X CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS

VALENCIA, 13-15 Septiembre, 2006

CARACTERIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE PROTOTIPADO RÁPIDO COMO HERRAMIENTA DE DISEÑO PARA LA

FABRICACIÓN RÁPIDA

F. J. Munguia

Abstract The now widely known Rapid Prototyping processes have gone through a radical change on their approach; from being complementary tools for the designer to show in a tangible way the first sketches of a product, to become a new set of technologies capable of manufacturing end use products for specific applications mostly in the low batches sector.

The application of Layer Manufacturing Techniques (LMT) becomes more common everyday: inventory parts, customised sports accessories, development of medical models in plastic and different metal alloys, etc.

Tough the information about these applications is scarce and difficult to access by design teams not involved in these topics. Which technology should be chosen? Which is the optimum break-even point to choose RP over conventional methods? What properties do currently available materials have? What properties and advantages can be reached by using these technologies for manufacture?

This paper deals with the way this same information can be integrated into the design process through a characterization of the RP processes, their main parameters and implications so the responsible team can have a wider range of options not for prototype construction, but to choose from this same technologies and materials available the most suitable for the manufacture of end use products. It’s also discussed the proper way to find the break-even point to choose layer manufacturing techniques or conventional methods.

Based on industrial case studies and a current research project conducted on this topic, this paper is intended to show actual tendencies on Rapid Manufacturing and the use of Rapid Prototyping for this same purpose.

Topic area: Product Engineering and Mechanical Design

Key words: Rapid Manufacturing, Rapid prototyping, process characterization, design tools

Resumen Los procesos de prototipado rápido ampliamente difundidos y utilizados a la fecha, han tenido un cambio radical en cuanto a su enfoque; de ser herramientas complementarias al diseño para mostrar de forma tangible los primeros bosquejos de producto han llegado a convertirse en tecnologías capaces de producir piezas finales para aplicaciones específicas, generalmente en pequeños lotes o de piezas únicas.

Los ejemplos de aplicación de las técnicas de fabricación aditiva son más comunes cada día: partes de recambio, accesorios deportivos customizados, desarrollo de piezas de aplicación médica tanto en plástico como en diferentes tipos de aleaciones metálicas, etc.

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Sin embargo la información sobre estas mismas aplicaciones es escasa y de difícil alcance para equipos de diseño ajenos al tema. ¿Qué tecnología se debe elegir?, ¿Qué nivel de producción es rentable para utilizar RP?, ¿Qué propiedades tienen los actuales materiales disponibles?, ¿Qué propiedades y ventajas se pueden lograr al utilizar estas tecnologías para fabricar?

La presente comunicación trata sobre la forma en que esta información puede integrarse en la etapa de diseño mediante una caracterización de los procesos de RP, sus principales parámetros e implicaciones, de manera que el equipo responsable tenga un abanico mayor de opciones no para la fabricación de prototipos, si no para elegir, de aquellas tecnologías y materiales disponibles, los que sean aptos para la fabricación de piezas finales. De igual forma discute sobre la forma de determinar los tamaños de lote rentables para fabricar piezas mediante técnicas aditivas.

Basándose en casos analizados de la industria y en una investigación conducida actualmente sobre el tema, también se pretende mostrar las tendencias actuales en Fabricación Rápida y el uso del prototipado rápido para tales fines.

Área Temática: INGENIERÍA DEL PRODUCTO Y DISEÑO MECÁNICO

Palabras clave: Rapid Manufacturing, Prototipado Rápido, caracterización del proceso, herramientas de diseño

1. Introducción La transición de Prototipado Rápido (RP) a Fabricación Rápida (RM, del inglés Rapid Manufacturing) ha dejado en el camino una multitud de técnicas, principios y tecnologías de fabricación alternativas, muchas de las cuales no se han mostrado aptas para competir en calidad, precio y capacidad con los procesos históricamente establecidos y considerados estándar como la fabricación por control numérico (CNC), el moldeo por inyección, los procesos de conformado de chapa, entre muchos otros. Sin embargo existe un grupo de tecnologías que desde el inicio de la industria del RP, a mediados de los ochentas, se han mantenido y ha evolucionado junto con una industria que las ha aceptado de forma tímida aunque constante, como posibles alternativas para la fabricación en aquellos casos donde la inversión en moldes, matrices y utillajes en general no es justificada debido al bajo número de ejemplares que se requieren.

Tecnologías como el Sinterizado Láser (SLS) tanto de metales como de resinas plásticas, la Deposición de filamento Fundido (FDM) con su material estrella el ABS, los nuevos procesos aditivos como el SLM (selective Laser Melting), EBM (Electro Beam Meeting) orientados a aleaciones metálicas, e incluso la misma Estereolitografía con su amplia variedad de materiales, se han mantenido en la industria y evolucionado hasta llegar a un punto donde su utilización como medio productivo para fabricación de bienes finales es una realidad.

El sector que más ha aprovechado esta reciente alternativa de nuevos procesos es el de pequeñas y medianas series, sobre todo en sectores tan especializados como la medicina, aeronáutica, automovilismo de competición e incluso la industria aeroespacial y de defensa. El común denominador de estos mercados es el bajo volumen de unidades requeridas. Por ejemplo, mientras en un consultorio dental se requiere una docena de implantes dentales diseñados según las características de un par de pacientes, un equipo de fórmula 1 requiere un par de alerones de acero para realizar pruebas de túnel de viento o pruebas de clasificación.

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El mercado de pequeñas series es comúnmente considerado como de productos exclusivos o de alto coste. En realidad una parte de ese coste se debe a que existen pocas tecnologías capaces de brindar tanto la capacidad técnica como la viabilidad económica para producir en pequeñas cantidades. Una capacidad que en un futuro tendrán los procesos de “Rapid Manufacturing”, pero que hoy en día es posible alcanzar con algunos procesos actuales de RP siempre y cuando se encuentre la combinación correcta de elementos como proceso/parámetros/materiales/diseño.

2. Objetivos A través de la caracterización de los procesos comerciales más importantes, de RP, entendiendo como caracterización la identificación de los parámetros clave que permitan una comparación objetiva entre procesos, se propone una herramienta para evaluar la capacidad productiva de los procesos actuales frente a requerimientos de diseño formales de piezas, principalmente del rango de pequeñas series, de forma que puedan proyectarse por el diseñador nuevas alternativas que no estén restringidas por los procesos tradicionales del fabricación y que aumenten el abanico de procesos y tecnologías disponibles.

De igual forma se hace una descripción de las propiedades actuales de los materiales de RP disponibles con el fin de contrastarlas con las propiedades que exigen los requerimientos de diseño de producto. Se describe también para un caso de diseño, la viabilidad o no viabilidad de las tecnologías de prototipado rápido así como la justificación económica que acompaña a la recomendación dada sobre los procesos.

3. Caracterización de procesos de prototipado rápido A decir de los usuarios con cierta experiencia en las tecnologías rápidas de fabricación los elementos principales a tomar en cuenta en su evaluación son:

• Precisión, acabados y velocidad del proceso

• Durabilidad de materiales disponibles y sus costes

• Coste total de la pieza, el equipo o costes asociados (instalación, entrenamiento, etc.) Si no se cumple convenientemente con lo anterior el proceso es prácticamente inviable [2].

Es de esperarse que en cada comparación los parámetros sean diferentes según el propósito que se persiga, por ejemplo, si se busca medir la viabilidad de procesos de RP respecto al moldeo por inyección, interesarán parámetros relacionados con la capacidad y volumen como: tiempos de proceso, tiempo de escaneo, sinterización, deposición, tasa de producción por hora, etc. Por otra parte si interesa comparar procesos de RP con procesos tradicionales como micro fusión, o moldeo por gravedad, interesarán criterios como: tolerancias, calidad superficial, repetibilidad, nivel de detalle posible, entre otros que permitan asegurar un modelo de calidad para el proceso.

Sin embargo es posible listar un conjunto de características generales para los procesos de RP recabadas a partir de datos de fabricantes de equipos y de experimentos realizados por distintos investigadores dedicados al tema, para mostrar los valores típicos que cada proceso puede ofrecer.

La siguiente es una síntesis de la caracterización hecha para los parámetros clave de los principales procesos de RP. Se intenta mostrar los valores típicos definidos para cada proceso y no para cada equipo disponible.

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Proceso SLA SLS FDM 3DP

Láser/ Tipo Luz UV λ= 325

nm,He - Cd. / YVO4 800mW

Si / 20- 200W CO2 NO / Alimentador de resina

NO / Inyector de material

Uso de soportes

Si. Filamentos fotosensibles a intervalos de.

6,4mm

No necesarios. Si. Dos tipos:

BASS y Waterworks

No. El mismo polvo actúa

como soporte

Envolvente de trabajo

máximo mm

De 254 X 254 X 254 (SLA 250)

hasta 508 X 508 X 610mm (SLA5000)

330 X 279 X 381mm (metal) 700 x 380 x 580 mm (Plástico)

De 203 X 203 X 305mm(Prodigy Plus) hasta 599 X 500 X 599mm

(Maxum)

203 X 254 X 203mm(Z406) hasta 508 X

610 X 406mm Z810

Velocidad promedio

2,54 -9,52 m/sec (escaneo) 2- 25mm³/s 2 – 4 capas X

minuto

Espesor de capa típico

(mm) 0,025mm 0,1mm 2 - 20 µm 0,178 -

0,33mm(Prodigy) 0,089 – 0,203

mm

Precisión dimensional

0,010mm.( 0.1%) tolerancias entre

+/- 0,2 mm

+/- 0,05 - 0,25 mm.varia según

geometría, tamaño y parámetros

Contracciones entre el 3 -4%.

(+/- 0,127 mm <13cm) (+/- .0015 mm >13cm).* . Afectada por

menos parámetros

0,025in Pobre. Tiene las mayores

variaciones de todas las

tecnologías

Acabado superficial/

coef. rugosidad

Entrega el mejor acabado aun antes del pos

proceso. La parte superior es la

mas fina y en las laterales es

visible el efecto escalonado

acabados rugosos y porosos.

depende del tamaño de las

partículas usadas

Deficiente. Rugosos y

porosos. Mejora manipulando diámetros de extrusión y

ancho de capa.

Acabado rugoso y con

texturas. Se ha caracterizado

como similar al nivel 150 de un

lija

Definición / Detalle

capaz de producir detalles de hasta

0,25mm dependiendo

entre otros del diámetro del láser

Tipicamente 0.64mm dictado por

el diámetro del láser y la fusión del material que rodea

el detalle

Los detalles mínimos se

limitan al doble del espesor de

capa. Entre 0,41 - 0,61mm

Resolución= 600dpi 0,10-

0,15mm. Limitada por infiltración y limpieza de

polvo a : 0,76- 1,52mm

Color Ambar, blanco o transparente

Blanco o gris. para PA.Tipo acero

inoxidable opaco para material

metálico

Blanco, azul, amarillo, naranja,

rojo, verde, negro, gris ó

blanco.

Ofrece la mayor alternativa de

colores, al menos una

paleta de 24bits

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Estabilidad

Su exposición a agentes externos

puede distorsionar su forma después

del proceso

Dimensionalmente estables. Partes

metálicas deformables si el infiltrado no se

realiza con cuidado

Buena. Sus materiales no

varían en propiedades con la exposición en ningún ambiente

Mala. Si no son infiltrados son susceptibles a

cambios en propiedades y dimensionales

Maquinabilidad

Es posible. Precaución en

fresado, taladrado y forjado para

evitar rompimientos

Es posible. Piezas en PA pueden derretirse por

calentamiento de ciertas áreas

Fácilmente sin mayores

problemas

No maquinables;

Posibilidad con la apropiada selección de

infiltrante

Resistencia

No deben ser expuestas a

suciedad, calor sobre 46c o

agentes químicos. Incluso

la humedad o inmersión en

agua es dañina

Mismas propiedades de los

termoplásticos base. Resiste

suciedad, calor hasta 163o, :

ácidos, bases. Alcohol,

hidrocarburos, éteres, etc.

Mismas propiedades del material base. ABS soporta hasta 93oc y

agentes químicos:

petróleo, gas, aceite, ácidos.

Polifenolsulfona soporta hasta

204oc

Limitadas a entornos

controlados por susceptibilidad

a absorber suciedad. Asumen

propiedades de la sustancia

infiltrada.

Fabricación Hr. Muestreos

26hr 19min Depende de geometría y parámetros elegidos::

Volumen, altura en Z, orientación, material, espesor

de capa

6hr 51min Similar al SLA

42hr 10min Tiempos

mayores que otras

tecnologías. parámetros: Volumen de

pieza, soportes, material y

diámetro de deposición

5hr 50min PARAMETROS:

Espesor de capa, altura Z,

material elegido

Tabla 1. Síntesis de caracterización de algunos procesos de RP

Existen parámetros difíciles de cuantificar como la repetibilidad, nivel de detalle, acabados y calidad superficial, entre otros ya que la aproximación a sus valores típicos es posible solamente mediante el historial o la fabricación, medición y análisis estadístico de una serie de piezas, y no es posible predecirlos de la misma manera que por ejemplo la velocidad, que dependerá en la mayoría de los procesos del tipo de material utilizado, diámetro y potencia del láser o instrumento inyector, espesor de capa elegido, velocidad de escaneo, entre algunos de los más relevantes.

Sin embargo con la determinación de parámetros de la forma mostrada es posible identificar el conjunto de condiciones que permitan elegir determinado proceso para la pieza que se desea fabricar. Puede observarse como la mayoría de los parámetros para la impresión en 3D (3DP) no ofrecen alternativas para la fabricación real; a pesar de contar con la mayor velocidad y un abanico de colores de 24bits, la calidad superficial que ofrece, porosidad en

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los acabados y deficiencias para maquinar sus piezas resultantes, lo convierte en una alternativa poco conveniente.

4. Selección de materiales para procesos de RP Diez años atrás parecería una labor fácil elegir entre 15 0 20 materiales disponibles para diferentes procesos de RP según sus prestaciones para la fabricación de prototipos, sin embargo actualmente el abanico de materiales disponibles para los procesos de RP vigentes es bastante extenso. Sólo para la Estereolitografía (SLA) se reconocen más de 30 diferentes resinas [5], muchas de ellas ofreciendo propiedades desde resistencia a la humedad, hasta colores, alta precisión, resistencia a altas temperaturas, transparencia e incluso algunas incorporan propiedades como flexibilidad y elasticidad tipo caucho.

La oferta de materiales metálicos no es menor, con las recientes introducciones de materiales como Titanio, aleaciones ligeras y aceros inoxidables [5], que amplían las posibilidades de más de una docena de procesos disponibles comercialmente para la fabricación en metal, ya sea para aplicaciones de utillajes o fabricación directa.

La estrategia más factible para una ágil selección del material que mejor cumpla con los requerimientos de diseño, es a partir de una extensiva base de datos con los materiales de RP disponibles a la fecha y sus propiedades principales. Con ella es posible hacer una filtración según las propiedades requeridas y comparar los materiales de forma gráfica para facilitar la decisión.

Figura 1. Resistencia a la flexión para algunos materiales de RP (izquierda), Selección de materiales según su aptitud. Fuente (Base de Datos Express Pattern, EEUU)

Se propone un proceso similar al enunciado por Mueller [8] que establece una aproximación a las propiedades deseadas en el producto para fines de prototipado, sin embargo en este caso se busca hacer coincidir las funciones esperadas del producto o pieza, con la capacidad de materiales que permitan su fabricación final.

Las etapas incluyen:

• Identificar los requerimientos del producto/pieza: condiciones de uso, cargas, esfuerzos a someterlo, flexibilidad requerida, dureza, etc.

• Identificar las propiedades clave del material: En base a lo anterior, analizar la/s propiedades que mejor respondan a los requerimientos críticos. Para cierta

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aplicación puede ser de mayor importancia el módulo de flexión o la resistencia a la fatiga que al impacto, lo cual puede cambiar radicalmente la cantidad de materiales disponibles que cumplen con la función.

• Determinar si se cumplen las propiedades restantes del producto: Si las propiedades no sólo mecánicas, sino químicas o estéticas más importantes son factibles de cumplirse con el material de RP seleccionado, es conveniente determinar en que medida se cumple el conjunto de requerimientos del diseño

• Seleccionar el material de RP o fabricación rápida: Una vez que se han filtrado los materiales según sus propiedades y requerimientos es posible compararlos gráficamente y elegir el más apto para la función deseada.

5. Criterios de tiempo y costes La caracterización de las tecnologías de RP no está completa si no se hace también a la luz de los costes incurridos, sus tiempos y capacidades del proceso. El modelo aportado por Dickens y Hopkinson [6] analiza en detalle tres tipos diferentes de conceptos que deben estimarse para cada pieza que se desee fabricar según el proceso:

Capacidad del proceso Costes de mano de obra Costes de materiales

No. De piezas por plataforma Coste operador /hr Material X pieza (incluye

soportes

Tiempo estimado de producción Tiempo de set-up Masa de la pieza

Producción por hora Tiempo de post-proceso Volumen de cada parte

Volumen anual esperado Coste/operario X parte Coste material X Kg

Coste/operario X lote Coste material X parte Tabla 2. Algunos criterios importantes para consideración de costes en RP

Estos conceptos pueden ampliarse y detallarse tanto como se desee con el fin de aumentar la exactitud del cálculo de costes y poder compararlo así con los de otros procesos alternativos. La caracterización tanto de procesos como de materiales ayuda a obtener de manera rápida los datos requeridos, sin embargo la estimación de tiempos y su coste final varía según la geometría propia de cada producto por lo que su determinación puede representar una tarea algo extensa.

Una estrategia que permite al diseñador o ingeniero comparar parámetros como los anteriores de una forma ágil es la simulación de procesos de RP. A través de un software especializado como “Magics” [9] uno de los más difundidos en la industria del RP que además de funciones básicas de reparación y edición de ficheros STL, permite la manipulación de parámetros de construcción de forma que puedan preverse tiempos y costes de fabricación para una pieza o lotes de estas.

Un ejemplo de aplicación de esta herramienta así como del modelo propuesto para seleccionar el mejor método de RP se describe a través del siguiente caso hipotético construido para mostrar las etapas de aplicación propuestas así como la justificación en cuanto a volumen y costes de la recomendación final.

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6. Estudio de caso Diseño de una tapa frontal para el sistema fuel injection de un motor

Se requiere fabricar una pieza ya sea en metal o plástico con las características suficientes para actuar como tapa frontal de una pieza interna de un motor para un vehículo utilitario de baja serie. Originalmente se ha pensado en un material plástico con la resistencia y propiedades necesarias pudiendo ser fabricado mediante moldeo por inyección. Sin embargo interesa evaluar otros métodos debido al bajo volumen anual que se requiere.

El molde para inyección de la pieza ha sido cotizado en 29.000Euros con una capacidad de un millón de ciclos.

Figura2. Isométrico de la pieza a fabricar

6.1 Requerimientos iniciales

Tamaño pieza 50 X 50 X 20 mm

Volumen de producción Aprox. 3000 unidades anuales

Condiciones de operación - Exposición a agua, diferentes tipos de aceites

- Temperaturas entre -40 y 140oC

Proceso original Moldeo por inversión o gravedad

Requerimientos Porosidad mínima, Resistencia a altas temperaturas, resistencia a suciedad

Tabla 3. Requerimientos clave del diseño

Dado el principio de fabricación de adición de capas, de los procesos de RP, su aplicación a este caso se podría traducir en algunas ventajas en el diseño de la pieza como:

• Eliminación de operaciones de maquinado secundario

• Eliminación de utillajes y moldes

• Reducción de ángulos de deslizamiento en el contorno(draft angles)

• Creación de hoyos ciegos, no rectos y geometrías complejas

Los criterios para la selección de procesos de RP se proponen en el flujo siguiente:

6.2 Búsqueda de materiales adecuados La búsqueda en bases de datos para materiales de RP se refina para seleccionar solo las opciones útiles. Dadas las condiciones y requerimientos de uso de la pieza, se deduce como propiedad de mayor interés la resistencia a altas temperaturas, que viene dada por el indicador temperatura de distorsión al calor (TDC). Al refinar la búsqueda de materiales para RP se obtienen las alternativas presentadas en la siguiente gráfica:

Buscar materiales adecuados

Buscar procesos de RP compatibles

Buscar viabilidad económica y de escala

Selección del más conveniente

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Figura 3. Gráfica comparativa de TDC para algunos materiales de RP

La mayoría de los materiales, algunos fotopolímeros y otras resinas como el ABS no superan los 150 grados centígrados mientras que hay dos que lo superan. Los materiales con un valor superior de TDC son: Duraform PA y GF, que corresponden a la poliamida reforzada para sinterización, utilizada en los procesos de sinterizado Láser. Y con un valor aun superior el material metálico Direct steel utilizado en los equipos de sinterización metálica de la compañía EOS.

Evidentemente por tratarse de material para piezas metálicas, DirectSteel tendrá valores superiores para algunas propiedades por ejemplo la resistencia a la tracción y resistencia química, sin embargo las piezas de Poliamida reforzada pueden también cumplir con la función de la pieza a un precio mucho menor que el metal sinterizado, por lo que se elige a este último como opción de material.

6.3 Búsqueda de procesos de RP compatibles Para hacer una aproximación objetiva y determinar las cantidades rentables de producción es necesario conocer una serie de parámetros que pueden obtenerse de la información que ya se conoce. En este paso se utilizará como herramienta de simulación el software de RP Magics para calcular los costes que permitan hacer una gráfica comparativa de procesos.

El proceso inicia con un análisis de costes, que una vez elegido el material, dependerán del proceso propuesto. La poliamida reforzada se utiliza en la mayoría de los equipos de SLS por lo que el criterio siguiente es ya sea: la disponibilidad del equipo, o si el equipo pertenece a un proveedor externo convendrá elegir el que cuente con un mayor envolvente de trabajo y velocidad. Para este caso dado su mayor envolvente de trabajo y su compatibilidad directa con el material elegido, por ser del mismo fabricante, se propone el equipo Sinterstation 2000 de 3D systems que cuenta con los siguientes parámetros obtenidos del sitio Web de fabricante[10]:

• Tamaño de bandeja de fabricación: 550 X 550 X 750mm

• Espesor de capa 0,1mm

• Potencia de Láser: 70 W

Los valores de costes se obtienen a partir de un caso de estudio de referencia [6] donde para una pieza sinterizada en poliamida se identificaron los valores estándar siguientes:

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• Coste del operador por hora: 5,30 E

• Coste operador por pieza : 0,04 E

• Coste operador por bandeja (lote): 42,37 E

• Coste Material por Kg : 54 E

• Coste material por parte: 1,63 E

6.4 Viabilidad económica y de escala de producción Los costes en los que incurre el proceso así como los tiempos estimados para diferentes volúmenes de producción pueden estimarse manipulando los parámetros anteriores dentro del software Magics. Nótese que al aumentar la cantidad de piezas por bandeja el coste total disminuye hasta llegar al límite donde se utiliza la totalidad del espacio disponible (85 piezas), a partir de ese punto el coste por pieza será constante. Esto se ilustra en las siguientes figuras:

Figura 4. Bandeja de producción del equipo Sinterstation 2000 según el software Magics.

Lo anterior muestra que el precio de la misma pieza hecha por SLS se reduce conforme se aproveche el área de fabricación disponible en el equipo, pasando de 60 Euros para una pieza unitaria, hasta los 5,57 Euros que corresponde a la máxima cantidad de piezas que pueden fabricarse por cada lote o bandeja.

Esto significa que para lograr las 3000 piezas requeridas, es necesario fabricar 35,29 bandejas de partes por SLS lo cual permite hacer aproximaciones al coste total que estaría en el orden de 16 700 – 19 000 Euros.

6.5 Selección del proceso más conveniente Dados los datos iniciales del caso, y la información obtenida de la simulación del proceso, es posible hacer los cálculos necesarios para comparar el rendimiento del proceso SLS respecto al coste aproximado del moldeo por inyección, obteniendo la siguiente gráfica del punto de equilibrio.

Cantidad producida: 1 pza Tiempo total : 3hrs 2 min Coste total : 60,12 E Coste unitario : 60,12 E

Cantidad producida: 45 pzas Tiempo total : 28hrs 0 min Coste total : 277,00 E Coste unitario : 6,15 E

Cantidad producida:85 pzas Tiempo total : 50hrs 41 min Coste total : 473,93 E Coste Unitario : 5,57 E

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Figura 5. Gráfica del punto de equilibrio económico para ambos procesos

En la gráfica se muestra que, para cantidades de producción menores a 5206 piezas, la sinterización láser es la opción más económica. Por otra parte, si se requieren mayores volúmenes de producción el moldeo por inyección será la alternativa más viable.

En el caso planteado de inicio, para un nivel de producción anual de 3000 unidades se recomienda el uso del Sinterizado láser de poliamida respecto a la inyección de plásticos.

7. Conclusión

La caracterización de los procesos de prototipado rápido es el primer paso para conocer sus principales implicaciones y ser capaces de hacer inferencias sobre su rendimiento a través de la manipulación conveniente de sus parámetros más importantes. Mientras más detallada sea la información disponible se conocerá mejor el proceso y será posible obtener a aproximaciones más reales sobre el comportamiento del proceso.

Como se ha mencionado anteriormente, existen parámetros que no son posibles de determinar analíticamente, sino a través de la observación y estudio de casos similares utilizándolos como referencia. Tal es el caso de los costes sobre todo los relacionados con la mano de obra, y algunos parámetros de operación como la repetibilidad, calidad, acabados, etc.

Con el ejemplo mostrado se intenta describir de forma general una estrategia sistemática para el análisis de un proceso de RP a través de los requerimientos iniciales de un producto dado. Aunque los requerimientos formales de un producto generalmente son más extensos, es posible extrapolar este caso de estudio y aplicar los mismos principios, que lleven finalmente al estudio de viabilidad de un proceso de RP en concreto.

El interés principal es presentar a las tecnologías del Prototipado rápido como una alternativa a los procesos de fabricación tradicionales con el fin de enriquecer el abanico de opciones del diseñador a la hora de planear los procesos, sobre todo cuando trabaja en el sector de productos de pequeñas series.

29.000

5,57

30.000 5206

Punto de equilibrio = 5206 piezas

No. De piezas

Coste X pieza

Coste por pieza- Moldeo de inyección

Coste por pieza- SLS

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Este trabajo es producto de una investigación doctoral en curso sobre el tema de RP aplicado a la fabricación de pequeñas series de productos. La intención final del proyecto es automatizar las fases mostradas mediante el uso de una herramienta informática que gestione bases de datos amplias con información de procesos, materiales y reglas para mejora diseños a partir de los principios de las tecnologías aditivas. Sin embargo es necesario conocer las implicaciones de este tipo de procesos por lo que el interés principal ha sido mostrar el procedimiento en cierta forma “manual” y que podrá próximamente ser integrado en una herramienta que facilite el análisis mostrado.

Correspondencia Fco. Javier Munguía Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de proyectos de ingeniería. Edificio E.T.S.E.I.B. Diagonal, 647, planta 10. 08028 Barcelona, España e-mail: javier.munguia@upc.edu Telf.: 34637292695

Referencias [1] Hague, R., S. Mansour, et al. (2003). "Design opportunities with rapid manufacturing." Assembly Automation 23(4): 346-356.

[2] Hague, R., S. Mansour, et al. (2004). "Material and design considerations for Rapid Manufacturing." International Journal of Production Research 42(22): 4691-4708.

[3] Hopkinson, N. and P. Dickens (2001). "Rapid prototyping for direct manufacture." Rapid Prototyping Journal 7(4): 197-202.

[4] Harrison, P. (2003). Rapid Prototyping user guide, De Montfort University.

[5] Segal, J. (2005). A Material World. Time Compression Technologies Europe. 13: 58 Ed. November- December

[6] Hopkinson, N. D., P. (2003). Analysis of Rapid manufacturing using Layer Manufacturing processes for production. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Wales, UK, Mechanical Engineering Science.

[7] Mueller, T. (2004). The Changing Economics of Low Volume Investment Casting. Investment Casting Institute Annual Technical Conference, Covington, KY.

[8] Mueller, T. (2004). Truly Functional Testing. Selecting RP materials so that prototypes predict the performance of injection molded plastic parts. SME Rapid Prototyping and Manufacturing Conferencing, Dearborn, MI. [9] Sitio web de la empresa Materialise y el software Magics: http://www.materialise.com/magics-rp/main_ENG.html [10] Sitio web del fabricante 3D systems www.3dsystems.com/

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