

El prototipado rápido consiste en un sistema de fabricación de piezas tridimensionales partiendo

directamente desde el modelo CAD mediante un proceso rápido relacionado a un grupo de

tecnologías aditivas de fabricación por capas. Todas ellas se basan en la aportación de sucesivas

capas de material unas sobre otras que conforman la pieza final.

El prototipado rápido se utiliza principalmente para la obtención de prototipos de componentes

de plástico de complejidad geométrica cada vez más elevada en plazos de tiempo muy inferiores a

los medios de fabricación tradicionales.

Historia

La historia y evolución del prototipado rápido se encuentra íntimamente ligada a la evolución de

los sistemas informáticos y CAD como herramientas básicas para el desarrollo de esta tecnología.

El primer equipo de estereolitografía, inventado por el americano Charle Hull, se comercializa en

1988. En 1992 aparecen los primeros sistemas SLS e impresoras 3D.

En los últimos años se observa una fuerte expansión de las impresoras 3D debido a la mejora de

los elementos de inyección, el bajo mantenimiento y facilidad de uso en comparación con las

tecnologías que utilizan equipos láser.

Usos y aplicaciones

Sirve para obtener piezas físicas acabadas de modo automático, con complejidad y detalles que no

permitirían su obtención en maquinas convencionales. También permiten la obtención de

matrices capaces de producir una cantidad limitada de piezas, ideal para el uso en la producción

de lotes pilotos. Tal tecnología posibilita que las empresas puedan desarrollar productos más

rápidamente, con menor costo. Lleva también una disminución de dudas y de riesgos.

Al menos el 99% de los usos del Prototipado Rápido actualmente conciernen a una de las 5

aplicaciones siguientes:

• Modelos Conceptuales

Los modelos conceptuales son usados por lo general al comienzo de la fase de diseño y creados a

menudo cuando el diseñador completa el modelo CAD, éstos son modelos tridimensionales del

diseño y no son hechos del material de producción

Los modelos conceptuales no necesitan ser dimensionalmente exactos y no son necesariamente

funcionales, su objetivo es comunicar rápidamente la geometría, en este punto los cambios de

diseño pueden hacerse con facilidad.

• Modelos de Presentación

Los modelo de presentación son modelos que han sido acabados, pulidos y pintados para que

luzcan como el producto terminado, son usados para determinar la reacción del cliente respecto

del diseño, o como muestras en exhibiciones para mostrar la disponibilidad del producto real. La

ventaja es que se puede apreciar la apariencia del producto terminado en una fracción del costo y

del tiempo requerido para el producto real.

• Piezas Funcionales

Las piezas funcionales permiten el ensayo para verificar algunos aspectos de la calidad del diseño.

Estas piezas son lo suficientemente resistentes para soportar al menos ensayos limitados para

algunas aplicaciones.

• Moldes Patrón

Se crear un Patrón principal con el fin de usarlo para crear un molde de bajo costo en el cual se

puedan hacer duplicados modelo o patrón. El material para los duplicados debe ser muy similar al

material de producción. El costo total del proyecto es a menudo menor que el costo de crear

múltiples modelos de Prototipado rápido.

• Herramental Alternativo

Es posible crear el herramental para el modelo por inyección en base al Prototipado rápido.

Normalmente se hacen los insertos de las cavidades y los machos, se pulen y se montan en bases o

soportes de aluminio o de acero. Estos moldes pueden soportar incluso miles de inyectadas.

Métodos y Tecnologías

El prototipado rápido engloba una gran cantidad de tecnologías variando en cada una los

materiales utilizados y su forma de aportación para conformar la pieza final. Las más extendidas

son:

- Estereolitografía (SLA),

- Sinterizado selectivo por láser (SLS)

- Impresoras 3D.

Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía en una de las técnicas pioneras en el mercado. Esta técnica consiste en

desencadenar un proceso de polimerización mediante la incidencia de un láser UV. Los puntos

atacados por el haz láser solidifican, creando una capa consistente con la forma de corte que le

corresponda en cada altura.

La geometría 2D de cada corte o capa dirige el movimiento de dos espejos galvanométricos que

reflejan el haz láser sobre la superficie de trabajo. Cuando una capa termina, mecánicamente baja

un pistón, permitiendo que quede cubierta por la nueva capa líquida con el espesor deseado para

continuar el proceso. Esta solidificación se va realizando por capas hasta completar la pieza.

Posteriormente se precisa un post-curado para que la pieza quede totalmente solidificada. Este

tratamiento se realiza en un horno bajo luz ultravioleta.

Aplicaciones:

• Primeras aplicaciones en el diseño industrial

• Ciencia y la tecnología.

• Aérea de la salud: modelos fidedignos de la anatomía de los pacientes a partir de

imágenes tridimensionales.

• Herramienta para la formación de futuros especialistas

• Gran ayuda en la evaluación de casos complejos y elaboración de planes quirúrgicos

Ventajas:

• Buen acabado superficial

• Precisión de las piezas de 0.1%

• Buen nivel de detalle( ideales para moldes de colada al vacío)

Desventajas:

• Las piezas en determinados materiales son demasiado frágiles para verificaciones

funcionales

• Se requieren soportes durante su construcción.

Sinterizado Selectivo con Láser (SLS)

El SLS trabaja creando capa a capa los objetos tridimensionales. Parte de la solidificación selectiva

de las partículas de polvo, utilizando aportación de calor generada por un láser de CO2.

Las capas se van derritiendo con un fino rayo láser, encajándose perfectamente al diseño realizado

en CAD.

Esta es una tecnología capaz de modelar en plástico durable, material no toxico, creando

prototipos completamente funcionales, durables y fuertes. Al analizar el producto físicamente, se

puede evaluar el producto de una manera rápida, sencilla y funcional.

Ventajas

• Piezas terminadas en 1 día, sin tratamientos posteriores

• Posibilidad de realizar varias piezas a la vez. (se apilan sobre el mismo polvo)

• Análisis de producto antes de fabricación definitiva.

• Poder efectuar cambios de diseño a bajo costo.

• Análisis de mercado con muestras físicas a bajo costo.

• Implementación de los sistemas de producción, ensamble y empaque

• EL sinterizado selectivo con láser es la tecnología más eficaz en este momento.

Impresoras 3D

Comprende un sistema de Componentes básicos para realizar un proceso análogo a la impresión

de papel por medio del sistema de adición por capas. Los materiales principales son polvo de

celulosa y “tinta” que tiene la propiedad de compactar dicho polvo.

Cuando ha terminado la impresión y el modelo está completo, el polvo sobrante se aspira y se

recicla para futuros usos. Para el acabado final, es necesario infiltrar el objeto construido

(sumergirlo) en uno de los distintos infiltrantes adhesivos especiales (dureza y resistencia)

Diferencia con otros métodos de prototipado:

• Modelos a todo color gracias al efecto combinado de los 4 cabezales de tinta (Magenta,

Cian, Amarillo y Trasparente).

• Distribución del color muy precisa, sin necesidad de laboriosos procesos posteriores.

• Tecnología de creación de prototipos más rápida del mercado (entre 5 y 10 veces más

rápida que cualquier otra solución).

• Pueden imprimirse varios prototipos independientes de manera simultánea para

aprovechar toda la superficie de impresión.