PROGRAMA PARA EL FOMENTO DE LA ECONOMÍA Y EL EMPLEO DE CENTROAMÉRICA

| FACILIDAD |

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital Universidad Don Bosco

Por:

MAA. Robert Garita Garita

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

ANTECEDENTES En sus inicios, las computadoras parecían ser grandes y complejas máquinas diseñadas para solo ser usadas por expertos. Su uso personal y de aprendizaje era inconcebible. Sin embargo, actualmente las computadoras se han convertido en una herramienta indispensable para la vida diaria y para el desarrollo de diversas capacidades y actividades intelectuales. La fabricación digital en la actual era digital, tiene una concepción similar pues – velozmente y a pasos agigantados - ha cerrado la brecha entre lo que puede ser concebido y lo que puede ser producido. La estrecha relación entre bits y átomos es una realidad accesible para todos y no solo para los expertos. (1) La revolución de la “fabricación digital” que estamos viviendo hoy en día, tanto en la generación del conocimiento como en la de desarrollo tecnológico, se convertirá en más que un conjunto de herramientas para las industrias avanzadas. Las nuevas herramientas y procesos se están volviendo más accesibles para la gente común y están siendo distribuidas en todo el mundo. Estos nuevos modelos nos posibilitan desarrollar una nueva relación entre Ciencia y Tecnología con la universidad, la ciudad y la sociedad en general, exigiendo una reestructuración de las experiencias existentes, nuevas formas de relación entre ciudades y países, y órganos públicos y privados. Trabajar con medios digitales, requiere de una forma de pensar diferente. Diferente de los principios básicos de diseño, como tipologías, representaciones gráficas, diseño conceptual y contextual. El diseño digital requiere algoritmos, exploración de la forma y técnicas de materialización y producción porque lo que está digitalmente modelado no coincide completamente con la forma construida si no se conocen las propiedades físicas de los materiales, las herramientas y las máquinas utilizadas para su fabricación. (1) Técnicamente, la enseñanza en fabricación digital, supone que los estudiantes alcancen un entendimiento del diseño asistido por computadora (CAD), máquinas de control numérico asistido por computadora (CNC), impresión 3D, manejo de materiales, electrónica y programación. Prácticamente, incita a la creación de objetos promoviendo la experimentación científica, ingenieril y creativa a través del prototipado rápido. Ideológicamente, impulsa el trabajo colaborativo, la información compartida y la invención. (1) Por sus características, la enseñanza en fabricación digital, fuera y dentro de las escuelas de ingeniería, diseño, electrónica, arquitectura, y otras, es cognitiva e incita a crear cosas nuevas, evitando repetir lo que otras generaciones han desarrollado, para crear profesionistas creativos, inventivos y descubridores (Piaget, Jean, 1920). (1) El principal enfoque y objetivo de Oferta Técnica es introducir los conceptos, contenidos y métodos de trabajo propuestos e implementados en el Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital, como parte del Diplomado promovido por el programa de la GIZ FACILIDAD, impartido en la Universidad Don Bosco-UDB.

____________________________________________________________________________________________ (1) Fabricación Digital en la Currícula Universitaria de las Escuelas de Arquitectura, MAA Alejandra Díaz de León Lastras, Facultad del Hábitat, Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

PROFESIONAL A CARGO La tutoría y ejercicios metodológicos presentes en la agenda del módulo son propuestos y estarán a cargo por Robert Garita Garita. Descripción del profesional a cargo:

➔ Costarricense, Licenciado en arquitectura por la Escuela de Arquitectura de la Universidad Veritas. ➔ Maestría en Arquitectura Avanzada por elInstituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña IAAC y diplomado enFabricación Digital

por el Fab Foundation del Centro de bits y átomos del MIT de Boston. ➔ Nodo Latinoamericano en el concurso de Fabricación Digital Reshape. ➔ ART - Tutor certificado de Rhinoceros por McNeel Europe. ➔ Cofundador de la oficina de diseño y arquitectura MG Studio. ➔ Actualmente profesor de Arquitectura y Diseño de Producto en la UniversidadVéritas de Costa Rica e investigador asociado en el

Centro de Investigación para la Innovación Véritas. ➔ Miembro activo en la Comisión de Arquitectos Jóvenes y de la Comisión de Educación; ambas pertenecientes alColegio Federado

de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica. ➔ Ganador del Hunter Douglas AwardsArchiprix International Shanghai 2007 por el “Mejor Proyecto de Graduación en Arquitectura”

- Región América del Norte. ➔ Ganador del “Business Leader of the Year Award” en la categoría de servicios de Arquitectura y Diseño en el “Total Quality Award -

Founders of Success” y certificado internacionalmente con el “Máster of Business Leadership Certificate”, ambos Guayaquil 2011. ➔ Conferencista en el Pechakuka Night, Roma 2013. ➔ Tutor en el Seminario de Fabricación Digital 2012-13 de la maestría en Arquitectura Avanzada del IAAC y tutor invitado en cursos

como: Global Summer School, IAAC - Barcelona 2013, taller de Modelado Asociativo e Impresión 3D en la maestría en Diseño Urbano Facultad de Edificios y Medio Ambiente de la Escuela de Arquitectura de Bartlett - Londres, taller Multidisciplinario de Arte y Diseño del Centro Universitario de las Artes - San Luis Potosí México y curso de Capacitación y Actualización Docente en la Escuela de Arquitectura de la Facultad del Hábitat Universidad Autónoma - San Luis Potosí México.

➔ Coordinador General del Evento Internacional en Fabricación Digital “Fab Kids 2014” – Fab 10 Barcelona.

Fab Lab Barcelona.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

PLAN DE TRABAJO | ALCANCES PEDAGÓGICOS DEL CURSO El módulo plantea entender las implicaciones y aplicaciones de la fabricación digital a partir del razonamiento y la simulación de procesos por medio del: CAD | Computer-Aided Design - Diseño asistido por computador. CADD | Computer-Aided Design and Drafting - Diseño y Dibujo asistido por computador. CAM | Computer-Aided Manufacturing / Fabricación asistida por computador. El módulo se enfocará principalmente en entender, aplicar y diseñar las estrategias de simulación de la fabricación asistida por computador (CAM) la cual se refiere comúnmente al uso del control numérico (NC), que son las aplicaciones de software para crear instrucciones detalladas (G-código) que lleven a las herramientas de unidad de control numérico (CNC), a la fabricación de piezas. Los fabricantes de muchas industrias dependen de las capacidades de CAM para producir piezas de alta calidad.

Una definición más amplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones informáticas para definir un plan de fabricación de herramientas de diseño, diseño asistido por ordenador (CAD) la preparación del modelo, programación de control numérico, máquina de medición de coordenadas (CMM) de programación de control, la simulación de máquinas herramienta, o post-procesamiento.

El plan entonces se ejecuta en un entorno de producción, tal como el control numérico directo (DNC), gestión de herramientas, mecanizado CNC, o la ejecución de CMM. Beneficios del CAM:

➔ Plan de producción bien definido que ofrece los resultados esperados en la producción. ➔ Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de una gama completa de equipos de producción, incluidos los de alta

velocidad, 3 y 5 ejes, de múltiples funciones y las máquinas de torneado, mecanizado de descarga eléctrica (EDM) y equipo de inspección de CMM.

➔ Los sistemas CAM pueden ayudar en la creación, verificación y optimización de programas NC para la productividad de mecanizado óptimo, así como automatizar la creación de la documentación.

➔ Los sistemas avanzados CAM con la integración de la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), pueden proporcionar servicios de planificación de fabricación y de producción con los datos y gestión de procesos para asegurar el uso correcto de los datos y los recursos estándar.

➔ Los sistemas CAM y PLM se pueden integrar con los sistemas DNC para la entrega y gestión de archivos para máquinas CNC en el taller.

Computer-Aided Design

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

OBJETIVO GENERAL DEL MÓDULO Por medio de la introducción a los modelos paramétricos a través del CAD / CADD / CAM ampliaremos las experiencia en el entendimiento y aplicación de conocimientos de fabricación y edición de geometría básica y compleja, además profundizará en la gestión de datos paramétricos, con el fin de explotar las probabilidades en el proceso de fabricación de un objeto. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL MÓDULO La metodología pretende implementar modelos matemáticos (leyes de relación entre objetos) e implementación (código fuente). Y en ellas se afrontarán dos paradigmas principales: Diseño Paramétrico y Diseño discriminativo a partir de la evaluación de datos, es los anteriores encontraremos tres pilares / objetivos de acción:

➔ Diseño del proceso y no específicamente de un resultado.

➔ Gestión y administración de complejidad de datos.

➔ Generación y solución adaptable según sus condiciones y variables de contorno.

METODOLOGÍA DEL MÓDULO

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

MODELADO 2D | 3D Rhinoceros

EL Software propuesto para el Módulo de Simulación de Procesos de Producción para fabricación digital seráRhinoceros. Esto debido a que el profesional a cargo de los cursos cuenta con la certificación oficial ART - acreditado como tutor oficial de Rhinoceros por McNeel Europa. Además dicho software ha realizado una serie de propuestas de incentivación de la fabricación digital por medio del proyecto RhinoFabStudio. Objetivos del RhinoFabStudio:

➔ Enseñar, aprender y compartir diferentes métodos de fabricación para los diseñadores industriales, arquitectos, e ingenieros en Rhinoceros está involucrado en cualquier ciclo del proceso de fabricación.

➔ Esta comunidad RhinoFabStudio es un gran lugar para compartir información sobre el hardware utilizado para fabricar sus ideas, sus modelos digitales y sus definiciones Grasshopper.

➔ Está abierto a todo el mundo y da la bienvenida a cualquier programa compatible rinoceronte que le ayuda a realizar sus ideas. ➔ Insta a todas las artes y ARTCs Rhino para publicar sus eventos, talleres y clases que se refieren a los métodos y / o procesos de

fabricación.

EJERCICIO DE MODELADO 2D | 3D Los ejercicios presentados a continuación se realizará bajo los mismo principios:

➔ Diseñar el objeto bidimensional / tridimensional (CADD) según proyectos de los estudiantes en módulos anteriores. ➔ Diseñar y evaluar las posibilidades de fabricación por medio de simulaciones determinadas por el profesional a cargo (CAM).

Los ejercicios de Modelado 2D y 3D, están basados en la rápida comprensión del software Rhinoceros por medio del Manual de formación Nivel 1.

Manual de formación Nivel 1

Además de Rhinoceros, estaremos consultando una serie de softwares “open source” que nos permitirán realizar procesos muy similares, permitiéndonos y fortaleciendo los conceptos de la fabricación digital de poder acceder a la tecnología y al conocimiento en cualquier momentos, aprendizaje y fabricación ubicua. Lista de softwares complementarios:

➔ FreeCad ➔ 123D Make ➔ 123 Design ➔ ThinkerCad

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

ESCANEADO de objetos tridimensionales Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o una escena para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. La información obtenida se puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. El modelo tridimensional del objeto se puede utilizar en muchos y diversos campos y aplicaciones tales como diseño industrial, medicina, arqueología, arquitectura, ingeniería, y entretenimiento (películas y videojuegos).  Funcionalidad El propósito de un escáner 3D es, generalmente, el de crear unanube de puntos a partir de muestras geométricas en la superficie del objeto. Estos puntos se pueden usar entonces para extrapolar la forma del objeto - proceso llamado reconstrucción -. Si la información de color se incluye en cada uno de los puntos, entonces los colores en la superficie del objeto se pueden determinar también. 

 Proceso de Reconstrucción La salida del escáner es una nube de puntos inconexos. Normalmente los programas de tratamiento de objetos 3D no utilizan estos datos directamente, sino que utilizan modelos 3D poligonales. El proceso de transformación de la nube de puntos a un polígono tridimensional, lo cual conocemos como reconstrucción. La reconstrucción implica encontrar puntos adyacentes para unirlos formando así una superficie. Los procesos de reconstrucción presentan muchas de sus veces problemas tales como: creación de triángulos muy deformados, que unen dos superficies que no están unidas en el objeto real. Es por esto que el proceso de reconstrucción siempre necesita una ayuda humana para llevarse a cabo. A continuación programas open source para realizar el proceso de reconstrucción:

➔ MeshFix by Marco Attene ➔ PolyMender by Tao Ju ➔ ReMesh by Marco Attene ➔ TrIMM by Christian Moritz. ➔ Graphite by ALICE, INRIA Nancy Grand-Est / Loria. ➔ MeshLab by Paolo Cignoni and other developers. ➔ OpenFlipper by Jan Möbius and other developers. ➔ Geometric Modelling Based on Polygonal Meshes by Mario Botsch, Mark Pauly, Leif Kobbelt, Pierre Alliez, Bruno Levy, Stephan

Bischoff, Christian Rössl. Source Code complementary to the Course at SIGGRAPH 2007 Si se define unsistema esférico de coordenadas y se considera que el origen es el escáner, cada punto analizado se asocia con una coordenada φ yθ y con una distancia, que corresponde al componente r. Estas coordenadas esféricas describen completamente la posición tridimensional de cada punto en el modelo, en un sistema de coordenadas local relativo al escáner.

 

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

Cómo funciona un Escáner 3D Existen dos tipos de de escáneres 3D, los que toman las medidas por contacto con el objeto y los que toman sin hacer contacto con el objeto. Cada tipo tiene ventajas e inconvenientes, los cuales se describen a continuación: Escáner de contacto Estos escáneres miden el objeto mediante contacto físico. Normalmente los escáneres de este tipo son muy precisos, pero muy lentos comparados a los otros, dado que es necesario la captura de una gran nube de puntos y consecuentemente un enorme trabajo manual. Una desventaja importante de este tipo es que al realizar su medición es necesario el contacto con el objeto y puede dañarlo o modificarlo si no es completamente rígido o es muy frágil. Escáner sin contacto Miden las dimensiones del objeto sin ningún tipo de contacto con el objeto. Dentro de este tipo de escáneres podemos distinguir dos subtipos: los activos, que emiten luz o algún otro tipo de radiación para detectar su reflejo, y los pasivos, que utilizan la radiación ambiental que se refleja en los objetos para medirlos.

Escáner de contacto (FARO ScanArm). Escáner sin contacto (Sense 3D System).

Los escáneres activos emiten alguna clase de señal y analizan su retorno para capturar la geometría de un objeto o una escena. Se utilizan radiaciones electromagnéticas (desde ondas de radio hasta rayos X) o ultrasonidos. Los escáneres basados en el tiempo de vuelo (time of flight ) de la luz determinan la distancia a la escena cronometrando el tiempo del viaje de ida y vuelta de un pulso de luz. Un diodo láser emite un pulso de luz y se cronometra el tiempo que pasa hasta que la luz reflejada es vista por un detector. Como la velocidad de la luz C es conocida, el tiempo del viaje de ida y vuelta determina la distancia del viaje de la luz, que es dos veces la distancia entre el escáner y la superficie. Si T es el tiempo del viaje completo, entonces la distancia es igual a (C * T)/2. Claramente la certeza de un escáner láser de tiempo de vuelo 3D depende de la precisión con la que se puede medir el tiempo T: 3,3 picosegundos (aprox.) es el tiempo requerido para que la luz viaje 1 milímetro. Se utilizan láseres visibles (verdes) o invisibles (infrarrojo cercano). Por tanto, entre más precisos sean en medir este tiempo, más precisos serán en medir la distancia. El telémetro láser sólo detecta la distancia en el punto de la dirección del láser, por tanto, se escanea todo el campo de visión punto a punto. Para ello, o bien se mueve la dirección del telémetro, o bien se utilizan espejos rotatorios para dirigir el láser. La mayoría de los escáneres utilizan espejos, ya que son más fáciles de manejar que el telémetro por ser mucho más ligeros. Este tipo de escáneres tiene una velocidad de unos 10.000 - 100.000 puntos por segundo. La ventaja de los escáneres basados en el tiempo de vuelo, es que pueden operar a distancias muy grandes (del orden de kilómetros), por tanto, son muy apropiados para escanear grandes estructuras como edificios o accidentes geográficos. La desventaja radica en su precisión, que suele ser del orden de los milímetros.

Escáner 3D Iglesia de las Cinco Llagas - Sevilla. Escaneo del Monte Matterhorn - Frontera Suiza / Italia

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

Los escáner que miden los objetos por triangulación, también utilizan un láser para medir el entorno. A diferencia de los escáneres que miden el tiempo de vuelo de la luz, estos utilizan una cámara para localizar la posición del punto del láser. En función de la distancia del objeto, el láser aparece en distinta posición que el campo de visión de la cámara. A esta técnica se le llama triangulación, porque el emisor láser, que incide en el objeto y la cámara firman un triángulo.

  Esquema de un escáner de triangulación.

La longitud de un lado del triángulo y la distancia entre el emisor láser y la ca,ar, son conocidas. El ángulo formado por lo lados adyacentes al emisor también es conocido. Por último, el ángulo de los lados adyacentes a la cámara, se pueden determinar mirando la posición del punto del láser en el campo de la visión de la cámara. Con esta información se puede determinar la forma y tamaño del triángulo y, por tanto, la distancia a la que se encuentra el objeto. En la mayor parte de este tipo de escáneres, se utiliza una línea en lugar de un punto láser para acelerar el proceso de adquisición. Las ventajas e inconvenientes de los escáneres basados en la triangulación, son los opuestos a los escáneres basados en el tiempo de vuelo de la luz. Los basados en triangulación, no permiten escanear objetos a grandes distancias (no llegan normalmente a la decena de metros), pero pueden obtener una precisión del orden de los micrómetros. Existen otros tipos de escáneres activos, como los que utilizan luz estructurada. Estos escáneres proyectan un patrón sobre un objeto y miden la deformación, con una cámara de técnica similar a la de la triangulación. La ventaja de los escáneres que utilizan luz estructurada es la velocidad. En lugar de escanear un punto en cada instante, pueden escanear múltiples puntos y llegar a escanear todo el campo de visión de una vez. Existen escáneres de este tipo que pueden llegar a escanear objetos en movimiento en tiempo real. También existen escáneres que miden los objetos sin entorno de forma pasiva. Estos se caracterizan por no emitir ningún tipo de luz ni otro tipo de radicación, sino que detectan la radiación ambiente reflejada por el objeto. La mayor parte de los escáneres pasivos suelen ser baratos, porque en la mayor parte de los casos no se necesita de un hardware especial. Los escáneres estereoscópicos también son del tipo pasivo. Utilizan dos cámaras separadas horizontalmente que miran a la misma escena. Analizando las diferencias entre las dos cámaras, es posible determinar la distancia de cada punto de la imagen, de la misma manera que lo hacemos los seres humanos.  Aplicaciones Una de las aplicaciones de los escáneres 3D es para el ocio. En la industria del ocio se utilizan para crear modelos digitales en películas y videojuegos. Para estos modelos, normalmente es más rápido crear manualmente los modelos y después escanearlos, que crear los modelos digitales en un computador. En construcción y en ingeniería civil, por ejemplo creando mapas GIS, catalogando lugares, modelando terrenos, etc. La ingeniería inversa de componentes mecánicos también se aprovecha de los escáneres 3D, ya que se utilizan para escanear una pieza mecánica y después, utilizar los puntos escaneados para crear un modelo digital de la pieza en cuestión. Otra aplicación, es el uso de los escáneres para el reconocimiento facial.

Video juegos. Reconocimiento Facial.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

EJERCICIO DE ESCANEO Descripción de Equipo de Fabricación Digital Escáner SENSE 3D SCANNER by 3D SYSTEM Software SENSE SOFTWARE by 3D SYSTEM Manual de Uso: SENSE 3D SCANNER USER GUIDE by 3D SYSTEM

Este ejercicio es realizado en colaboración Y bajo el patrocinio de 3D SYSTEM y GRUPO SG Costa Rica. Descripción Actualmente se nos presenta la oportunidad de generar una serie de métodos de multiescala a partir de herramientas y procesos relacionados a la Fabricación Digital, lo cuales han contribuido considerablemente en el enlace de la mecánica de los materiales y el campo de la ciencia de los materiales. Los métodos multiescala son esquemas que permiten enlazar modelos de diferentes escalas, por ejemplo, podemos escanear un objeto tal como una pieza industrial de alta precisión, la cual que no sea de fácil acceso, o sus costos son muy elevados, y obtener un modelo tridimensional que podemos manipular según nuestras necesidades, para luego fabricarlo ya sea por medio de impresión 3D, torno, corte láser, corte plasma, etc. Además podemos escalar objetos tales como una silla, una mesa y hasta el cuerpo humano con el fin de manipular, por medio de un software, las características tridimensionalmente, y de ser necesario, materializarlo a una menor escala a partir de diferentes métodos de fabricación digital. Dinámica Grupal - interdisciplinaria (cantidad personas y grupos por definir) Metodología

A. Visualización 3D. B. Escaneo 3D. C. Análisis y Edición 3D. D. Fabricación Digital por medio del Corte Láser e Impresión 3D.

Programa:

➔ Introducción a la Fabricación Digital por medio de las técnicas de Escaneo 3D. ➔ Descripción del para el uso del escáner y software SENSE 3D SCANNER. ➔ Escaneo de un objeto (relacionado a módulos anteriores) de pequeña y mediana escala. ➔ Escaneo del “busto / cara” de uno o varios integrantes del grupo. ➔ Descripción para manipulación y exportación de los modelos al formato STL para poder imprimir en 3D. ➔ Descripción para manipulación y exportación de los modelos para corte láser. ➔ Fabricación, preparación y comparación de escalas de objeto físico impreso 3D o por corte láser.

Requisitos:  Conocimiento previo de softwares: Rhinoceros y 123D Make (según primer ejercicio del módulo).

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

IMPRESIÓN 3D Introducción La impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación por adición donde un objetotridimensional es creado mediante la superposición de capas sucesivas de material. Las impresoras 3D son por lo general más rápidas, más baratas y más fáciles de usar que otras tecnologías de fabricación por adición, aunque como cualquier proceso industrial, estarán sometidas a un compromiso entre su precio de adquisición y la tolerancia en las medidas de los objetos producidos. Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de producto, la capacidad para imprimir partes y montajes hechas de diferentes materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, a menudo con un simple proceso de montaje. Las tecnologías avanzadas de impresión 3D, pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de producto.

Desde 2003 ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D. De manera inversa, el coste de las mismas se ha reducido.2 Esta tecnología también encuentra uso en los campos tales como joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.

Descripción general del proceso de fabricación aditiva

Cronología

➔ Año 1983 Chuck Hull, un inventor destacado en el campo de la óptica iónica, idea el primer método de impresión 3D: la estereolitográficas.

➔ Año 1988 La compañía 3D Systems, fundada por Chuck Hull, comercializa las primeras máquinas de impresión estereolitográficas.

Chuck Hull., Co-Fundador, presidente y director de 3D System. Proceso de impresión estereolitográficas.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

➔ Años 1988 – 1990 Se desarrollan nuevos métodos de impresión: la impresión por deposición de material fundido (fused deposition modelling o FDM). La impresión por láser (selective laser sintering o SLS).

➔ Año 1990 Scott Crum, que había concebido el método de impresión FDM, establece la empresa Stratasys para la comercialización de su invento.

Proceso de impresión material fundido.

➔ Año1993

Un grupo de estudiantes del MIT concibe la impresión 3D por inyección (creando su propia empresa Z Corporation). Dos años más tarde, en 1995, inician la venta de los primeros equipos basados en esta tecnología a través de la compañía3D Systems, mayor colaborador creada en 1988 por Chuck Hull.

Proceso de impresión 3D por inyección. Proceso de impresión 3D por inyección.

➔ Año 2005 El Dr Bowyer, de la Universidad de Bath, Reino Unido, desarrolla la primera máquina 3D autorreplicante: la RepRap, que supone un salto adelante en la normalización y acceso a las impresoras tridimensionales. y es donde entra en juego la comunidad Maker. Ante los altos precios de las impresoras 3D, en 2005 el Dr. Bowyer (Universidad de Bath, UK) desarrolla la primera impresora 3D con capacidad de imprimir casi la totalidad de las piezas que la componen. Este hecho constituye la entrada del Open-source en la historia de la impresión tridimensional y un gran paso hacia su normalización en el mercado.

Máquinas de impresión 3D RepRap. Máquinas de impresión 3D RepRap.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

Makerbot constituye un hito en la impresión 3D, pues surge como proyecto Open-source que a través de una fuerte comunidad de usuarios (makers) fue tomando forma una impresora que nacía con el objetivo, no ya de poder autorreplicarse a sí misma, sino de poder ser ensamblada por cualquier persona con unas habilidades técnicas mínimas, como si de un mueble de IKEA se tratase.

Creadores de Makerbot. Máquinas de impresión Makerbot. Al mismo tiempo surgieron comunidades de intercambio de ideas y diseños para impresoras 3D, siendo una de las más importantes “Thingiverse”. A partir de 2012 Makerbot Industries dejó de formar parte de Open-source y tomó un tinte más comercial, abriendo sus propias tiendas de distribución y con la intención de ser los protagonistas del cambio industrial y social que supone esta tecnología mediante los modelos Replicator.

Plataforma Open source Thingiverse. Aplicaciones

➔ Medicina 3 innovadoras aplicaciones de la impresión 3D en la Medicina.

1.Modelos Hay casos en la Medicina que son complicados como el de tumores que se encuentran en lugares muy delicados en el cuerpo humano. La impresión 3D puede proporcionar un modelo exacto del área a operar y con esto los médicos pueden practicar con escalas reales, con mayor probabilidad de realizar con éxito las intervenciones.

Simulación de Cirugías mediante impresión 3D . Simulación de Cirugías mediante impresión 3D . Biomodelos.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

2.Prótesis Las prótesis han potencializado su evolución con la impresión 3D, sin duda. Desde muletas mucho más anatómicas por la posibilidad de las impresiones curvas y adaptadas al tamaño adecuado. Cubiertas para prótesis que permiten el diseño personalizado. Prótesis de manos con movimientos más naturales e intuitivos a través de conjuntar impresión 3D, robótica y electrónica.

Simulación de Cirugías mediante impresión 3D . Simulación de Cirugías mediante impresión 3D .

3.Órganos humanos Reservé para el final lo que parece ser el santo grial de la impresión 3D en la Medicina: la posibilidad de imprimir órganos humanos. Los avances en este sentido son muy impresionantes, por un lado en este momento los científicos y médicos especializados en esta área ya son capaces de imprimir tiras de tejido humano, pero la carrera por conseguir un órgano funcional aún está lejos. Cómo funciona En la Bioimpresión, los científicos obtienen células humanas de biopsias o de células madre, y permiten que se multipliquen en una placa de Petri. La mezcla resultante, es una especie de tinta biológica, que se introduce en una impresora 3D, que está programada para organizar diferentes tipos de células, junto con otros materiales, en una forma tridimensional precisa. Los médicos esperan que cuando se coloque en el cuerpo, estas células se integrarán con los tejidos existentes.

Organovos Bio-Printer Primer trasplante a partir de una Bioimpresión Vladimir Mironov

➔ Arquitectura Conceptos como la multi-escala,la rapidez, la complejidad geométrica y la codificación en la arquitectura avanzada, han permitido que la arquitectura incline muchos de sus proceso de pensamiento y diseño hacia la impresión 3d. Las aplicaciones pueden ser muy variadas y dirigida a diferentes sectores, desde la impresión de detalles, casas de interés social, elementos estructuras, pabellones y estructuras espaciales(lunares).

Project Egg, Michiel Van der Kley

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

D-Shape, Enrico Dini FOSTER & PARTNERS - EUROPEAN SPACE AGENCY (ESA)

➔ Moda Ya algunos diseñadores han incursionado con la impresión 3D desde la alta costura, comoMichael Schmidt,Francis Bitonti o Iris Van Herpen, explorando el límite de la tecnología y la imaginación en la moda.La cantidad de proyectos envueltos en la investigación de la impresión 3D en la industria de la moda no tiene precedentes. Es una aplicación directa de la tecnología en un producto final que parece no tener límites. Con una impresora capaz de crear telas no tejidas con estructuras únicas y complejas. Su misión es que todos podamos diseñar nuestra propia ropa, de la misma forma que hoy todos podemos hacer música o publicar un libro.

EJERCICIOS DE SIMULACIÓN EJERCICIOS DE SIMULACIÓN: IMPRESIÓN 3D El ejercicio se realizará a partir del software Makerware. ¿Qué es? El Makerware es el entorno software de las impresoras 3d personales de Makerbot Industries. Es a la vez un driver y un slicer que permite directamente, en el mismo entorno tan amigable, pasar de un modelo en formato .stl a un fichero .x3g, el formato necesario para la impresión con una impresora Replicator 2 o Replicator 2X.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

Optimización y simulación del proceso de fabricación por Impresión 3D. 1. Doble extrusión a. Añadir raft y soporte Las opciones de “raft” (base adicional añadida a la impresión para que adhiere mejor a la plataforma) y de “soporte” (material adicional que soporta las paredes y elementos de la impresión que de otra manera se caería) son ahora accesibles para la doble extrusión. Basta con abrir el menú desplegable de cada elemento y elegir el extrusor correspondiente que se va a utilizar.

b. Opciones de raft y soporte Además, las opciones de ajustes de estos dos elementos son ahora mucho más precisas: se puede elegir uno de los dos extrusores para encargarse de la impresión del raft y/o del soporte, eligiendo el “left extrusor” o “rigth extrusor” para cada elemento. Más interesante aún es la opción “Color-matched”: cada extrusor se encargará de hacer el soporte correspondiendo al color que imprime. Por ejemplo, el soporte de la parte de modelo que se imprimirá en azul con el extrusor izquierdo se imprimirán también con el extrusor izquierdo. El soporte de modelo que se imprimirá en rojo con el extrusor derecho se imprimirán también con el extrusor derecho.

c. Elección del material Finalmente es incluso posible elegir un material diferente para cada extrusor. Sin embargo, esto sólo se puede hacer con el modelo Replicator dual que no está especializado en un material específico y es capaz de imprimir en PLA como en ABS. Además llamamos la atención sobre el hecho de que el PLA y el ABS no tienen las mismas características mecánicas y que puede ser difícil encontrar parámetros comunes sobre todo en cuanto a la plataforma. Es un uso experimental.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

2.Preview a. Informaciones de consumo Desde la primeras versiones del Replicator G, cada operador debía estimar el tiempo de impresión y el gasto en material. Estoy ya está solucionado gracias a la nueva opción de previsualización de la impresión. Después de elegir los diferentes parámetros para la impresión y antes de exportarlo, se tiene que seleccionar la opción “Preview before printing” situada debajo del marco de diálogo y se da en el botón “Exportar”. Una nueva ventana se abre entonces. Allí se puede saber, antes de lanzar la impresión, el tiempo que tardará y su peso. Es por lo tanto muy fácil calcular su coste en material.

b. Informaciones de impresión La previsualización procura dos otras informaciones muy valiosas. Primero, gracias a una herramientas situada en la parte izquierda de la ventana, se enseña cómo va, capa por capa, construirse el objeto. Esta simulación manual que permite recorrer las etapas de impresión del modelo, puede permitir de detectar un fallo en el modelo. Luego, al seleccionar la opción “Show travel moves”, se puede visualizar los desplazamientos que hará la impresora para depositar el material de impresión.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

EJERCICIOS DE SIMULACIÓN : CORTE LÁSER El ejercicio se realizará a partir de Rhino Nest. ¿Qué es? Rhino Nest es un Software de anidamiento (nesting) para Rhinoceros. Entendemos anidamiento como la optimización y la orientación de los

objetos para ahorrar material. RhinoNest nos permite optimizar la posición y orientación para cortar material en diferentes sectores, así como la arquitectura, la escultura, carpintería, fabricación de muebles, trabajos en metal, zapatos, corte de vidrio,modelado, entre otros. RhinoNest está totalmente integrado en Rhinoceros, permitiendo así una optimización en minutos sin necesidad de importaciones de diferentes softwares o la necesidad de conversiones, ya que soporta todos los tipos de geometría. Diseñado para Rhinoceros 5.0.

Optimización y simulación del proceso de fabricación por corte láser. 1. Selección de objetos Gráfico. Permite definir la cantidad de copias que se desean obtener de un mismo objeto así como los parámetros que establecen el orden de colocación, rotación y distancia entre los objetos.

2. Definición de Paneles. Permite gestionar las dimensiones, tipo de material, grosores y cantidad de panel(es) en “stock” por utilizar, estableciendo así una base de datos centralizada permitiendo grandes tirajes de producción.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

3. Parámetros. Los parámetros presentes en su panel de control, permite definir: ubicación. identificación, rotación, distancia entre piezas, distancia entre piezas y límites del panel utilizado, además que mediante la utilización de un algoritmo heurístico implementado en el software permite calcular varios soluciones de optimización de un mismo grupo de piezas hasta definir la más óptima en tiempo. A su vez

4. Reporte de resultados. Muestra una lista con los siguientes parámetros: número de panel, número de piezas por panel, área utilizada y de área libre para el control de la optimización, además permite copiar los valores para pegar en cualquier aplicación y exportar el informe en formato de texto.

A partir de los puntos anteriores, el RhinoNest nos permite simular los distintos escenarios de optimización presentes en un mismo proceso de fabricación dependiendo de las variables definidas.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

EJERCICIOS DE SIMULACIÓN: FRESADO El ejercicio se realizará a partir del plug-in para RhinoCam. ¿Qué es? Es un potente paquete CAM ideal para el trabajo con máquinas fresadoras CNC (o routers) para mecanizado de: moldes, matrices, prototipado rápido, moldes, maquetas, cortes, perforados, grabados, tallados y mecanizados en general. Este robusto producto combina la potente generación de mecanizados con un preciso control de las capacidades, sin sacrificar la facilidad de uso. Adecuado para usuarios con exigencias de fabricación sofisticadas y complejas.

Optimización y simulación del proceso de fabricación por fresado. 1. Interfaz de RhinoCam. Configuración, Instalación y Escenarios del plug-in para RhinoCam. 2. Creación de Recursos. Creación de bloques de trabajo, herramientas, configuración de carpetas, sistemas de coordenadas y obtención de límites. 3. Mecanizado 2-1/2 Ejes. Perfilado, cajetas y encuadres, grabados, creación de regiones, recorrido de herramienta, plano de seguridad, modificación de caminos de herramienta, planos de seguridad, modificación de herramienta y operaciones de taladrado. 4. Mecanizado 3 Ejes. Desbaste horizontal, acabado paralelo, acabado horizontal, proyección de cajeras, cajeras 3D, perfilados 3D, simulación de estrategias, creación programas NC (post-procesado), análisis de programas NC y códigos NC básicos.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita

Este documento fue realizado por: ROBERT GARITA GARITA

Consultas y observaciones, por favor comunicarse a :

arq.r.garita@gmail.com (506) 88356273 (506) 24301944

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...

Módulo Simulación de Procesos de Producción para Fabricación Digital | MAA. Robert Garita Garita