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Del prototipado rápido a la fabricación rápida

15/05/2002

Moldes

¿Un sistema de prototipado rápido como unidad de producción de piezas de serie? En la industria del automóvil será así muy pronto. La sinterización por láser de EOS (representada en España por Protoser) se está convirtiendo en un método estándar para la producción en serie de piezas de plástico.
Cuando Mika Salo, uno de los dos pilotos oficiales de Toyota Fórmula 1, subió al vehículo definitivo 2002 - el TF102 - que tuvo su debut en competición el 3 de Marzo en Melbourne en el Gran Premio de Australia, le acompañaban los buenos deseos de John Mitchell. Se trata del ingeniero estrechamente implicado durante tres años en el desarrollo del nuevo bólido de 10 cilindros (información ampliada en Plásticos Universales 75; pag. 79).

Proceso y aplicaciones

La tecnología de sinterización por láser es ahora un estándar en los departamentos de ingeniería de las compañías de automóviles en toda Europa. Con un nivel creciente de funcionalidad, la tecnología va conquistando nuevas áreas de aplicación. A principios de los años 90, empezó como solución de prototipado rápido para ahorrar tiempo y dinero en la construcción de modelos. Hoy, los sistemas se han convertido en plantas de producción para pequeñas series: fabrican más rápido, alcanzan mayores volúmenes y están altamente automatizados, produciendo piezas con propiedades mecánicas excelentes, resistentes a altas temperaturas y buena calidad superficial. Éstas fueron precisamente las razones decisivas de John Mitchell de Toyota Motorsport para invertir en sinterización por láser. "Las propiedades mecánicas que se consiguen sinterizando polvo termoplástico, el buen entorno de trabajo y la productividad de las máquinas y el excepcional volumen de construcción, especialmente en los nuevos sistemas de doble láser, son criterios indiscutibles que otras tecnologías no pueden alcanzar"
La sinterización de termoplásticos por láser es un proceso directo de fabricación por capas. Se utilizan láseres de CO2 – controlados por datos CAD – para construir piezas capa a capa, directamente a partir de poliamida biocompatible o poliestireno (patrones para fundición). Este proceso requiere sólo unas horas, en función del tamaño de partícula del material en polvo utilizado, la geometría, y la cantidad y tamaño de piezas fabricadas. Tras un breve acabado superficial, las piezas se pueden utilizar inmediatamente. La capacidad particular de este método ha sido siempre la fabricación directa de piezas de elevada funcionalidad, con propiedades y características cercanas a las piezas de serie.
Toda la información necesaria para controlar el láser se genera directamente a partir de los datos CAD 3D del dibujo. Para ello, los datos CAD se convierten al formato SLI (del inglés Slice Layer Information: información de cada "corte" o sección), para que el sistema los pueda leer. Estos datos SLI contienen toda la información geométrica necesaria para sinterizar la pieza (contornos, posición, espesor de capa). En otras palabras, los datos tridimensionales de modelos volumétricos se convierten en capas bidimensionales o datos de control. Esto se lleva a cabo normalmente mediante un paso de conversión a STL, que realizan los filtros de exportación de la mayoría de programas de CAD 3D. Para el último paso del proceso, EOS ofrece sus propias herramientas ó recomienda usar los productos software de Materialise ó Deskartes.

Prototipado y producción

TMG utiliza sinterización por láser para fabricar componentes de prueba como colectores, piezas de freno, amortiguadores y piezas de motor, y también componentes para los modelos de túnel de viento. Aunque sólo se fabrica una pequeña parte del vehículo de competición con material sinterizado por láser, la gran variedad de aplicaciones hace que ambos sistemas – EOSINT P 360 y EOSINT P 700 (sistema de doble láser) – tengan una demanda constante en TMG. Ambos sistemas pueden fabricar varias piezas de plástico simultáneamente.
Se ha superado un nivel. La sinterización por láser que ya se había consolidado como una herramienta efectiva para ingeniería simultánea, ahora constituye una alternativa real de fabricación rápida. Prototipado y producción comparten un mismo sistema. El director de producto de EOS Volker Junior lo sintetiza así: "La sinterización por láser combina la flexibilidad de las tecnologías rápidas con la automatización y eficiencia de la producción masiva. La personalización masiva se hace posible"
Durante la última feria Euromold en Frankfurt (en diciembre 2001) EOS presentó cómo equipan sus sistemas para esta nueva era. Una nueva periferia para una mayor automatización e integración del proceso incluye: un sistema automático de alimentación de polvo, diseñado en lazo cerrado para acelerar y simplificar la manipulación de polvo incluyendo el reciclado; una estación de limpieza integrada, para separar rápidamente las piezas del polvo; un "cassette" intercambiable para retirar fácil y rápidamente la(s) pieza(s) construída(s) de la cámara del proceso, dejando la máquina preparada para el próximo trabajo.
Antes de esta solución "IPCM" (del inglés Integrated Process Chain Management: Estructura Integrada de la Cadena de Proceso) se encuentra un nuevo software de preparación de datos: EOSPACE. Este nuevo producto lo ha desarrollado Materialise en exclusiva para EOS. El software de anidado automático basado en superficies, EOSPACE, posiciona las piezas en el volumen de construcción de forma totalmente automática, optimizando el volumen y evitando el contacto ó enlazado de unas piezas con otras. Así se reduce la altura de la construcción al mínimo necesario para la pieza de mayor demensión, ahorrando costes, tiempo de construcción y evitando errores.

Conclusión

En el mundo de la Fórmula 1 ya hay equipos que llevan sus vehículos a la competición con componentes sinterizados por láser. Esto es más que un aperitivo a la producción industrial en masa del futuro. Porque tanto las propiedades y comportamiento de las piezas como las oportunidades de esta tecnología son adecuadas para la fabricación rápida y económica de piezas de plástico de pequeñas series, para vehículos de competición ó de lujo.. Además, esta tecnología simplifica la fabricación personalizada de piezas únicas y recambios bajo demanda. La tecnología rápida de sinterización por láser amplía así su radio de acción englobando todas las etapas del ciclo de vida del producto – desde el desarrollo a la producción en serie y servicio post-venta. Ofrece a sus usuarios la posibilidad de reaccionar a los continuos cambios en las exigencias del mercado de forma rápida y flexible, a un nivel desconocido hasta la fecha.
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Vista general de la Eosint P700.

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