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15/2/2012
Tecnología y Fabricación de Máquinas | Adrián Martínez Vázquez
PROTOTIPADO
RÁPIDO
FOTOPOLIMERIZACIÓN CON LUZ
ULTRAVIOLETA
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ADRIÁN MÁRTINEZ VÁZQUEZ PROTOTIPADO RÁPIDOFOTOPOLIMERIZACIÓN POR LUZ ULTRAVIOLETA
TECNOLOGÍA Y FABRICACIÓN DE MÁQUINAS 2
ÍNDICE
1. PROTOTIPADO RÁPIDO
2. TECNOLOGÍAS DE PROTOTIPADO RÁPIDO
3. POLIMERIZACIÓN POR LUZ UVA
4. BIBLIOGRAFÍA
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1. EL PROTOTIPADO RÁPIDO
El Prototipado Rápido, se puede concebir como un conjunto de
tecnologías, que permiten la obtención de prototipos, machos, moldes de
inyección para plásticos, electrodos de erosión, etc., en menos de 24 horas a partirde un fichero CAD. Consecuencia de esta rapidez de respuesta, es que el tiempo de
desarrollo de un producto puede reducirse a la mitad, la quinta e incluso la décima
parte.
El prototipado rápido (RP por sus siglas inglesa de Rapid Prototipe) da la
posibilidad de efectuar, en un tiempo relativamente corto, diversas pruebas de
geometrías distintas para una pieza, validar la geometría definitiva, y acometer la
producción en serie rápidamente, con unos costes de desarrollo lo más ajustados
posibles. La complejidad de las piezas o la confidencialidad de los prototipos sontambién argumentos frecuentes a la hora de optar por el RP.
Los Sistemas de Prototipado Rápido surgen inicialmente en 1987 con el
proceso de estereolitografía (StereoLithography - SL) de la empresa
norteamericana 3D Systems, proceso que solidifica capas (layers) de resina
fotosensible por medio de láser. Después de que la empresa americana
comenzase la comercialización de máquinas SL en EE.UU., las empresas japonesas
comenzaron a comercializar sus versiones de máquinas de estereolitografía y enseguida, en Alemania, se comenzó a comercializar el sistema conocido como
Stereos.
Otras tecnologías y empresas aparecerán y desaparecerán durante los
siguientes años. Y desarrollarán e implementarán sistemas de prototipado, unas como
se verá en los puntos siguientes han tenido cabida en el mundo industrial y otras con
menos suerte han desaparecido.
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2. TECNOLOGÍAS UTILIZADAS EN EL RP
En el prototipado rápido se agrupa a una serie de tecnologías distintas de
construcción de sólidos. Todas ellas parten del corte en secciones horizontales
paralelas de piezas representadas en CAD. Estas secciones caracterizan a todaslas tecnologías de prototipado rápido, que construyen las formas sólidas a partir de
la superposición de capas horizontales.
Las tecnologías más utilizadas son:
SLA (Estereolitografía). Emplea un láser UV que se proyecta sobre un baño
de resina fotosensible líquida para polimerizarla. También la podemos encontrar con la
denominación de STL.
SGC. Fotopolimerización por luz UV. Al igual que en la estereolitografía,
esta tecnología se basa en la solidificación de un fotopolímero o resina fotosensible. En
la fotopolimerización, sin embargo, se irradia con una lámpara de UV de gran potencia
todos los puntos de la sección simultáneamente.
FDM. Deposición de hilo fundido. Una boquilla que se mueve en el plano XY
horizontal deposita un hilo de material a 1ºC por debajo de su punto de fusión.
Este hilo solidifica inmediatamente sobre la capa precedente.
SLS. Sinterización selectiva láser. Se deposita una capa de polvo, de unas
décimas de mm., en una cuba que se ha calentado a una temperatura
ligeramente inferior al punto de fusión del polvo. Seguidamente un láser CO2
sinteriza el polvo en los puntos seleccionados.
LOM. Fabricación por corte y laminado. Una hoja de papel encolado se
posiciona automáticamente sobre una plataforma y se prensa con un rodillo
caliente que la adhiere a la hoja precedente.
DSPC. Proyección aglutinante. Esta tecnología trabaja mediante la
deposición de material en polvo en capas y la ligazón selectiva del mismo
mediante la impresión de "chorro de tinta" de un material aglutinante.
En general se reserva la fabricación de precisión a la estereolitografía y cuando
valora más las prestaciones mecánicas del modelo (prototipos funcionales), se
prefiere el sinterizado, que ofrece más variedad de materiales.
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3. FOTOPOLIMERIZACIÓN POR LUZ ULTRAVIOLETA (SGC) “solid ground
curing”
Proceso desarrollado en 1988 por CUBITAL LTD. En Israel. El proceso de
fraguado sólido (Solid Ground Curing) es un proceso de prototipos rápidos queconstruye objetos tridimensionales capa a capa en un entorno sólido. No se necesitan
amarres para sujetar la pieza. Construye capa a capa, produciendo piezas complejas
con capas muy finas.
Como en el proceso de estereolitografía utiliza resinas fotopoliméricas y está
basado en la superposición de capas o layers. En lugar de usar láser para exponer y
endurecer el elemento fotopolimérico elemento por elemento dentro de la capa como
se hace en la estereolitografía, SGC usa máscaras para exponer la capa del objeto
intacto con una intensa luz UV.
La radiación UV es proyectada masivamente a través de máscaras ópticas que
reproducen la pieza. Consiste en la fabricación de una máscara de vidrio que cubre
una delgada capa de un polímero fotorreactivo. Para la fabricación de la máscara se la
carga selectivamente y se la recubre con un material opaco, en forma parecida a la
fotocopiadora. Concluida la solidificación, el polímetro sin curar se retira y se
reemplaza por cera líquida, que al contacto con la superficie fría endurece. A
continuación, toda el área es fresada para ajustar la textura y el espesor. La plataforma
desciende entonces el espesor de una capa, vuelve a depositarse resina, y así sucesivamente. Concluido el proceso se obtiene un bloque de cera en cuyo interior se
encuentra la pieza solidificada. La cera es removida por temperatura y solventes
químicos.
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En el siguiente enlace se puede ver un esquema de cómo se realiza el SGC.
http://www.youtube.com/watch?v=y4N4AxKQPec
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO:
1. Imprimación de la máscara
A. Modelado informático en 3D
B. Carga de la imagen en un plato dieléctrico transparente (técnicas
ionográficas).
C. Revelado: Se acerca al plato cargado un tóner que se adhiere debido a la
carga electroestática.
D. Exposición: Se sitúa la placa sobre la resina y se expone a una luz
ultravioleta.
E. Borrado: Limpieza de la máscara y reutilización.
2. Crecimiento del modelo
A. Impregnación :
Se esparce el polímetro en el área de trabajo con el aplicador Viscosidad
relativamente alta (para no producir derrames). Grosor 200 micras. Capas más finas
pueden conseguirse con grosores de 1000 micras y posterior fresado.
B. Exposición
C. Secado: Se elimina el polímetro que no ha solidificado. Secado mediante aire.
Se reutiliza la resina. El aire elimina la resina no solidificada.
D. Relleno de cera: Con cera caliente (70ºC) se rellenan los huecos dejados en el
secado. Sirve de estructura de apoyo. El grosor de la capa de cera es igual que
el de la resina.
E. Enfriamiento: Se solidifica la cera. No afecta al curado
F. Fresado: Eliminación de restos de cera. Regulación del espesor exacto.
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Características generales
Apoyo sólido al utilizar al utilizar cera como material de apoyo. Cura completa
en un periodo relativamente corto. Posibilidad de generar piezas complejas, difíciles eintrincadas. Con cortes profundos, paredes finas y grandes tamaños. El equipamiento
consta de 2 partes que han de funcionar sincrónicamente:
La estación generadora de máscaras.
Sistema de crecimiento del modelo.
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En el SGC su precisión es buena y no necesita post-curado. Su desventaja más
notable consiste en que se trata de un proceso que necesita control personal
permanente, mientras que la mayoría de los otros sistemas son automáticos, además
los equipos son caros en comparación con los otros sistemas de prototipado y muy
ruidosos.
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4. BIBLIOGRAFÍA
José Antonio Alonso Rodríguez, “Sistemas de prototipado rápido”, Univerisdad de Vigo,
2010-2011
Ingeniería de sistemas y Automatica,”Procesos de fabricación: Prototipado rápido”,
Tecnología de fabricación de máquinas.
Univerisdad EAFIT, “Manufactura rápida, prototipado rápido”, Fundamentos de
fabricación rápida de prototipos.
Federico J. Carnevale, ”Rapid Prototyping”, Universidad Nacional de Cuyo, Mayo 2008.
Profesor M. A. Béjar, “Fabricación rápida de prototipos” , Procesos de Manufactura.
http://gabypayan.blogspot.com/2008/09/solid-ground-curing-solid-ground-curing.html
http://www.8-legs.org/ewilhelm/pedagogy/2001-10-01_fab_class/solid-ground-curing.htm
http://www.societe-anonyme.net/?page_id=174
www.scridb.com
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