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15/2/2012

Tecnología y Fabricación de Máquinas | Adrián Martínez Vázquez

PROTOTIPADO

RÁPIDO

FOTOPOLIMERIZACIÓN CON LUZ

ULTRAVIOLETA



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





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.





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.





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.





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.








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.





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.








TECNOLOGÍA Y FABRICACIÓN DE MÁQUINAS10

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







http://www.scridb.com/






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