domingo, 17 de junio de 2012

SISTEMAS CAD CAM -- DISEÑO ASISTIDO Parte Final



 



CAD PARA JOYERÍA


Algunos conceptos previos

Existen diferentes opciones y posibilidades a la hora de usar una computadora como herramienta para el diseño. En el mercado actual se pueden encontrar soluciones que podrían dividirse en dos categorías principales:

• Software especializado: 
Programas indicados para tareas muy concretas dentro del ciclo de realización de un diseño. (RhinoJewel; RhinoGold; ArtCam; JewelCad; Matrix; etc.)

• Software estándar: 
Programas de diseño asistido por ordenador de aplicación básica general.
(CorelDRAW, Adobe Illustrator, Adobe Photoshop, etc.)
Tanto el software especializado como el software estándar trabajan con gráficos o imágenes cuya naturaleza se divide en dos tipos:

A)   Imágenes Raster (o Bitmap o de Mapa de Bits)

B)   Gráficos Vectoriales

 



Gráficos Vectoriales:

También llamados imágenes orientadas a objeto, se definen matemáticamente con una serie de puntos unidos por líneas denominados nodos. Los elementos gráficos presentes en un archivo vectorial se denominan objetos. Cada objeto es una entidad completa con propiedades tales como color, forma, contorno, tamaño y posición en la pantalla, que están incluidas en su definición.

Considerando que cada objeto es una entidad completa, se puede mover y cambiar sus propiedades una y otra vez manteniendo su claridad y nitidez originales, sin afectar a los restantes objetos de la composición. 

Estas características hacen que los programas vectoriales sean idóneos para la ilustración de moda, en la que el proceso de diseño requiere a menudo la creación y manipulación de objetos individuales.

Dentro del software Vectorial estándar tenemos: CorelDRAW, Adobe Ilustrator, AutoCad, etc.


Imágenes de mapa de bits, bitmap o ráster


Están compuestas de puntos denominados píxeles dispuestos y coloreados de formas diversas para conformar un patrón. 
Al aumentar la imagen, se podrán ver los pixeles individuales que componen la imagen completa. 
La reducción del tamaño de un mapa de bits distorsiona la imagen original, ya que se eliminan algunos píxeles para reducir el tamaño de la imagen. 

Asimismo, debido a que las imágenes de mapa de bits forman conjuntos de píxeles ordenados, sus distintos elementos no pueden manipularse (por ejemplo, moverse) de forma individual por lo que no son tan versátiles como los gráficos vectoriales.

Dentro del software/hardware Bitmap estándar tenemos: Adobe Photoshop, Scanner plano, cámara fotográfica.


 



¿Qué son las NURBS?


Las NURBS, B-splines racionales no uniformes, son representaciones matemáticas de geometría en 3D capaces de describir cualquier forma con precisión  (curvas y superficies), desde simples líneas en 2D, círculos, arcos o curvas, hasta los más complejos sólidos o superficies orgánicas de forma libre en 3D. 
Gracias a su flexibilidad y precisión, se pueden utilizar modelos NURBS en cualquier proceso, desde la ilustración y animación hasta la fabricación.

1 - Existen varias formas estándar industriales para intercambiar la geometría NURBS. Los usuarios pueden transportar todos sus modelos geométricos entre los diferentes programas de modelado, renderizado, animación e ingeniería de análisis que hay en el mercado.

2 - Las NURBS tienen una definición precisa y muy conocida. Pueden representar con precisión objetos geométricos estándar tales como líneas, círculos, elipses, esferas y toroides, así como formas geométricas libres como carrocerías de coches y cuerpos humanos.

3 - La cantidad de información que requiere la representación de una forma geométrica en NURBS es muy inferior a la que necesitan por separado las aproximaciones comunes.


El hardware para CAD


El equipamiento informático básico para la realización de diseño es similar al equipo necesario para cualquier otra rama del diseño asistido, es importante disponer de: un buen monitor (19" o más) con alta profundidad de color, buen procesador, abundante memoria RAM, una buena placa gráfica para manejar los gráficos con soltura, escáner 3D e impresora 3D. 
También es ideal disponer de una tableta digitalizadora para poder dibujar directamente con un lápiz óptico sobre ella como si fuera tradicionalmente sobre un papel.


Algunos Sistemas CAD especializados para Joyería


Como ya hemos mencionado, si analizamos el proceso de creación de una pieza de joyería encontraremos sistemas CAD/CAM en las distintas fases de su desarrollo.

Los demostrados beneficios del CAD/CAM incluyen un aumento considerable en la productividad, reducen el tiempo de producción, mejoran la creatividad al disponer de más tiempo para explorar, permiten visualizar los prototipos antes de ser confeccionados y establecen una 
comercialización y distribución más dinámica.

En estos últimos 2 años, la tendencia de desarrollo de sistemas muestra el esfuerzo de las empresas en dotar a sus programas de la habilidad para trabajar con formas orgánicas que resultan de vital importancia para crear piezas de joyería menos limitadas geométricamente y más artísticas. 





A título de ejemplo, RhinoJewel ha incorporado en su versión SR12 un modulo de Modelado Orgánico.

Mientras que Delcam ha desarrollado el Delcam Designer para trabajar de manera conjunta con el ya existente ArtCam JewelSmith.




 RHINOJEWEL




Es un potente programa basado en Rhinoceros que contiene una gran variedad de herramientas avanzadas para la creación de joyas y una completa gama de tallas de gemas y materiales gemológicos preparados para ser usados con Flamingo u otro programa de renderizado fotorealístico.

Rhinoceros fue dessarrollado por la empresa  norteamericana Robert McNeel & Associates, 
En el año 2001, fue ideado el plug-in TechGems por Alex Antich, fundador de Techjewel en Barcelona, como la librería de piedras en formato 3D. A lo largo de los años se ha convertido en Rhinojewel.

La versión RhinoJewel 5.0 incluye una librería virtual de piedras de la empresa Swarovski y permite cambiar la configuración de Rhino para mejorar el render de la joya, optimizando las reflexiones de los metales y las  refracciones de las gemas.

Las nuevas herramientas permiten la creación de forma fácil de complejos pavés y calculan rápidamente el peso total de gemas y metales preciosos. Inclusive emite reportes en formato Excel con la información pertinente sobre la pieza y los materiales.

Permite crear modelos 3D, mostrar los renderizados a clientes antes de empezar la producción y, una vez el diseño esté aprobado, enviarlo directamente a una impresora 3D o sistema CAM ya que cuenta con herramientas que pueden convertir automáticamente sus modelos en archivos STL preparados para el prototipado rápido. 
Posteriormente, se puede producir el modelo para fundir y utilizar las técnicas tradicionales para su fabricación.

 




La tecnología NURBS de Rhino proporciona la flexibilidad y precisión necesarias para sus diseños más innovadores, complejos y elaborados. 
Además de anillos, pendientes, broches y brazaletes, Rhino es capaz de crear cualquier complemento.



ARTCAM JewelSmith & Delcam Designer


Artcam JewelSmith y Delcam Designer son miembros de una familia de soluciones de software desarrollados por Delcam plc., empresa de soluciones CAD/CAM con sede en el Reino Unido que se fundó formalmente en 1977, después de la primera labor de desarrollo en la universidad de Cambridge U.K..

Con Artcam JewelSmith se puede diseñar y fabricar piezas de joyería, ya sea directamente a partir de bocetos, esculpiendo un modelo en 3D, partiendo de componentes de bibliotecas o de una pieza escaneada. Con un renderizado realista tanto el diseñador como el cliente pueden previsualizar el diseño antes de la fabricación.


 



La estructura de Artcam es similar a los paquetes artísticos como Adobe PhotoShop donde el joyero puede utilizar un número de capas para controlar los elementos de su diseño. 
Por ejemplo, cuando se realice un collar, anillo y pulsera, Artcam genera un 'Proyecto Árbol' donde puede mantener todos los modelos juntos, para referencia rápida, accesibilidad y duplicación de cualquier elemento de su diseño.

Para incorporar las gemas en el diseño, JewelSmith crea tapones de seguridad para mantener las gemas en su lugar. Esto ahorra tiempo y le permite al diseñador concentrar sus conocimientos y habilidades en el desarrollo de otras ideas.

Cuenta con una utilidad llamada Visor PDF 3D que consiste en un archivo PDF con varias vistas del modelo 3D, herramientas de rotación, luces y zoom. 
Esta herramienta es de gran ayuda para las empresas que ofrecen servicios y deben obtener la aprobación del cliente, ya que pueden enviarle este archivo por correo electrónico en lugar de tomar múltiples capturas de pantalla o enviar archivos de gran tamaño.

En cuanto a la fabricación de piezas, esta solución proporciona herramientas y funcionalidades: 






Un asistente de mecanizado totalmente configurable, permite ir desde el diseño hasta la fabricación de manera rápida y fácil. También puede generar archivos STL del modelo para prototipado rápido. Artcam calculará automáticamente los requisitos para el mecanizado de cualquier modelo 3D.

Delcam Designer es parte de la solución ArtCAM jewelSmith y permite a los usuarios explorar formas aún más complejas en el diseño de joyería. 
Trabaja tanto con modelos 3D como con relieves ArtCAM para crear piezas muy complicadas que de otra manera sería muy difícil modelar utilizando únicamente JewelSmith.



ARTCAM JewelSmith & Delcam Designer




Artcam JewelSmith y Delcam Designer son miembros de una familia de soluciones de software desarrollados por Delcam plc., empresa de soluciones CAD/CAM con sede en el Reino Unido que se fundó formalmente en 1977, después de la primera labor de desarrollo en la  Universidad de Cambridge (Reino Unido).

Con Artcam JewelSmith se puede diseñar y fabricar piezas de joyería, ya sea directamente a partir de bocetos, esculpiendo un modelo en 3D, partiendo de componentes de bibliotecas o de una pieza escaneada. Con un renderizado realista tanto el diseñador como el cliente pueden previsualizar el diseño antes de la fabricación.


 



La estructura de Artcam es similar a los paquetes artísticos como Adobe PhotoShop donde el joyero puede utilizar un número de capas para controlar los elementos de su diseño. Por ejemplo, cuando se realice un collar, anillo y pulsera, Artcam genera un 'Proyecto Árbol' donde puede mantener todos los modelos juntos, para referencia rápida, accesibilidad y duplicación de cualquier elemento de su diseño.

Para incorporar las gemas en el diseño, JewelSmith crea tapones de seguridad para mantener las gemas en su lugar. 
Esto ahorra tiempo y le permite al diseñador concentrar sus conocimientos y habilidades en el desarrollo de otras ideas.

Cuenta con una utilidad llamada Visor PDF 3D que consiste en un archivo PDF con varias vistas del modelo 3D, herramientas de rotación, luces y zoom. 
Esta herramienta es de gran ayuda para las empresas que ofrecen servicios y deben obtener la aprobación del cliente, ya que pueden enviarle este archivo por correo electrónico en lugar de tomar múltiples capturas de pantalla o enviar archivos de gran tamaño.

En cuanto a la fabricación de piezas, esta solución proporciona herramientas y funcionalidades: 

Un asistente de mecanizado totalmente configurable, permite ir desde el diseño hasta la fabricación de manera rápida y fácil. También puede generar archivos STL del modelo para prototipado rápido. 
Artcam calculará automáticamente los requisitos para el mecanizado de cualquier modelo 3D.

Delcam Designer es parte de la solución ArtCAM JewelSmith y permite a los usuarios explorar formas aún más complejas en el diseño de joyería. Trabaja tanto con modelos 3D como con relieves ArtCAM para crear piezas muy complicadas que de otra manera sería muy difícil modelar utilizando únicamente JewelSmith.


 




Delcam Designer permite:

• Crear formas orgánicas, no es posible utilizando únicamente ArtCAM.

• Realiza Morph de superficies dinámicamente

• Cortar y pegar directamente desde y hacia 

ArtCAM permite

• Genera renders para la visualización del producto


 



MATRIX de GEMVISION



GemVision es una empresa fundada hace 20 años por Jeff High de profesión joyero que desarrolla tecnología CAD/CAM para este mercado. 

La solución de software se denomina Matrix 3D Design.

A título informativo, en 2008 en Estados Unidos, la solución CAD/CAM de GemVision “el programa Matrix y la fresadora Revo Mill” fue seleccionada como la mejor opción entre los profesionales del sector en un estudio realizado por el MJSA Journal, la publicación oficial de los joyeros fabricantes y proveedores de América.

• Programa CAD - En esta categoría de software de diseño 3D, Matrix Gemvision fue abrumadoramente la elección número 1 entre los profesionales (con el 43% de los  encuestados).

Para ilustrar esta preferencia, el número dos de los programas CAD sólo obtuvo un 9%. 


 



• Sistema CAM - En esta categoría la fresadora Revo540 fue de nuevo la opción escogida con un 26% de los encuestados. 
En comparación, la 2º solución sólo obtuvo 8% de uso en la encuesta.


McNeel RhinoCeros http://www.es.rhino3d.com/index.htm

TechJewels RhinoJewels http://www.techjewel.com/Ingles/techjewel.htm

http://www.rhinojewel.com/features.htm#top

Jewellery CAD/CAM Ltd JewelCad http://www.jcadcam.com/

DelCAM ArtCAD JewelSmith Delcam Designer http://www.delcam.es/software_artcam.asp

TDM Solutions Rhinogold http://www.rhinogold.com/es/index.htm

Gemvision Matrix 3D http://www.gemvision.com/html/products/matrix/matrix.html


 




CAM – RAPID PROTOTYPING & MECANIZADO




MÉTODO ADITIVO (BUILING): RAPID PROTOTYPING







El término Rapid Prototyping o Prototipado Rápido (RP) se refiere a una gama de tecnologías que generan objetos físicos 3D a partir de modelos CAD o de otras fuentes de datos en 3D como el resultado de un proceso de digitalización.

Se caracteriza por un enfoque "aditivo" en la generación de partes, ya que construye con el material correspondiente capa por capa utilizando las secciones horizontales del modelo CAD. 
En contraposición a los métodos clásicos de mecanizados en los cuales el objeto se obtiene removiendo material de un bloque inicial (ver Modelo Sustractivo).

Esta tecnología es también conocida como Impresión 3D o Fabricación por Capas. El Prototipado Rápido (RP) está ayudando a muchas empresas a ahorrar tiempo y dinero para llevar los nuevos productos desde su concepto hasta el mercado. 
Se pueden utilizar para pruebas de forma, función, presentaciones, presupuestos, propuestas y moldes.

 



RP disminuye el tiempo de desarrollo mediante la  posibilidad de rectificación en la primera etapa del producto. Que el proyecto pueda ser revisado por profesionales de ingeniería, fabricación, marketing y otros durante el proceso de diseño, permite corregir oportunamente los errores e introducir las modificaciones convenientes ya que los costos en este momento todavía son bajos.

¿Por qué RP?



a- Comunicación más efectiva

b- Disminuir el tiempo de desarrollo

c- Disminuir el costos de posibles errores

d- Minimizar cambios de ingeniería

e- Prolongar la vida del producto añadiendo o eliminando características durante el periodo de diseño.






Metodología RP




La metodología básica para todas las técnicas corrientes de RP puede resumirse en los siguientes

pasos:

1. Crear un modelo: mediante un sistema CAD u  obtenerlo mediante I.I.

2. Convertirlo a formato STL. (ver sección STL)

3. Cortar el archivo STL en delgadas secciones transversales (capas), ya que las máquinas de RP construyen el modelo mediante capas bidimensionales. 

Un programa de preprocesamiento prepara el archivo de STL en una serie de finas capas de espesor para ser construido. El programa también puede generar una estructura auxiliar para apoyar el modelo durante la construcción.  

Estos soportes son útiles para los rasgos delicados, tales 
como aleros, cavidades internas, y las secciones de  paredes delgadas. Cada fabricante de la máquina RP suministra con el hardware su propio software de procesamiento.

4. Construir la pieza mediante la superposición de capas: usando alguna de las técnicas de RP, la máquina construye a partir de polímeros, ceras, papel o metal en polvo mediante la superposición de capas 2D: una vez acabada la primera capa del modelo físico, la cubeta bajará para mecanizar la siguiente capa y así el proceso se repite hasta la conclusión de todo el modelo.

5. Remover los soportes, limpieza y acabado: remover el prototipo de la máquina y desprender cualquier apoyo. Algunos de los materiales fotosensibles necesitan estar 
totalmente curado antes de usar. Los prototipos también pueden requerir una limpieza y tratamiento de superficie como lijado, sellado, y/o pintura.



 




Preparación de datos para la creación de RP


Las máquinas RP se describen a menudo como las impresoras en tres dimensiones. Así como las impresoras láser o de inyección de tinta producen copias físicas de los documentos electrónicos, el prototipado rápido realiza copias físicas en tres dimensiones de modelos CAD.

Pero hacer RP no es tan fácil como la impresión de documentos. Las impresoras de RP requieren que los sistemas CAD conviertan el modelo digital en un formato especial llamado STL, el nombre deriva del primer proceso de prototipado rápido: estereolitografía.

La generación de archivos STL es normalmente un  proceso relativamente simple. Prácticamente todos los sistemas CAD modernos incluyen la conversión a STL como una característica estándar.

Un archivo STL es simplemente una malla de triángulos que envuelve al modelo CAD. Los ajustes que se indiquen en el sistema CAD especifican cuan cerca la malla STL se ajusta a la geometría de la superficie.

Una malla de triángulos que son demasiado grandes creará un pequeño archivo STL, pero el prototipo obtenido quedará“facetado” (que tendrá caras planas visibles).

Una malla de triángulos, con aproximadamente el espesor de la capa utilizado por el sistema RP, producirá un prototipo con mejor fidelidad. Incluso con una malla de triángulos más pequeños se aumentar el tamaño del archivo STL y tardan más en proceso, pero no va a  aumentar prototipo exactitud o resolución.


Básicamente hay 2 variables a controlar:


1- Tolerancia de la cuerda: establece el mayor error aceptado por el usuario entre la superficie teórica de la geometría y la cara triangular de la adaptación facetada.

2- Tolerancia angular: determina el ángulo máximo de barrido de los triángulos de facetado al adaptarse a una superficie curva.


 




Algunas técnicas 3D Aditivas del mercado



A diferencia de los procedimientos tradicionales de mecanizado o fresado tridimensional que parten de un bloque sólido de donde van retirando material (Método Sustractivo), las impresoras de modelado aditivo 3D son sistemas que construyen un modelo sólido a partir del modelo 3D diseñado digitalmente, depositando finas capas del material de construcción, una sobre otra, 
hasta reproducir el volumen total, permitiendo crear piezas complejas con partes interiores, sin limitación de formas y con un alto nivel de detalle.

Son varias las tecnologías de modelado 3D aditivo que existen actualmente, pero todas parten de una misma idea, dividir el modelo digital en capas y reconstruir, capa a capa, dicho modelo.

Láminas de papel adhesivo recortadas con un láser y acumuladas una sobre otra, polímeros líquidos fotosensibles que al exponerlos selectivamente a la luz ultravioleta o mediante un haz láser se solidifican, sinterización selectiva: un rayo láser funde selectivamente diversos materiales pulverizados. 

Impresoras de inyección de cera líquida que depositan gotas microscópicas y solidifican capa a capa, etc.






Tecnologías


La estereolitografía, el sinterizado selectivo por láser, la impresión por inyección, y el modelado por deposición fundida son en buena parte las tecnologías utilizadas en la producción con relativamente poca complicación.

Cada tecnología tiene ventajas y desventajas y es un error pensar que todos los productos RP son iguales. 

Algunos son más duraderos que otros. 
Algunos son más exactos. 
Algunos son más resistentes al calor.
Algunos son más baratos. 
A fin de elegir el sistema de RP más adecuado para cada aplicación, es necesario comprender los fundamentos de cada tecnología.



 



Estereolitografía 


La Estereolitografía es el proceso en que la mayoría de las personas piensan al hablar de prototipado rápido. 
Tal vez la más compleja de todas las tecnologías, ya que fue la primera en surgir, aunque sigue siendo muy utilizada. 
Patentado en 1986 por 3DSystem.

La Estereolitografía construye objetos tridimensionales mediante el endurecimiento de capas finas de resina (polímeros líquido fotosensibles) que se solidifican cuando se exponen a la luz ultravioleta. 
Produce piezas con buen acabado superficial y detalle, pero con limitaciones en sus propiedades físicas. 

Las partes no soportan el calor excesivo ni la humedad y tienden a ser quebradizas. Sin embargo, son lo suficientemente duraderas para ser utilizados como modelos para procesos de duplicación tales como moldeado de silicona.

El proceso

El proceso básico de estereolitografía comienza por el procesamiento de un archivo STL. El software del sistema de estereolitografía “rebana” el archivo STL en una serie de secciones horizontales. 
Estas secciones, solidificadas una encima de otra, forman el prototipo. 
Las máquinas de estereolitografía construyen cada capa trazando el dibujo de la sección en la superficie de una 
cuba de resina líquida. Cuando el láser toca, la resina absorbe la luz y polimeriza de líquido a sólido. 

Una plataforma suspendida en la tina soporta la pieza. Después que cada capa es construida, un mecanismo hace descender la plataforma en la tina en una altura  equivalente al espesor de la capa para permitir así construir la siguiente capa. 
Entre capa y capa, una cuchilla barre toda la superficie para allanar el camino a la resina líquida. 
Este proceso - solidificación de una capa, descenso de la plataforma, suavizado de la superficie - se repite hasta que todo el modelo esté construido. 
Una vez se ha completado, la pieza es cuidadosamente retirada de la máquina, se lava con disolvente para eliminar cualquier exceso de resina y, a continuación, se la cura con luz y calor.


 




Materiales


Las resinas utilizadas en estereolitografía son materiales que endurecen cuando se exponen a la luz. Tal vez el más impresionante avance en la tecnología de estereolitografía en los últimos años ha sido la mejora de las propiedades físicas de las resinas. 
A diferencia de los usuarios de otros sistemas de RP que se ven obligados a comprar los materiales suministrados por el propietario de la máquina fabricante, los usuarios de estereolitografia pueden comprar resinas de  proveedores diversos, lo cual en virtud de la  competencia permiten abaratar costos.






Cuando usar estereolitografía


La estereolitografía no es la tecnología de RP más rápida, por lo que no es la mejor opción si desea que la entrega sea lo más rápida posible.

Utiliza materiales caros y difíciles de manejar, por lo que las partes tienden a ser más costosas. Continua siendo la tecnología preferida de los ingenieros que buscan alta precisión y el detalle.

Para piezas con la mayor precisión y el mejor aspecto, que no necesitan sobrevivir rigurosas pruebas físicas, la estereolitografia es ideal.


Factores a considerar al momento de decidir




a. Tamaño - Piezas grandes se pueden construir en trozos y luego pegarlas, pero esto lleva más tiempo y puede degradar la precisión.

b. Características – Si la pieza tiene características que son más pequeños que el espesor de la capa, asegúrese de cotejar con su proveedor de servicios si se pueden construir capas mas delgadas.

c. Eliminación del Soporte- Asegúrese de que las partes soporte puedan ser colocada tal que posteriormente sea posible su eliminación.

d. Espesor de la capa – finas capas pueden evitar la necesidad del acabado a mano, pero requieren más tiempo de máquina, que es costoso.

e. Requiere entorno de trabajo controlado, por maquinaria y/o materiales. No pueden ser operador en ámbitos domésticos.


 




Sinterización láser selectiva



La sinterización láser es una de las tecnologías de prototipado rápido más sencillas. Cuando resultan necesarias piezas más duraderas, la sinterización láser a menudo puede dar mejores resultados. 
Fue desarrollada en 1989 por la Universidad de Texas en Austin y comercializados por DTM Corporation y EOS GmbH.


El proceso



La SLS construye objetos tridimensionales mediante el calentamiento y fusión de granos de polvo.
Al igual que en estereolitografía, las secciones derivan de un archivo STL – el formato de entrada estándar para todos los RP-.






Soporte


Las partes construidas por sinterización láser no  requieren apoyos. El polvo no afectado que rodea el objeto sirve de soporte a las zonas aisladas en la capa en que se construye. Al finalizar el proceso, la pieza generada está rodeada de polvo suelto. 


Materiales




Tal vez la mayor ventaja de sinterización láser es la amplia gama de posibles materiales.

En teoría, cualquier material que se pueda pulverizar y fundir puede ser utilizado. Incluyendo los materiales disponibles comercialmente como policarbonato, nylon, poliamida, polímero a base de acrílico, polímero elastómero, circonio y arenas de sílice, y aleaciones de metales en polvo. Soportan humedad y temperaturas elevadas (como 180ª)

La NASA, por ejemplo, ha utilizado SLS en la producción de partes de naves espaciales.


 




Cuándo utilizar la sinterización láser - LS



La sinterización láser es más adecuada para partes que requieran material con mejores propiedades.

Dado que las partes están hechas de polvo, suelen tener un acabado granuloso y la necesidad adicional de lijado y quizás de pintura o infiltración si es necesario un acabado suave. Su acabado superficial no puede competir con el producido por estereolitografía.


Factores a considerar


1. Tamaño - Grandes piezas se pueden construir en trozos y luego pegadas, pero esto lleva tiempo extra y puede degradar la precisión. Pared no inferior a 1 mm.

2. Detalles - este sistema puede tener problemas en la producción de detalles.

3. Espesor de la capa – trabajar con capas muy delgadas puede reducir la necesidad de acabado manual, pero requieren más tiempo de máquina, lo cual es costoso.

4. Requiere entorno de trabajo controlado, por  maquinaria y/o materiales. No puede ser operado en ámbitos domésticos.



Modelado por deposición fundida - FDM




Muchas empresas ven las ventajas de disponer de las tecnologías de prototipado rápido en la oficina o en casa con el fin de producir piezas para la revisión del diseño, pruebas de ajuste y funcionamiento. 
La tecnología FDM ofrece una buena alternativa ya que la estereolitografía y la sinterización láser no pueden ser operados en ámbitos domésticos. Patentada en 1992 por 
Stratasys.

 


Al igual que en estereolitografía y sinterización láser, los sistemas FDM leen archivos STL. 
En lugar de láser y materiales de la era espacial, FDM construye mediante la inyección de plástico fundido que endurece capa por capa para formar la pieza sólida. 

El material de construcción, en forma de finos filamentos sólidos, va desde un depósito hasta una cabeza móvil controlada por servomotores. 
Cuando el filamento llega a la cabeza, los calentadores lo derriten. Luego el material fundido es inyectado  mediante una boquilla en la superficie.


Soportes



Las partes aisladas requieren apoyo temporal durante la construcción. Para ello, las máquinas FDM utilizan una segunda boquilla situada junto a la boquilla primaria, que inyecta el material de soporte, el cual puede ser un tipo de cera o un material soluble en agua. 

Excepto por la eliminación del material soporte, las  piezas realizadas con FDM no requieren postprocesado, 
aunque su acabado no alcanza la calidad de la  estereolitografia.






Cuándo utilizar FDM


Las piezas realizadas con FDM resultan más duraderas que las producidas por estereolitografía, pero tienen un acabado de superficie inferior. Sin embargo, a diferencia de estereolitografía o sinterización láser, las máquinas FDM pueden ser utilizadas en un entorno de oficina ya que los materiales FDM no requieren ninguna manipulación especial.

La mayoría de los sistemas FDM cuestan menos que los de sinterización láser o de estereolitografía. 
Para las empresas que quieren producir prototipos precisos y duraderos en casa, FDM puede ser una buena opción.


 



Factores a considerar



1- Tamaño - Grandes piezas se pueden construir en partes y luego pegadas, pero esto lleva tiempo extra y puede degradar la precisión.

2- Detalles - pueden tener problemas de producción de muy pequeñas partes y detalles.

3- Acabado - Si usted requiere una superficie lisa, puede que tenga que pintar las piezas FDM.

4- No requiere entorno de trabajo controlado y puede ser operado en ámbitos domésticos.







Resumiendo



Hasta aquí hemos expuesto los pros y los contras de estereolitografía, sinterización láser y modelado por deposición fundida. Cada uno de estas tecnologías tiene sus ventajas y sus inconvenientes:

Estereolitografía produce piezas de alta exactitud, pero duran poco. 

Sinterización crea piezas con buenas propiedades de los materiales, pero mediocre acabado superficial. 

La deposición fundida proporciona una forma económica en un entorno de oficina para partes duraderas, pero con una precisión limitada. 
También cabe aclarar que podrían referirse otras tecnologías como Laminated Object Manufacturing y Single Jet Inkjet.

A continuación analizaremos los sistemas de 3D Printing y la tecnología 3D InkJet


Printing



Tecnología 3D Impresión Ink-Jet


La “impresión 3D de inyección de tinta” se refiere a toda una clase de máquinas que emplean la tecnología de chorro de tinta.

Dentro de estas se encuentran:

a. El primer desarrollo de 3DP fue desarrollado en el MIT. La impresora 3D de ZCorp, producida por Z Corporation de Burlington, MA es un ejemplo de esta tecnología.

b. La versión de chorro de tinta de 3DSystems se denomina Termo-Jet o Multi-Jet. Utilizan una línea de cabezales de impresión para producir rápidamente los modelos termoplásticos.

c. Solidscape utiliza una técnica Ink-Jet diferente en su línea ModelMaker de modeladores conceptuales. Las máquinas usan dos inyectores de tinta. Una dispensa termoplasticos de baja fusión para el modelo, mientras que la otra sirve para formar la cera de apoyo.

Después de cada capa, unas herramientas de corte trabajan la superficie para recibir la siguiente capa
Esto da una precisión muy buena, para que las maquinas puedan ser usadas en joyeria.








Analizaremos las maquinas de ZCorp y Solidscape



Impresión tridimensional 3DP de ZCorp



Los sistemas de modelado conceptual más populares son aquellos basado en la tecnología de impresión en tres dimensiones (3DP), originalmente desarrollada en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) en 1993. 
Esta tecnología crea prototipos físicos 3D mediante la solidificación de capas de polvo con un pegamento líquido. 
Por definición, es un proceso sumamente versátil y rápido que se ajusta a las geometrías de diversa complejidad en cientos de aplicaciones y soporta varios tipos de materiales.

Esta tecnología de impresión tridimensional (3DP™) conforma la base de las impresoras creadas por Z Corporation de Burlington, Massachusetts.


Proceso



Al igual que con otros sistemas de prototipado rápido, la entrada para la impresión tridimensional desde un sistema CAD es un archivo que se ha convertido al formato STL. 
El software en el sistema 3DP corta el objeto solido STL en una serie de secciones horizontales, creando una imagen 2D por cada “paso” a lo largo del eje Z (la  distancia de dicho “paso” en altura depende del  periférico).

Además, en el mismo software controlador de la  impresora es posible realizar otros ajustes como 
orientar el objeto, escalarlo, etc. posteriormente, la impresora 3DP reconstruyen la pieza imprimiendo las secciones transversales sobre capas de polvo ligadas con un pegamento liquido que es injectado por los cabezales.

Para iniciar el proceso, una fina capa de polvo se   extiende con un rodillo sobre una plataforma montada sobre un pistón. Múltiples cabezales con aglutinante  barren toda la superficie “imprimiendo” sobre el polvo la imagen correspondiente a una única sección 2D del objeto, de esta manera el polvo es pegado. 
El polvo suelto que rodea el área impresa se mantiene en su lugar y sirve como sostén para la pieza que está siendo construida. Una vez que una capa es completada, el pistón baja la plataforma de construcción (cubeta) el equivalente al espesor de la capa y se repite el proceso.

El único tiempo necesario entre las capas es el tiempo necesario para la propagación de cada nueva capa de polvo. Cuando una pieza está terminada, se cepilla el objeto obtenido y cualquier exceso polvo puede ser aspirado.






Velocidad



Dado que las cabezas de impresión se desplazan hacia adelante y hacia atrás por toda la plataforma imprimiendo la sección y múltiples chorros de manera simultánea inyectan el pegamento, la impresión en tres dimensiones es muy rápida, hasta 40 veces más que otras 
tecnologías de prototipado rápido. 
Cada capa, independientemente de su complejidad, toma la misma cantidad de tiempo de impresión. 
La velocidad de construcción de una capa es de  aproximadamente 30 segundos.



Procesamiento posterior



Dado que las partes están rodeadas de polvo mientras se construyen, no requieren estructuras de apoyo. Las partes obtenidas, sin embargo, son muy frágiles y deben ser infiltrados con cera o epoxi para aumentar la resistencia.


Precisión y acabado superficial 


Las principales ventajas de la impresión en tres  dimensiones son la velocidad, los materiales de 
bajo costo y el entorno domestico.

La precisión y el acabado superficial son inferiores a estereolitografía y sinterización láser. Dado que están hechos de capas de polvo tienen una textura granulada que, sin embargo, pueden ser lijados para lograr una superficie lisa. Lo que en el caso de la Orfebreria ocaciona que debemos calcular esas diferencias para respetar las medidas precisas necesarias.






Color


Una singular capacidad de la impresión en tres dimensiones es la habilidad para producir piezas multicolores. 
Cada capa es, en esencia, como una imagen a todo color, impresos en una hoja de papel plana por una impresora de chorro de tinta.



Cuándo utilizar la impresión en tres dimensiones



La impresión en tres dimensiones se utiliza mejor cuando la velocidad y el precio son más importantes que la exactitud, el acabado de superficie y las propiedades de los materiales. Las piezas 3DP son más utilizadas como modelos conceptuales, pero, cuando se las infiltra, también pueden ser usadas como patrones de  duplicación.

Un segundo uso de la impresión tridimensional es para hacer los depósitos de fundición. 


Factores a considerar



• Tamaño - 
se pueden construir en trozos y luego pegadas, pero esto lleva tiempo extra.

• Detalles - 
puede tener problemas de producción de características muy pequeñas, y paredes delgadas.

• Material - 
Asegúrese de especificar qué material desea. Yeso en polvo es más caro que el almidón, pero ofrece una mejor resistencia, detalle y acabado superficial.

El cambio de materiales en un sistema 3DP es trabajoso y requiere tiempo, por lo tanto, no todos los proveedores de servicios ofrecen tanto almidón como yeso.


 



Impresión tridimensional 3DP de Solidscape



Los sistemas de prototipado rápido como estereolitografía, sinterización láser y deposición fundida se han diseñado para crear piezas precisas que son lo suficientemente duraderas para algunas pruebas funcionales. 
Por el contrario, los modeladores de concepto, producen 
piezas relativamente frágiles de manera barata y rápida, y se utiliza para evaluar el diseño de la pieza, y cómo se comportará.

Las piezas generadas por los sistemas de ZCorporation son económicas, pero según el tipo de aplicación para que se la requiera tienen relativamente poco detalle y acabado dudoso o bien no son aplicables a la industria en cuestión.

Para la construcción de piezas que requieren pequeños detalles u otros materiales como la cera, se dispone de sistemas 3DP como los de 3D Systems o SolidScape.

En este proceso se construye un modelo/objeto de cera de manera muy similar a como funciona una impresora de chorro de tinta, pero utilizando gotas de cera caliente. Los objetos resultantes pueden ser frágiles pero son útiles para la fundición de precisión, especialmente adecuado para la joyería.






Precisión y acabado superficial


La verdadera fortaleza es el detalle y acabado superficial.






Cuándo utilizarlos


Estos sistemas son mejor para aplicaciones en las que el detalle es más importante que la durabilidad.

Dado que funcionan limpia y tranquilamente, esta  tecnología es ideal para un entorno de oficina, pequeña empresa o en casa.


Factores a considerar


• Tamaño - 
No es fácil pegar las partes de cera.


¿Cuál es la diferencia entre estas impresoras 3D y las máquinas RP regulares?

 Las impresoras 3D en general no necesitan ambientes controlados.

 Los materiales no son tan caros.

 Su valor oscila entre 20.000 y 28.000 dólares

 Por desgracia, las piezas que producen no son de tan alta resolución como los realizados por máquinas de mayor precio, y el acabado de superficie no ha sido tan bueno


 




Joyería – Impresoras SolidScape




Para un mercado como el de joyería se dispone de las impresoras de Solidscape que imprimen los modelos generados por sistemas CAD tridimensionales, como Rhinoceros, RhinoJewel, en un entorno de escritorio, sin necesidad de especial tratamiento de materiales y operarios.

Las impresoras 3D de Solidscape son impresoras aditivas de inyección de cera. Emplean una técnica muy parecida a las impresoras convencionales de chorro de tinta, sustituyendo ésta, por una cera termoplástica de características similares a la cera empleada en fundición. 


La impresora


construye las piezas superponiendo capas de cera, que corresponden a las secciones 2D del modelo tridimensional, hasta obtener toda la joya.

A fin de poder crear cualquier geometría libre de  estructuras de apoyo, el sistema de impresión de Solidscape utiliza dos tipos de cera, una de soporte (roja) y la otra de construcción (azul). 





El segundo inyector deposita la cera de soporte permitiendo realizar voladizos e incluso interiores huecos. 
Gracias al punto de fusión inferior de la cera de soporte, esta se elimina fácilmente con aceite caliente lo que permite dejar la joya sin ningún tipo de estructura de soporte en el modelo.

Los modelos de cera obtenidos, son tratados  directamente en el proceso de microfusión a la cera perdida sin pasos intermedios.

El poder imprimir con diversas resoluciones en función de la forma de la joya, desde si tiene detalles muy pequeños y curvas suaves hasta piezas grandes de formas rectas y planas, permite optimizar el coste de cada modelo.

La Microfusión o moldeo a la cera perdida consigue las formas más difíciles con una gran precisión. 
Normalmente se utiliza para pequeñas piezas, aunque también sirve para las más grandes. 
Tiene un costo de equipo inferior al moldeo en arena y al moldeo con molde permanente y se obtienen buenos acabados superficiales y tolerancias por lo que puede no requerirse mecanizado posterior.

Las piezas pueden ser de Acero Inoxidable, Acero al Carbono, Aluminio, Cobre, Bronce, Titanio o  superaleaciones (con base de Níquel, Cobalto, etc.).

La Microfusión ofrece grandes tasas de producción, particularmente para componentes pequeños y complejos y muy buena tolerancia dimensional.






Fases del proceso de creación de joyas:


1ª Modelo generado con Rhino y renderizado con  Flamingo

2ª Gestión del archivo STL en ModelWorks - Impresión 3D en cera

3ª Joya real




Para la fabricación en serie: a partir del modelo en cera obtenido, directamente mediante el proceso estándar de microfusión, se elabora el master que sirve para la preparación de uno o más moldes de caucho. 
Después, a partir de estos moldes se inyectarán las ceras que permitirán la fabricación en serie.

Para la fabricación de piezas únicas o por encargo: el diseño digital permite crear bocetos tridimensionales fotorealistas para su valoración o para mostrar al cliente.

Con un modelo perfecto en cera creado de esta forma, podemos directamente fabricar una o más piezas en metal, mediante el proceso estándar de microfusión, sin precisar la elaboración de moldes de caucho o silicona intermedios



 




ETAPAS DEL PROCESO:




Al inicio del presente artículo, hemos mencionado esquemáticamente las etapas en las que podríamos organizar el procedimiento de diseño y replicación de una pieza de joyería.

Ahora, que hemos visto con mayor profundidad los conceptos implicados, complementaremos el análisis inicial de estas etapas.


Escanear piezas, originales


Este paso es de carácter opcional. Puede servir tanto para realizar un proceso de ingeniería inversa como etapa exploratoria de formas, a partir de la cual se trabajará posteriormente en el sistema CAD de modelado.

La tecnología empleada dependerá del nivel de detalle que requiera la pieza. Empresas del sector como Tous han escogido la solución automatizada de luz blanca de Nub3D –según nos informan-.


Diseñar un modelo mediante un programa CAD 3D



Con sistemas CAD como los mencionados (en particular, RhinoJewel) es posible desarrollar superficies Nurbs de familias enteras de formas 3D complejas. 
Las  personalizaciones para joyería brindan herramientas avanzadas como una completa colección de tallas, de gemas y materiales.

Además, las avanzadas tecnologías de renderizado permiten mostrar la joya con imágenes fotorrealistas de alta calidad.







Convertir el modelo al formato estándar STL


Hemos visto que el formato de archivo STL es el estándar para las máquinas de reproducción. Se lo puede generar directamente desde el programa de diseño CAD  (RhinoJewel) o, en caso de utilizarse scanner, desde su propio software gestor.




Impresión 3D




Seccionar el modelo digital, en finas láminas bidimensionales.

ModelWorks, es un software especializado que prepara el diseño digital STL cortándolo en capas 2D, para posteriormente reconstruirlo mediante la impresora tridimensional.

Podrá ajustar el espesor de las capas para adaptarlo a las características del modelo en función de su complejidad, precisión y calidad de superficie.



Construcción del modelo sólido



La impresora SOLIDSCAPE reconstruirá capa a capa el modelo original mediante la inyección de gotas microscópicas de cera. 
Dos inyectores con dos tipos diferentes de cera, van depositando minúsculas gotas de cera de construcción (azul) y de soporte (roja) hasta completar el total de capas en las que fue cortado el original. 
El resultado es una pieza en cera idéntica a la diseñada originalmente, recubierta de la cera de soporte. 


Limpiar el modelo de cera


Consiste en eliminar mediante inmersión en un solvente, la cera denominada de soporte (roja), quedando únicamente la cera de construcción (azul) que refleja todos los detalles del modelo original. 
Esta cera podrá incorporase a un proceso normal de microfusión para realizar la pieza final en metal, o el máster para la elaboración del molde de caucho.

Es importante resaltar, que las cualidades de las ceras patentadas, empleadas para la construcción de las piezas en las máquinas SolidScape, garantizan una pieza en metal de la máxima calidad, sin tratamientos especiales añadidos.



MÉTODO SUSTRACTIVO




 



Este método consiste básicamente en una maquina (mecanizado) de control numérico CNC. 
Entre sus grandes ventajas esta el acabado de las superficies y la resolución, pero sin embargo el 
modelo debe poder realizarse en una única pieza, es decir a partir de un único bloque y por tanto presenta inconveniente en los voladizos.

En los métodos clásicos de mecanizados el objeto se obtiene removiendo material de un bloque inicial.

Dentro de las marcas del mercado, podemos mencionar


http://www.rolanddg.com/jewellery/index.html

http://www.gemvision.com/html/products/revo/revo540c.html



 




PERSPECTIVAS DE FUTURO DEL RAPID PROTOTYPING




El Prototipado Rápido ha cambiado la forma de entender el diseño y construcción de productos.
Actualmente, Estados Unidos, Alemania, Japón e Israel dominan el campo e investigan sobre los posibles avances. 

En la medida que RP se extienda a los países  tecnológicamente menos desarrollados, la participación de más personas y países en el campo, acelerará aún más su crecimiento.

Algunos de los parámetros sobre los cuales continúa la investigación que ayudarán a mejorar la fabricación como la conocemos, son:

 Aumento de la Velocidad

Las máquinas de Prototipado "Rápido" siguen siendo lentas al momento de reproducir piezas a las cuales se exige una alta calidad y precisión debido al requisito del archivo STL.

Mediante el uso de computadoras más veloces, sistemas de control más complejos y la mejora de materiales, los fabricantes de RP lograrían reducir el tiempo de construcción.

 Mejorar la precisión y acabado superficial

Las máquinas disponibles en el mercado de hoy alcanzan un alto nivel de precisión en el plano xy, pero menos en z, la altura. 
Las mejoras en la óptica del láser y los motores de control deberían aumentar la precisión en las tres direcciones.

 Introducción de otros materiales

La inclusión de materiales como metales, cerámicas y materiales compuestos, representa otro avance muy esperado. 
Estos materiales permiten a los usuarios RP fabricar piezas funcionales. Los prototipos de plástico son válidos para la visualización y ajuste pero a menudo son  demasiado débiles para las pruebas de funcionamiento. Además, el metal y los materiales compuestos pueden ampliar en gran medida la gama de productos que se pueden obtener mediante la fabricación rápida.

 Piezas de mayor tamaño.

Las partes obtenidas en las máquinas de RP limitan su volumen a la cubeta del periférico. Para construir una pieza mayor, es necesario “unirlas” a mano. 
Para mejorar esta situación, se trabaja en formas de cortar y materiales para unir, como asi también en poder construir directamente piezas de gran tamaño mediante un robot.


 



Fabricación por demanda y a distancia


Es una combinación de RP e Internet que permite a los diseñadores fabricar de manera remota, mediante el envío a distancia del diseño para la fabricación.

 Nuevo impulso al método Sustractivo

Por último, el importante crecimiento de la industria de prototipado rápido ha impulsado el progreso de los métodos tradicionales de sustracción, estas máquinas están aumentando la velocidad y la precisión de mecanizado. Para ciertas aplicaciones, en particular los metales, el mecanizado continúa siendo un proceso de 
fabricación de gran utilidad. Además de ser el metodo preferido por los orfebres.



LES PIDO DISCULPAS POR LO EXTENSO DEL MATERIAL PERO AL MOMENTO DE INVESTIGAR ME ENCONTRE CON LA ENORME CANDIDAD DE INFORMACION Y FRENTE A LA IMPOSIBILIDAD DE REDICIR MAS AUN TODO LO APRENDIDO.

ESPERO LE SIRVA PARA DECIDIR POR UNO DE LOS SISTEMAS Y POR MI PARTE LES COMENTO QUE ME GUSTA MUCHO MAS EL SISTEMA SUSTRACTIVO QUE NOS OFRECE REVO 540 POR LA FACILIDAD DE ENCONTRAR LAS MATERIAS PRIMAS (CERA) EN URUGUAY.



Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay






























































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