La presente entrada tiene como objetivo analizar el estado actual de la impresión en tres dimensiones (3D) y la posibilidad de fabricar "un tractor" o alguno de sus componentes con esta técnica.
El tema es tan amplio que dividiré la serie en 3 entradas:
- La 1ª entrada, actual, versa sobre ejemplos de impresión 3D en el sector industrial
- La 2ª entrada versará sobre los tipos de impresoras tridimensionales que se suelen emplear en la fabricación de componentes
- La 3ª entrada irá dedicada a la fabricación de componentes de motor con técnicas 3D
¿PUEDO FABRICARME UN TRACTOR?
Por supuesto que no se puede fabricar un tractor "operativo" con impresión 3D pero si lo que estás pensando es si se puede fabricar diversidad de componentes con impresión 3D, entonces
la respuesta es afirmativa.
El "Strati", no es tractor pero si es un coche
El "Strati", no es tractor pero si es un coche
El Strati parece que tiene el honor de ser el primer vehículo
construido con impresión 3D (digo “parece” porque hay otro coche, el Urbee que
también afirma "ser el primero") Dejando la “competición y la disputa” al margen,
me quedo con el Strati simplemente porque tengo más información sobre el mismo.
El Strati: es un proyecto realizado entre un centro de investigación
(LNOR) y la empresa comercializadora (Local Motors); Se trata del típico
proyecto colaborativo Universidad-Empresa y que tanto echo en falta en España.
Los investigadores del LNOR tienen una línea de investigación
en impresión 3D, además cuentan con un buen “arsenal” de máquinas con
tecnología 3D, han sido los que han fabricado
varios de los componentes de la carrocería así como del chasis. Por su
parte la empresa Local Motors han elegido y montado el resto de componentes
mecánicos como el motor, suspensión, cableados y baterías.
La primera impresión se hizo en tan solo 44 horas, sin
embargo los responsables de LNOR han ido bajando el tiempo de impresión hasta
las 24 h e incluso afirman que pueden seguir bajando hasta aproximadamente 10
h.
El proceso de fabricación ha sido mediante el denominado BAAM
(Amplia Área de Fabricación Aditiva) que es un sistema muy utilizado en la
impresión-fabricación 3D.
El resultado colaborativo ha sido la consecución de un
vehículo eléctrico biplaza y con una autonomía de unos 200 km
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| Maqueta cabina SDF by Giugaro Design |
Reciclable y con
menos tiempo de impresión: El material
utilizado ha sido ABS (termoplástico) con fibra de carbono. La elección de los
materiales se ha realizado teniendo en cuenta la facilidad del manejo en la
impresión 3D, así como sus buenas propiedades mecánicas, pero también por la
“reciclabilidad” de ambos. Cuando la vida útil del vehículo se acaba se procede
a picar el material plástico reprocesándolo para una nueva utilización.
La tecnología hoy
en la fabricación de maquinaria agrícola
No es una técnica aún empleada en la fabricación de
componentes de maquinaria agrícola pero si que empieza a ser muy común la
impresión 3D en la creación de modelos. La modelización 3D abarata enormemente
el desarrollo de ingeniería y evita errores que se corrigen incluso antes de la
impresión o permite verificar diseños antes de su fabricación. Las
posibilidades de diseño que ofrece la posibilidad de hacer un modelo 3D son
enormes.
EL PROCESO DE
IMPRESIÓN EN 3D
Un mínimo de
historia: Se trata de una historia con “poco recorrido”; no hay que
remontarse demasiado. La fabricación aditiva se inicia en Japón 1980; en 1990 tres
renombrados centros de investigación norteamericanos como son el Instituto
Tecnológico de Massachusetts (MIT), la universidad de Stanford y la Carnegie
Mellon, van poniendo las bases del modelo actual de la deposición de material
fundido. Aparecen las primeras empresas comercializadoras como Soligen Technologies y la desaparecida Z
Corporation.
Es a partir del 2000 cuando la impresión 3D sufre un
auténtico boom; hoy el proceso incluso permite insertar otros materiales amen
de poder cambiar de material en mitad del proceso de impresión.
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| Componentes del Strati, primer coche fabricado en 3D |
Hasta la aparición de la fabricación por adición las técnicas
de fabricación comunes son la fundición, estampación o mecanizados como el
fresado. A todas las técnicas existentes de “eliminación de material” o
sustractivas (mecanizado) porque existe arranque de viruta (fresado, torneado,
taladrado) se les ha ido dotando de una loable automatización con la ayuda de
los robots y del control numérico (CNC); sin embargo mantienen unas limitaciones
geométricas importantes.
En contraposición a las técnicas de rebaje de material aparece
la denominada fabricación por adición en la cual un “inyector” pasa por las
cotas del cuerpo eyectando el material con el que se fabrica la pieza. El
proceso se repite, adicionando, material en las sucesivas cotas. Se trata de un
proceso más barato que los tradicionales de rebaje por mecanizado, además se
agiliza bastante el proceso de fabricación.
LA IMPRESORA
Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas de
diseños en tres dimensiones, creando piezas volumétricas a partir de un diseño
hecho por ordenador, descargado de Internet o recogido a partir de un escáner
3D
La impresión 3D en el sentido original del término se refiere
a los procesos en los que secuencialmente se acumula material en una cama o
plataforma por diferentes métodos de fabricación, tales como polimerización,
inyección de aporte, inyección de aglutinante, extrusión de material, cama de
polvo, laminación de metal, depósito metálico. Todos ellos son modelos
comerciales, aunque la tecnología más usada para impresión “casera” es el
modelo aditivo de un extruido de algún termoplástico (plásticos que a ciertas
temperaturas se derriten)
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| Impresora 3D en plena Puerta de Alcalá en Madrid |
El lenguaje 3D: Las órdenes a la impresora le deben llegar en un “idioma”
que pueda interpretar. Tal idioma puede venir desde un patrón de diseño
asistido por ordenador (CAD) que se convierte en archivos de fabricación
aditiva (AMF); también se pueden hacer mediante un escáner tridimensional;
también a través de una imagen obtenida desde una cámara digital y que mediante
un software de fotogrametría se convierte a 3D.
Posteriormente se deben corregir los errores en el archivo a
imprimir. Si el archivo se ha obtenido por explotación 3D (escáner) suele tener
más errores que si se ha dibujado con programa CAD.
Una vez depurados los errores se obtiene el denominado
archivo STL (STereoLithography) que a su vez se debe convertir en código G que
es el archivo que contiene las instrucciones para convertir el modelo en una
serie de capas delgadas.
ESCANER 3D: Es
capaz de hacer una “radiografía” en 3 dimensiones. Los hay grandes pero también
tamaño “escritorio” a un precio asequible (unos 800 €) y con precisión muy
buena, ≤0.1mm, para digitalizar objetos de hasta 800*800*800 mm (EinScan-S)
Se dará cuenta el lector que hay piezas que se pueden
fabricar sin ni tan siquiera hacer planos…
Materiales: Desgraciadamente las impresoras 3D todavía no pueden utilizar
cualquier material pero se está avanzando mucho y esto irá cambiando de forma
rápida.
Hoy por hoy los más utilizados son los termoplásticos como el
ABS, el polietileno (PE), el ácido poliláctico (PLA) con la ventaja de ser muy
biodegradable, el polipropileno (PP), Tereftalato de polietileno (PET) y el
nylon. La compra se realiza con el material en filamento que se caracteriza por
el diámetro.
Otros materiales pueden ser metales e incluso cerámica, pero
también, ojo, materiales “fundibles” como el chocolate en la elaboración de
tartas.
HAZLO TÚ MISMO
Al igual que una impresora convencional, también las de 3D se
pueden adquirir en el mercado, sin embargo “se ha puesto de moda”, y sobre todo
si eres un manitas de la informática y la electrónica debes pensártelo, fabricarla
uno mismo (los de “origen inglés” que le ponen nombre a cualquier tontería
habla del “DIY” o Do It Yourself “hazlo
tú mismo”)
Múltiples comunidades o foros se crean a diario para unir
usuarios y compartir información sobre construcción de impresoras 3D, mejoras
de la impresión, modelos 3D (RepRap, MyMiniFactory…)
Software: La mayoría de diseños de impresoras 3D se crean bajo la
licencia libre GPL (General Public License) Una licencia libre es aquella en la
cual el software empleado es libre de código abierto y el derecho de autor no
existe. Lo que se garantiza es que los usuarios finales (ya sean personas
físicas o compañías) puedan hacer uso de ese software e incluso modificarlo y
volver a compartir. Una página donde poder descargarlo es www.repetier.com
Hardware: El hardware principal está basado en la placa electrónica
Arduino
En cuanto a su construcción se usa una fuente de alimentación
(normalmente se elige una “vieja” de PC); Motores “paso a paso” que se pueden
obtener por ejemplo de viejas unidades DVD o CD y algunos finales de carrera.
Ahora resta el bloque propio de “impresión” o boca extrusora.
Si te animas, un proveedor con una buena página que recomiendo es HTA3D. En HTA3D incluso disponen
de impresoras para realizar el trabajo solicitado.
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| Software impresión 3D |
¿Qué es Arduino?: Arduino
aparece para facilitar el uso de la electrónica en proyectos
multidisciplinares. En realidad Arduino es una plataforma de hardware libre y
que está basado en una placa (circuito integrado programable, por lo tanto con
memoria) con un microcontrolador y un software (IDE por Integrated Development
Environment o Entorno de Desarrollo Integrado) El software compuesto por herramientas
de programación con un lenguaje basado en su sencillez y facilidad de
utilización. Con Arduino se puede controlar un motor a través de un sensor o
convertir cualquier información en una acción.
El
crecimiento de Arduino responde a la existencia de una comunidad que comparten
desarrollos y comunicaciones en Internet generando librerías de uso común,
cursos, tutoriales que ayudan a usar Arduino con enorme facilidad.
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