Fabricacion rapida de Prototipos (Rapid Prototyping) - Parte 1

Durante los proceso de diseño y desarrollo de nuevos sistemas, es muy ventajoso contar con medios para poder obtener prototipos o muestras. Esta ventaja se convierte en necesidad a medida que aumenta la complejidad y el costo del sistema. En ciertos procesos los prototipos cumplen un rol fundamental, no solo en el diseño de la pieza sino también en el de las herramientas mismas (rapid tooling). Además, los prototipos pueden ser usados en etapas de testeo.
En la construcción de prototipos es fundamental la rapidez con la que se cuenta. Esta rapidez influye directamente en el tiempo total del proceso de diseño. En general la mayoría de estas tecnologías requieren de entre 3 y 72 horas para construir una pieza.

Algunas ventajas de las operaciones rápidas de construcción de prototipos son:
• Obtención de modelos físicos de piezas diseñadas en programas CAD en horas.
• Utilización del prototipo en etapas de marketing.
• Utilización del prototipo en operaciones de manufactura (rapid manufacturing).
• Aplicación para la producción de herramientas (rapid tooling).
Debido a que estas tecnologías se están utilizando cada vez mas frecuentemente en aplicaciones mas allá del prototipado, se acostumbra llamarlas solid freeform fabrication, computer automated manufacturing o layered manufacturing. Este ultimo termino es particularmente descriptivo de las técnicas que se utilizan. Un software obtiene del modelo CAD un conjunto de cortes de 0.1 mm aproximadamente que luego se construyen una encima de otra. El prototipado rápido es un proceso aditivo que apila capas para crear una pieza 3D. Esta naturaleza aditiva le permite crear objetos con formas internas complicadas que no pueden ser fabricadas de otra forma.
Aunque existen diversas técnicas de RP, todas emplean la misma secuencia de pasos. Estos son,
• Creación de un modelo CAD
• Convertir el CAD a formato STL
• Obtener los cortes del STL
• Construir el modelo capa por capa
• Limpiar y terminar el modelo
Creación del modelo CAD: El modelo se crea con algún software CAD. Este paso es idéntico para las técnicas RP.
Conversión a formato STL: Los diferentes programas CAD utilizan un numero de diferente algoritmos para representar objetos sólidos. Por consistencia se ha establecido este formato estándar para la industria RP. La forma de representar superficies 3D del STL es mediante triángulos planos. El archivo contiene las coordenadas de los vértices y la dirección de la normal de cada triangulo. Cuantos mas triángulos se utilicen mayor será la precisión a costa de un archivo mas grande. Los archivos complicados requieren mas tiempo de preprocesado por lo que se debe hacer un balance para producir un archivo STL útil. Debido a que el formato es un estándar, este paso se aplica a cualquiera de las tecnologías RP.
Obtención de las secciones del STL: En el tercer paso, un programa pre-procesador prepara el archivo para ser construido. Existen muchos programas disponibles y la mayoría permiten al usuario ajustar el tamaño, la ubicación y la orientación del modelo.
La orientación es importante ya que a menudo las propiedades del modelo construido pueden variar en las diferentes direcciones. Por ejemplo, generalmente la dirección z es menos precisa que las direcciones x e y. El programa de pre-procesamiento corta el modelo STL en un numero de capas de pequeño espesor y genera una estructura auxiliar para soportar el modelo durante su fabricación. Cada empresa provee su propio software pre-procesador.
Construcción capa a capa: El paso cuatro es la construcción en si de la pieza. Las maquinas de RP son en su mayoría autónomas necesitando poca intervención humana.
Limpiado y terminado: El paso final es el post-procesado. Esto incluye extraer la pieza de la maquina y quitarle los soportes. Algunas técnicas requieren además un curado final, una limpieza o un tratamiento superficial.