Impressora tridimensional
2002/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia | Urkidi, Leire Iturria: Elhuyar aldizkaria
El disseny d'un producte genera grans maldecaps al dissenyador. Serà fàcil de manejar? S'unirà a la resta de peces? Genera problemes a l'hora de muntar? Totes aquestes preguntes han de ser contestades abans que el producte arribi al mercat. Per a això, són molt útils les tècniques de prototipado ràpid.
Aquestes tècniques ens permeten disposar en molt poc temps d'una peça similar a la que hem dissenyat, un prototip. Aquest prototip permet analitzar la forma, grandària i funcionalitat de la peça. En definitiva, l'objectiu és decidir si el disseny és útil o no.
Els sistemes de prototips ràpids van ser presentats als Estats Units a la fi dels anys 80. Al principi els processos eren imprecisos i els materials estaven molt limitats, però des de llavors s'han fet grans passos. A Espanya, el centre tecnològic eibarrés Tekniker va ser pioner en el desenvolupament d'aquestes tecnologies i el treball realitzat va ser la base del treball posterior de l'empresa Idelt. Després de sis anys de recerca, aquesta nova empresa va obrir les seves portes en Elgoibar en 1998.
Prototips
Existeixen nombroses tècniques de prototipado, depenent de la peça que es vulgui realitzar se seleccionarà l'una o l'altra. Si l'objectiu és conèixer si és estèticament apropiat o no, bastarà amb crear un prototip conceptual, és a dir, el material que s'utilitzarà no serà el que es vagi a utilitzar posteriorment en el procés de fabricació, però com a prova és molt útil.
Una de les tècniques que utilitza Idelt per a elaborar models conceptuals és la impressora tridimensional. Aquesta tecnologia permet al dissenyador disposar en poques hores de la peça que acaba de dissenyar. Per a veure-ho utilitzarem un exemple: l'objectiu és crear un record de bronze a partir d'un logotip dibuixat en paper.
Procés d'impressió
Per a començar, cal introduir la imatge seleccionada en l'ordinador, que es pot prendre des d'una foto, un pla o des d'Internet, és a dir, des de qualsevol imatge bidimensional.
Després cal donar-li volum a la foto, és a dir, convertir-la en disseny tridimensional. Per a això s'utilitzen programes informàtics estàndard com el CAD. Aquests programes permeten dissenyar imatges en tres dimensions. Per tant, en aquest pas es realitza el disseny. Posteriorment, en els següents passos, aquesta peça es realitza a través del procés descrit. I si no s'ha aconseguit el que es volia aconseguir, perquè la peça no té les característiques necessàries, per exemple, es torna a aquest pas i es millora el disseny de la peça en l'ordinador.
Abans d'enviar la informació a la impressora és imprescindible crear el fitxer STL, que és el format que utilitzen les tecnologies de prototips ràpids. Des d'allí llegirà els detalls geomètrics de la peça.
Una vegada enviat el fitxer, la impressora tridimensional comença a treballar. Funciona igual que la resta d'impressores però usant cera en lloc de treballar amb tinta. Des del fitxer STL es llegeix la quantitat i ubicació de la cera necessària a cada moment i amb aquesta informació es realitza la peça.
En el nostre exemple, el resultat és un logotip convertit en figura de cera, és a dir, un prototip conceptual que serveix per a analitzar el disseny. En aquest pas radica el principal avantatge d'aquest sistema. De fet, una vegada aquí es pot donar per finalitzat el procés. Si la peça no és del seu grat o presenta defectes, es pot realitzar un nou disseny i reiniciar el procés.
Però es pot seguir endavant i realitzar un altre tipus de prototips. Atès que el prototip està fabricat en cera, mitjançant un procés que fundi la cera es pot obtenir una peça composta per un altre metall.
El prototip s'envoltarà d'un material ceràmic per a la fabricació del motlle. Una vegada realitzat el motlle, la cera es fondrà i el buit deixat s'emplenarà amb un altre material, acer, alumini, etc. que el client pot triar. En el nostre exemple s'ha optat per fer un recordatori en bronze, però en aquest procés es pot utilitzar qualsevol material que es pugui injectar en un motlle.
El motlle s'emplena amb metall fos i quan es refreda s'obre i d'aquí surt la peça de bronze acabada. Mitjançant aquest sistema aquesta peça tindrà les característiques necessàries, és a dir, no tindrà problemes de disseny. En la metodologia tradicional, no obstant això, les anàlisis haurien de realitzar-se sobre la peça de bronze. En cas de fallada, la repetició del procés seria massa cara amb el bronze.
Alterno resina
L'estereolitografía o SLA és una altra tècnica de prototipado ràpid. La diferència més significativa respecte a la impressora tridimensional és l'ús del làser. A aquest sistema se li ha anomenat també màquina màgica, ja que converteix el plàstic líquid en un cos sòlid tridimensional. Una vegada finalitzat el disseny, es genera el fitxer STL utilitzat per aquesta tecnologia i s'envia directament a la màquina.
Res més posar-ho en funcionament, el raig làser en el recipient que conté la resina líquida comença a treballar, dibuixa la peça que realitzarà i s'apaga immediatament després de fer la primera capa. La matèria primera utilitzada en el procés són les resines epoxi estàndard i el resultat és una peça transparent.
Aquesta tecnologia permet realitzar la peça per capes, per la qual cosa en apagar el làser hi ha una capa acabada i en els punts en els quals el làser ha tocat la resina s'ha solidificat. Els prototips es construeixen de baix a dalt. Els punts afectats pel làser es van unint a la capa inferior fins a finalitzar la peça.
El líquid sobrant queda en el recipient per a ser utilitzat en les següents capes i la base mòbil que subjecta la peça va a poc a poc cap avall. Una vegada acabada la peça, la base mòbil puja per a poder treure la peça. Es treu i s'emporta a un forn de raigs ultraviolats per a endurir la peça.
Opció material
Ja hem aconseguit el prototip dimensional o funcional i ara podem provar si coincideix o no amb la resta de peces. No obstant això, si es desitja es pot obtenir un prototip més útil utilitzant el mateix material en el qual es fabricarà la peça.
No obstant això, la diferència radica en el fet que les maneres en els quals es fabricarà el prototip i posteriorment la peça són completament diferents. El procés d'obtenció del prototip experimental és més curt i, igual que en el logotip anterior, la peça final es realitzarà mitjançant motlle. En aquest cas s'utilitzarà silicona per a la fabricació del motlle. Envoltar la peça amb silicona, obrir-la quan estigui totalment endurida, treure la peça realitzada amb estereolitografía i després tancar introduir el poliuretà. No hi ha diferències entre aquest prototip i la peça real.
Aquestes tecnologies han estat utilitzades fins al moment pels sectors d'automoció, telecomunicacions i electrodomèstics, però cada vegada són més els sectors que necessiten aquestes tècniques, com la medicina.
Llest per a comercialitzar
Una dels avantatges de l'estereolitografía és la seva precisió. A més, mitjançant tècniques de generació ràpida de prototips s'aconsegueix reduir el temps de posada en el mercat del producte. Si les peces són defectuoses es detecten abans, per la qual cosa el cost pot reduir-se significativament.
A més, sovint el prototip experimental, és a dir, el que no té diferències amb la peça real, es realitza quan se sol·licita per a avançar campanyes de màrqueting o per a detectar el seu impacte en el mercat. Per tant, els avantatges que ofereixen els prototips econòmicament són enormes.
Fitxers STL
Aquest format rep el nom d'estereolitografía en anglès. Aquests fitxers STL s'utilitzen en procediments informàtics de manufactura de peces tridimensionals. Per això, emmagatzemen la informació de la geometria d'un sòlid tridimensional.
La geometria dels sòlids es defineix mitjançant superfícies triangulars, és a dir, que representen la forma i la grandària del sòlid a programes d'ordinador. Aquest tipus de fitxers, a més del disseny de peces, poden ser utilitzats per a determinar les estructures requerides en arquitectura i enginyeria.
Aplicacions espectaculars
La tecnologia de prototips és aplicable no sols a la indústria, sinó també a molts altres camps. En medicina, per exemple, es pot combinar amb tècniques d'exploració corporal interna.
Si es realitza una tomografia a un pacient amb càncer cerebral, el resultat és només un fitxer d'ordinadors. Aquest fitxer conté la informació de l'estructura interna del capçal i pot convertir-se en format STL. A partir del fitxer d'aquest format, i mitjançant les tècniques emprades per l'empresa Idelt, es pot realitzar un prototip de cap amb cera o un altre material. Es tracta únicament d'un procediment de còpia del capçal.
Aquesta còpia del capçal inclourà una còpia exacta del tumor, per la qual cosa el cirurgià pot conèixer la via més adequada per a utilitzar el bisturí abans d'entrar en el quiròfan.
Això augmenta l'eficàcia de l'operació, el metge no troba sorpreses i disminueix lleugerament el risc del pacient.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
