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La integración de las diversas técnicas de CAD/CAM/CAE

01/03/1996
Alexandre Samper
Director del Area Tecnológica
Centro Tecnológico de Ascamm




El conjunto de técnicas de diseño asistido por ordenador ha experimentado un notable progreso en los últimos años, hasta el punto de que pueden considerarse suficientemente maduras y aplicarse de forma rentable a lo largo de todo el proceso de diseño y fabricación de un producto. De hecho, cuando las técnicas de diseño asistido por ordenador se contemplan de forma global e integrada el proceso se vuelve verdaderamente efectivo. el presente artículo introduce las diversas técnicas existentes y se basa en un esquema de desarrollo completo de un producto, desde la idea inicial hasta la disponibilidad rápida de un prototipo físico.

1. INTRODUCCIÓN

Hasta hace muy poco, las empresas se preguntaban: CAD si o CAD no?, ahora la pregunta es: Qué sistema de CAD?.

Hoy en día, prácticamente ninguna compañía que diseñe y desarrolle algún tipo de producto cuestiona la aplicación del CAD, y aunque es evidente que existen muchas formas de enfocar estos temas y cada empresa lo hará del modo que considere más oportuno, la experiéncia en la aplicación del CAD demuestra que su utilización aislada aporta únicamente beneficios parciales a la empresa en su conjunto. En definitiva, en muchas ocasiones la simple aplicación del CAD no es suficiente para incrementar la calidad, reducir los plazos de desarrollo y acelerar la salida al mercado de un producto.

El conjunto de técnicas asistidas por ordenador (CAD, CAM, CAE, CAQ, CAPP, "rapid prototyping", etc.) han experimentado una gran evolución en estos últimos años, y pueden ser consideradas suficientemente maduras como para aplicarse de forma rentable en prácticamente todo el proceso de diseño y fabricación de un producto. Es bajo una perspectiva global de la aplicación integrada de todas estas técnicas donde puede considerarse realmente efectiva la utilización del CAD.

El modelo o diseño realizado mediante CAD es, en general, el punto de partida para la aplicación del resto de técnicas asistidas. La calidad de este modelo CAD condiciona pués la calidad de los resultados que puedan obtenerse posteriormente del CAE, CAM, "rapid prototyping", etc. Este aspecto es de gran importancia para obtener el éxito esperado de la utilización de estos sistemas y merece mucha más atención de la que se le concede normalmente.

Este hecho, unido a la aún insuficiente capacidad de comunicación entre los distintos sistemas y al posible desconocimiento de las posibilidades reales de los mismos, provoca en muchas ocasiones la desazón y decepción de lo que se obtiene de ellos.

Con este artículo, deseamos dar a conocer nuestra experiéncia como usuarios de este tipo de sistemas, aplicados en el campo de la pieza de plástico, y mostrar nuestro convencimiento en la conveniéncia de su utilización actual y futura como herramientas imprescindibles para desarrollar y fabricar productos de forma competitiva.

La estructura del artículo se basará en un esquema de desarrollo de productos, desde la idea inicial hasta el inicio de la producción, utilizando un caso práctico como ejemplo de la aplicación de las distintas tecnologias.

2. PROCESO DE DESARROLLO DE UN PRODUCTO

El esquema propuesto puede variar según el tipo de empresa y producto, aunque se estima que, en general, el siguiente puede ser suficientemente representativo de productos que integren piezas de plástico.

Esquema 1






Este diagrama contempla las fases más relevantes y el sentido del flujo de información que se va generando.

En primer lugar aparece la NECESIDAD (1) de desarrollar un nuevo producto. Esta necesidad puede venir dada por imperativos de mercado, en el caso de desarrollar producto propio, o por petición de un cliente determinado si se es proveedor de piezas o sistemas.

En base a esta necesidad se lleva a cabo una primera fase de DOCUMENTACION (2) respecto a experiencias anteriores, análisis de la competencia, ideas de cara al futuro, etc., que servirá para determinar las líneas generales que definirán el producto.

Seguidamente se determinan unas HIPOTESIS DE PARTIDA (3) que permitirán comprobar la viabilidad del proyecto. Estas hipótesis suelen ser, entre otras, las siguientes:

- Coste del producto.
- Producción prevista.
- Calidad.
- Límites del problema a resolver.
- Normativa a cumplir.
- Seguridad.
- Sistema de montaje.
- Fecha aproximada de inicio de producción.

Una vez tomada la decisión de desarrollar el producto, se efectúan los PREESTUDIOS (4) de diversas soluciones respetando las determinaciones anteriores. Estos preestudios consisten básicamente en la elaboración de:

- Croquis, diseño formal.
- Cálculos previos.
- Primeros prototipos "conceptuales".
- Análisis de cada solución.

Del resultado de estos preestudios pueden derivarse conclusiones que afecten a las hipótesis de partida, pero de ellos saldrá la SOLUCIÓN DEFINITIVA.

Posteriormente viene el DESARROLLO DE LA SOLUCION DEFINITIVA (5), lo cual dará lugar al inicio del diseño completo del producto.

- Cálculos y simulaciones.
- Planos de detalle y de conjunto.
- Prototipos.
- Estudio de los sistemas de fabricación.

Efectuando un análisis de la solución definitiva con criticismo constructivo.

Una vez construidos los PROTOTIPOS (6), hay que llevar acabo un analisis de los mismos, tanto desde el punto de vista funcional como estético. Los resultados de estos análisis pueden generar modificaciones sobre el diseño, sobre el cual, una vez modificado, se construirá un nuevo prototipo el cual se ensayará nuevamente, repitiendo este ciclo hasta obtener el diseño óptimo.

Durante esta fase ya participan los distintos departamentos de la empresa así como los proveedores de los distintos UTILLAJES Y LINEAS DE PRODUCCION (8). Empezando de este modo a proyectar y construir, por ejemplo, los moldes para la inyección de las piezas de plástico.

Llegado este punto, mencionar que la aplicación de la ingenieria concurrente exigirá cada dia más la participación, entre otros, de los fabricantes de moldes y matrices, ya en las primeras fases del desarrollo de un producto. Los objetivos pricipales seran reducir el tiempo de desarrollo y puesta en producción, diseñar un producto "fabricable" y evitar cambios cuando el producto está en fase de producción.

Obtenido el diseño definitivo, se pasa a una EDICION DEL PROYECTO DEFINITIVO (7), consistente en la generación de la colección de planos relativos al proyecto, elaboración de las listas de materiales, creación de estructuras, etc.

De forma casi paralela a la fase anterior, se lleva a cabo una SERIE PILOTO (9), con la cual se comprueba el buen funcionamiento de los utillajes y medios de producción fabricados por Ingeniería de Producción, a través de un análisis de dicha serie.

Una vez se dispone de los utillajes definitivos, se elabora una SERIE CERO (10) cuyo objeto es simular la fabricación en serie del producto en las condiciones que posteriormente será fabricado. Los productos obtenidos de esta serie, son sometidos a un análisis y aprobación por parte de Control de Calidad, pudiéndose generar modificaciones que afectarán al modelo definitivo. Asimismo, esta serie sirve para homologar el proceso de producción.

Tan pronto Control de Calidad homologa el producto, éste se encuentra dispuesto para entrar en PRODUCCION (11).

3. VISION GENERAL DE LOS SISTEMAS CAD/CAM/CAE Y "RAPID PROTOTYPING"

Existe una oferta muy amplia en el mercado de las tecnologias asistidas por ordenador. Algunas de estas tecnologias, como el CAD o el CAM, son conocidas y aplicadas cada vez por más empresas. No obstante, existe una evolución constante y muy rápida de las mismas que, conjuntamente con la aparición de algunas de nuevas, hace que sea difícil mantenerse al dia tanto en su conocimiento como en su aplicación.

Algunos ejemplos de ello son los nuevos sistemas de CAD basados en "sólidos", la generación de geometria paramétrica y variacional, las nuevas técnicas de "rapid prototyping", etc.

3.1 Sistemas CAD

El diseño asistido por ordenador empezó aplicándose ya en los años 60 fundamentalmente como sistema sustitutorio de los tableros de dibujo, permitiendo ganancias de tiempo en la generación de planos. Progresivamente ha ido ampliando su campo funcional de aplicación y sus prestaciones, hasta convertirse en lo que es hoy en dia, una potente herramienta que permite diseñar objetos en un ordenador como si de cuerpos reales se tratase.

El CAD puede aplicarse a prácticamente todas las áreas de actividad: electrónica, arquitectura, química, geologia, textil, ingeniería civil, etc., aunque aquí se centrará la atención en el CAD mecánico.

Una primera clasificación de estos sistemas puede realizarse en base a la capacidad de representación de un objeto en el espacio:

1. CAD 2D: sustitutivo básicamente del tablero de dibujo, la representación de los objetos es bidimensional.

2. CAD 3D: parte de un concepto del objeto en tres dimensiones. Según el nivel de representación pueden distinguirse en:

2.1 Modelado en jaula de alambre ("wire frame")
2.2 Modelado en superficies.
2.3 Modelado sólido.

En los sistemas de CAD 2D, la información geométrica de que dispone el ordenador es bidimensional, es decir, está contenida en un plano. Las vistas son generadas de forma independiente y no existe asociatividad entre las mismas. No obstante, a pesar de las limitaciones de estos sistemas en cuanto a diseño, su ámbito de aplicación es muy amplio: realización de distribuciones en planta, diseño de circuitos eléctricos, electrónicos, hidráulicos y neumáticos, diseño y proyecto de líneas de montaje, proyecto de moldes y matrices, generación rápida de planos para piezas sencillas, etc.

Los sistemas CAD 3D posibilitan la definición de los objetos de forma espacial, es decir, en tres dimensiones (x,y,z). Según sea el tipo de representación, se obtendrá más o menos información del sistema y podrán efectuarse operaciones más o menos complejas.

Así, para un modelo CAD en "wire frame", el ordenador dispone de las coordenadas -x,y,z- de los vértices del objeto, así como información de los elementos geométricos que unen dichos vértices. Es evidente que con estos datos no se dispone de información sobre las caras o superficies del objeto.

El modelado en jaula de alambre ha dejado de existir como tal para pasar a formar parte de los modeladores de superficies, sirviendo en muchas ocasiones como estructura de base para la generación de las mismas.

Los modelos CAD en superficies incorporan la información de los "wire frame" y, como su nombre indica, de las superficies del objeto diseñado. Este tipo de sistemas CAD son los más usados actualmente cuando se requiere modelado tridimensional de piezas complejas.

Los modelos CAD de superficies, cuando estos han sido generados correctamente, sirven como base de partida para la aplicación del CAM, CAE, "rapid prototyping", generación de planos, etc.

En la Fig.1 se muestra el aspecto de una pieza modelada con superficies.

Figura 1 Modelo CAD de superficies. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)




Mediante un modelo de superficies es posible representar un objeto sombreándolo, dándole así una apariencia realística, al mismo tiempo que oculta líneas no vistas y permite una mejor comprensión del mismo.

(Vease Fig.2 como ejemplo).

Figura 2 Modelo de superficies sombreado. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)




El modelado de sólidos permite definir íntegramente cualquier objeto en un ordenador. El sistema dispone de la información del modelo de superficies y además distingue el interior del exterior de la pieza. Ello permite realizar operaciones como generación de secciones de todo tipo, "montaje" de piezas en conjuntos para análisis de interferencias, campos de trabajo y movimiento, representación explosionada para esquemas de montaje, etc., así como obtención de información como volúmen, centro de gravedad, momentos de inercia, etc.

Esquema 2






Esquema 3






Existen diversas técnicas para generar un modelo sólido en CAD: mediante operaciones booleanas (unión, diferencia, intersección) de formas "primitivas" (cilindros, cubos, esferas, etc.), mediante la representación de fronteras ("B-REP"), etc., pero lo realmente interesante es la evolución hacia el modelado paramétrico y orientado a objetos ("feature oriented modelling"), lo cual permite generar geometria variable en función de una serie de parámetros y relaciones entre distintas dimensiones del objeto, permitiendo crear la pieza de forma intuitiva, utilizando operaciones y elementos comunmente empleados en el lenguaje entre personas: rosca, taladro, corte, chaflan, redondeado, etc.

Por ejemplo, en los sistemas convencionales de modelado sólido, realizar un agujero en una pieza significaba trazar un círculo, generar el cilindro correspondiente a este círculo con una longitud determinada, situar y orientar dicho cilindro y realizar una operación de sustración entre dos sólidos. Con un sistema orientado a objetos, el odenador "entiende" qué es un agujero, con lo cual únicamente solicitará el diámetro y situación del centro del mismo.

En el proceso de diseño y fabricación de piezas de plástico, el CAD puede ser aplicado en prácticamente todas las fases.

3.2 Sistemas CAM

Los sistemas de fabricación asistida por ordenador tienen por objetivo, básicamente, proporcionar una serie de herramientas que permitan fabricar la pieza diseñada.

Actualmente, el CAM se conoce fundamentalmente como sistema de programación "off-line" de máquinas CNC, y sobre ello se centrará nuestra atención. Sin embargo, debe precisarse que el CAM es un concepto mucho más amplio, que incluye la programación de robots, de máquinas de medir por coordenadas (CMM), simulación de procesos de fabricación, anidado de piezas de chapa para la programación de la máquina, planificación de procesos, etc.

La primera y más importante aplicación del CAM es la programación "off-line" de máquinas CNC, o sea, la generación de programas fuera de las mismas. Ello permite realizar los programas sin interrumpir la máquina, además de poder simular la ejecución de los mismos en el ordenador, evitando así posibles errores y colisiones, aumentando el rendimiento de la máquina y la calidad de las piezas mecanizadas.

Los sistemas CAM pueden utilizarse para diferentes tecnologias que, normalmente, están disponibles por módulos: fresado, torneado, electroerosionado, punzonado, corte por láser, oxicorte, etc.

Una de las aplicaciones más extendidas es la programación de operaciones de fresado. Ello es especialmente interesante cuando la pieza a mecanizar es compleja, es decir, que no permite ser programada "manualmente". En este caso, el procedimiento convencional para mecanizar, por ejemplo un molde para inyección, es el siguiente:

En el caso de utilizar el CAD/CAM, el proceso sería el siguiente:

Este procedimiento es aplicable para cualquier nivel de complejidad, aunque es especialmente indicado para fresado en 3, 4 y 5 ejes.

En el caso de utilizar sistemas CAD/CAM, para el ejemplo descrito, evita la construcción de modelos o másters de la pieza. Por otro lado se garantiza la fidelidad de la pieza mecanizada con respecto al modelo CAD. En el caso de modificarse el diseño de la pieza, mediante el proceso convencional será necesario generar una nueva maqueta, mientras que con ayuda del CAD/CAM es posible reilizar la mayor parte de la información existente, ofreciendo sin duda una mayor flexibilidad.

Figura 3 Representación gráfica de las trayectorias de mecanizado obtenidas mediante CAM. (Arto Ibérica)






Figura 4 Maqueta en resina para aprobación de estilo, obtenida tras la aplicación de los programas de mecanizado generados mediante CAM (Arco Ibérica)




Durante el proceso de desarrollo de un producto, es muy frecuente que se fabriquen maquetas o prototipos para la aprobación de estilo (4). Si estas maquetas son fabricadas mediante CAM en base a un modelo CAD, la pieza final será idéntica a la maqueta aprobada.

En este caso el modelo CAD es utilizado para generar las trayectorias de herramienta que constituiran el programa CNC (ver Fig.3), obteniéndose, una vez mecanizada, una pieza idéntica al modelo diseñado mediante CAD (ver Fig.4).

Fig.3 Representación gráfica de las trayectorias de mecanizado obtenidas mediante CAM. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)

Fig.4 Maqueta en resina para aprobación de estilo, obtenida tras la aplicación de los programas de mecanizado generados mediante CAM. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)

El proceso de programación de máquinas CNC que se sigue mediante la aplicación del CAM es el siguiente:

Existen, además de los potentes sistemas CAM desarrollados para trabajos muy complejos, los denominados WOP ("Workshop Oriented Programming") o programación orientada a taller.

Son sistemas de fácil utilización, con una funcionalidad CAD limitada, que funcionan sobre ordenadores personales y que están pensados para ser usados en el taller por los propios operarios de las máquinas.

Esquema 4






Los objetivos principales de estos sistemas son descentralizar la programación de aquellas piezas de baja dificultad, liberando así los recursos más costosos para piezas de mayor complejidad, y aprovechar el "know-how" de los operadores de las máquinas.

El proceso de programación mediante WOP es muy similar al descrito para el CAM, con excepción del programa objeto que, en vez de ser CLDATA, es un lenguaje interno propio de cada sistema.

Estos sistemas vienen utilizándose desde hace algunos años, aunque el concepto WOP es relativamente nuevo en España.

3.3 Sistemas CAE

A lo largo del ciclo de desarrollo de un producto se repite con frecuencia el ciclo prueba-error, representado a continuación, con tal de validar un diseño determinado, dándose tantas más veces cuanto más complejo es el diseño.

Esquema 5




Esta fase del proceso de desarrollo es muy importante por el coste de las operaciones que intervienen y el tiempo dedicado a ellas: la construcción de prototipos, realización de los ensayos y análisis funcionales, etc.

Los sistemas de ingeniería asistida por ordenador son un conjunto de paquetes que utilizan la técnica de modelado y análisis por elementos finitos (FEM/FEA). Esta técnica nació a principios de los años 50 como una necesidad de la industria aeronaútica y es anterior a la aparición del CAD/CAM.

Los sistemas CAE posibilitan la simulación del comportamiento de una pieza, mecanismo o producto ante un fenómeno determinado sin necesidad de disponer físicamente de esta pieza, mecanismo o producto.

El ámbito de aplicación de estos sistemas es muy amplio, siendo algunos de los principales los siguientes:

- Cálculo estructural lineal y no lineal.
- Tranferencia de calor, en regímen estacionario y transitorio.
- Cinemática y dinámica de mecanismos.
- Electromagnetismo.
- Análisis reológicos.

En general, el proceso utilizado en un sistema CAE (FEM/FEA) es el siguiente:

Esquema 6






Dado el contexto de este artículo, se tratará únicamente sobre la simulación del proceso de moldeo por inyección de plástico.

Como en el caso de CAM, es fundamental disponer de un modelo CAD sobre el que realizar el mallado (discretización de la pieza en elemntos finitos). En la Fig.5 puede observarse el modelo CAD que será utilizado para generar el mallado representado en la Fig.6. Este último modelo será el utilizado para la realización de los distintos cálculos durante la simulación.

El sistema va almacenando los resultados de los cálculos en un fichero neutro, el cual es prácticamente imposible de interpretar. Debido a ello, ha sido necesario desarrollar una operación de postproceso que permita presentar los resultados de forma clara y comprensible. Esta presentación suele realizarse en forma de gráficos, tablas e imágenes coloreadas. En la Fig.7 puede verse el resultado obtenido tras el cálculo de los tiempos de llenado del molde.

Figura 5 Modelo CAD sombreado. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)






Figura 6 Modelo mallado preparado para el cálculo. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)






Figura 7 Presentación de resultados mediante código de colores. Representación de los tiempos de llenado. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)





La simulación del proceso de moldeo por inyección de plásticos, es una herramienta de gran utilidad en varias fases del proceso de diseño y fabricación de piezas de plástico, como por ejemplo:

- Diseño de la pieza: ayuda a diseñar una pieza que sea fabricable. Mediante la simulación podrá detectarse ésta ofrecerá algún tipo de problema durante la transformación, como por ejemplo rechupes, deformaciones, contracciones indeseadas, etc.

- Diseño del molde: apoya efectivamente en el momento de determinar los puntos óptimos de inyección, diseño de los circuitos de refrigeración, diseño de coladas, etc. Podrá preveerse asimismo donde se producirán líneas de unión, atrapamientos de aire y desequilibrio en las coladas en caso de moldes multicavidad.

- Proceso de transformación (producción): la simulación del proceso de inyección permitirá determinar tiempos de ciclo, presiones y temperaturas, tamaño de la máquina, etc., permitiendo optimizar el ciclo y las condiciones de inyección.

Si bien es cierto que estos sistemas ofrecen divergencias entre los resultados obtenidos y la realidad, también lo es que, en el campo de la pieza de plástico, el comportamiento ante un fenómeno físico determinado de un prototipo y el de una pieza inyectada puede ser bastante distinto. El CAE posibilita además la evaluación de un número más amplio de alternativas, tanto en relación a los a materiales como a posibles configuraciones y diseños del producto en desarrollo.

3.4 Fabricación rápida de prototipos o "rapid prototyping"

En los últimos años ha aparecido y evolucionado muy rápidamente una tecnologia que, basada en un modelo CAD 3D en superficies o sólidos, permite obtener en cuestión de pocas horas una pieza física idéntica al modelo CAD.

Esta novedosa tecnologia es el proceso de fabricación por aporte de material (MIM - "Material Incress Manufacturing"). La idea fundamental es construir un objeto añadiendo material en vez de eliminarlo como en el caso del mecanizado.

Este concepto ha servido para desarrollar diversas técnicas. Entre éstas, las que han conseguido evolucionar más rápidamente, son las que basan su principio de funcionamiento en la generación de un cuerpo tridimensional a partir de la superposición de multitud de secciones transversales de un espesor determinado y adheridas entre si.

El hecho de que mediante estas técnicas sea posible disponer de un modelo físico en pocas horas, hace que parezca realmente interesante aplicarlas durante el proceso de desarrollo de un producto. Y realmente lo es si se tiene en consideración que cada técnica puede ser apta para un propósito concreto y debe ser usada en cosecuéncia.

A continuación se expone una posible clasificación de los sistemas actuales.

1. Según como se construya la pieza.

- En capas sucesivas (2D).
- Directamente en el espacio (3D).

2. Según como se "solidifique" el material.

- Materiales líquidos.
- En los que líquidos polímeros se solidifican por el impacto de un haz luminoso.
- En los que el material es fundido, depuesto y solidificado de nuevo.
- En el que el material es fundido y proyectado, solidificándose poco después de impactar.
- Materiales sólidos.
- Las láminas de material son unidas mediante pegado.
- Las capas se unen por fotopolimerización de placas de plástico semi-polimerizado.
- Materiales en forma de polvo.
- Solidificación de los granos mediante fusión.
- Unión de los granos mediante cola.

Sin que ello pretenda ser discriminatorio, a continuación de describirá de forma muy sucinta algunos de los sistemas más conocidos y extendidos a nivel norteamericano y europeo.

Denominación: Stereolithography (Estereolitografia).
Fabricante: 3D-Systems, (USA).
Materiales: Resinas (Ciba-Geigy).
Descripcion del proceso:

- La pieza es construida sobre una plataforma horizontal sumergida en una resina líquida. La solidificación se produce punto por punto, por fotopolimerización resultante de la incidencia de un rayo láser sobre la superficie, el cual la recorre "dibujando" una serie de celdillas que conforman la sección 2D correspondiente al corte realizado en el modelo CAD 3D a esta altura. Con tal de reducir el tiempo de construcción, las secciones de la pieza son solo parcialmente solidificadas, excepto la cara inferior y superior que deben serlo totalmente con tal de contener el líquido no polimerizado. La solidificación de este líquido se realiza después de que todas las capas estén formadas, en una operación de post-curado en un horno.

Denominación: Selective Laser Sintering (SLS).
Fabricante: DTM, (USA).
Materiales: Cera de fundición, policarbonato, poliamida, poliamida fina, PVC, ABS. En desarrollo: cerámica y metales.

Descripcion del proceso:

- El principio general de funcionamiento consiste en un haz láser que recorre una superficie de material en forma de polvo, solidificando sucesivamente diferentes capas de material.

El material en polvo es precalentado a una temperatura ligeramente inferior a la de fusión. La solidificación se produce mediante la incidencia puntual de un haz láser, que provoca un calentamiento superior al de la temperatura de sinterización. Los granos de polvo que no son sobrecalentados permanecen sin adherirse, de forma que actúan como soporte de capas sucesivas y posibles partes colgantes de la pieza. El polvo sobrante, no solidificado, es retirado posteriormente al terminar el proceso de fabricación.

Denominación: Solid Ground Curing (SGC).
Fabricante: Cubital, (Israel).
Materiales: Resina (Solimer G-5601).

Descripcion del proceso:

- El principio de construcción se basa en la solidificación de una resina foto-polimerizable mediante la incidencia de un haz UV.

El punto de partida de este proceso es un modelo CAD 3D. Este modelo es introducido en el ordenador de la máquina, el cual es "cortado" en secciones de un espesor determinado, normalmente 0.1 mm. Cada "corte" representa una sección bidimensional que será utilizada como negativo para generar una máscara sobre una lámina de cristal. Paralelamente, se ha depositado en la cubeta una fina capa de resina. El cristal es emplazado sobre la cubeta; un haz de luz UV provoca la solidificación de la resina en aquellas zonas que la máscara sobre el cristal ha dejado al descubierto. Seguidamente la resina sobrante es aspirada. Los espacios huecos dejados por la resina aspirada, son rellenados con cera, la cual es solidificada; obteniendo de este modo un cuerpo sólido. A continuación se sucede una operación de fresado que, eliminando un mínimo de material, deja la superficie plana y al espesor deseado. En este punto se repite de nuevo el ciclo descrito hasta completar la pieza. La cera es retirada posteriormente de las oquedades de la pieza mediante fusión o lavado.

Denominación: Laminated Object Manufacturing (LOM).
Fabricante: Helisys, (USA).
Materiales: Papel y poliester especiales para LOM.

Descripcion del proceso:

- El proceso está basado en la adhesión de láminas de papel una sobre otra, las cuales son recortadas individualmente y a la profundidad precisa mediante un rayo láser. El recortado se realiza siguiendo las trayectorias formadas por la secciones sucesivas obtenidas, como en todos los casos anteriores, de un modelo CAD 3D.

El papel, caso más habitual, es autoadhesivo, siendo su alimentación por rollo. La capa de papel es pegada a la anterior con la ayuda de un rodillo calentado a una temperatura predeterminada. Seguidamente un láser que se desplaza en X,Y, recorta el papel de acuerdo con la sección correspondiente. El papel sobrante es recortado en cuadrículas de forma que permita su posterior eliminación. Esta secuéncia se repite hasta finalizar la construcción.

Esquema 7






Las máquinas necesarias para llevar a cabo estos procesos son de un elevado coste. Ello sumado a la relativamente baja demanda de este tipo de prototipos, hace que las empresas que disponen de este tipo de máquinas sean ingenierias o empresas de servicios especializados. En España existen actualmente tres empresas que disponen de máquinas de estereolitografia -2- y sinterizado por laser -1-.

La secuencia general seguida en estos procesos es la siguiente:

En este proceso es importante la calidad del modelo CAD, de no tratarse de un modelo sólido, debe procurarse que las superficies esten completamente cerradas y correctamente recortadas. La generación del fichero STL consiste en triangular el modelo CAD en base a unas tolerancias que pueden fijarse libremente. Este fichero es la forma de poder transferir el modelo CAD a la máquina de R.P. En la Fig.8 puede observarse el aspecto que ofrece un modelo CAD triangulizado.

Figura 8 Representación gráfica del fichero STL. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)




En la Fig.9 puede verse la pieza obtenida, en este caso, mediante estereolitografia. La función de este prototipo era doble: validar el diseño y verificar el montaje con las otras piezas del conjunto, fabricadas también mediante R.P.

Figura 9 Prototipo en estereolitografia. (Cortesía de Arto Ibérica, S.A)




4. CONCLUSIONES

En estos últimos años las tecnologias asistidas por ordenador han experimentado una gran evolución. El desarrollo de hardware más potente en cuanto a poténcia de cálculo y tratamiento de gráficos, la aparición de una nueva generación de modeladores de sólidos, la evolución de los interfaces de usuario y las nuevas tecnologias de "rapid prototyping", van a facilitar que estas tecnologias se utilicen cada dia más de forma integrada, y se conviertan en herramientas convencionales en el proceso de diseño y fabricación de piezas de plástico.

Por otro lado, esta integración ideal no resulta fácil de llevar a cabo, debido fundamentalmente a la todavia deficiente capacidad de comunicación entre sistemas distintos.

Todavia existen problemas a la hora de intercambiar información entre diferentes sistemas, especialmente cuando se trata de modelos complejos en CAD. La evolución de los interfaces (IGES, VDA, STEP, SET, etc.) ha sido notable aunque insuficiente, y es de esperar que los fabricantes de

los sistemas CAD/CAM/CAE realicen un esfuerzo especial en desarrollarlos y adaptarlos a las necesidades actuales de los usuarios.

Por otro lado, actualmente estos fabricantes están desarrollando un conjunto de especificaciones gráficas comunes, compatibles a nivel binario, que han de permitir una total transparencia e intercambiabilidad de modelos CAD entre distintos sistemas, sin necesidad de recurrir a los interfaces actuales.

Otro aspecto realmente importante es la calidad del modelo generado en CAD. Si bien los sistemas CAD todavia exigen una inversión elevada en tiempo a la hora de acabar perfectamente un modelo -superficies bien cerradas y "trimadas", ausencia de elementos duplicados, etc.-, en la mayoria de los casos es despreciable frente al tiempo que debe invertirse posteriormente en la "reparación" de estos modelos para fases posteriores como CAM, CAE, R.P., etc. Es de esperar que a medida que los modeladores de sólidos vayan evolucionando, este problema existente con los modeladores de superficies que totalmente resuelto.

Por último, es recomendable a recurrir, aunque sea de forma puntual, a asesores externos especializados en la matéria cuando se trate de seleccionar, implantar y explotar este tipo de sistemas, así como para optimizar el uso de los mismos.

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