Diseño de un kit de montaje modular para teléfonos móviles impreso en 3D

Trabajo Final de Grado Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales Diseño de un Kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles Memoria Autor: Gabriel Gutiérrez Heredero Director: Emilio Angulo Navarro Convocatoria: Septiembre 2021 Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 1 Resumen En este trabajo se ha realizado el diseño de un kit de montaje modular para la sujeción de teléfonos móviles, impreso en 3D. Para ello, primero se ha realizado un estudio de mercado para investigar y entender el panorama comercial que hay sobre este producto. Se ha realizado también un análisis sobre tres tipos diferentes de tecnologías de impresión 3D y sobre los diferentes mecanismos que suelen incluir los dispositivos encargados de sujetar el móvil. De esta forma, ha sido posible definir las especificaciones técnicas y los casos de uso, mediante los cuales se ha podido empezar a desarrollar un primer diseño preliminar del kit con el SolidWorks. Después de finalizar este diseño preliminar, se ha procedido con la impresión en 3D del primer prototipo. Con las piezas ya impresas, se han realizado varias pruebas para detectar los errores de cada una de ellas. A partir de aquí, se han corregido todos los fallos de diseño y, para optimizar las piezas, se les ha reducido material. De esta forma, se ha llegado al diseño definitivo. Finalmente, se ha impreso en 3D el segundo prototipo y se ha realizado el montaje de cada estructura del kit, para evaluar la efectividad en cada caso de uso y proponer las posibles mejoras. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 2 Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 3 Tabla de contenido Resumen...................................................................................................................... 1 1. Introducción ........................................................................................................ 5 1.1. Objeto ...................................................................................................................... 5 1.2. Alcance del proyecto ............................................................................................. 5 1.3. Justificación ............................................................................................................ 5 2. Estado del arte .................................................................................................... 7 2.1. Productos similares .............................................................................................. 7 2.1.1. Soporte de móvil para una mesa ................................................................................. 7 2.1.2. Soporte para dejar suspendido el móvil en el aire ...................................................... 8 2.1.3. Soporte de smartphone para coche ............................................................................ 9 2.1.4. Soporte de smartphone para manillar ...................................................................... 10 2.1.5. Kit de montaje modular impreso en 3D ................................................................... 11 2.1.6. Kit de plataforma modular para móvil / Trípode .................................................... 13 2.1.7. Soporte de móvil para el reposacabezas .................................................................. 13 2.2. Segmentación ....................................................................................................... 14 2.2.1. Según el método de fabricación ................................................................................ 14 2.2.2. Según las funciones que desempeña ......................................................................... 14 3. Requerimientos ................................................................................................. 16 3.1. Casos de uso ......................................................................................................... 16 3.1.1. Soporte para la cama ................................................................................................. 16 3.1.2. Soporte para una mesa .............................................................................................. 17 3.1.3. En una silla de ruedas ............................................................................................... 18 3.1.4. En automóviles .......................................................................................................... 18 3.1.5. En el reposacabezas .................................................................................................. 18 3.1.6. Para seguir instrucciones .......................................................................................... 19 3.1.7. Para hacer fotos / grabar vídeos .............................................................................. 19 3.2. Especificaciones técnicas.................................................................................... 19 4. Arquitectura ...................................................................................................... 20 5. Primer prototipo ............................................................................................... 21 5.1. Diseño preliminar ................................................................................................ 21 5.1.1. Sujeción del teléfono ................................................................................................. 21 5.1.2. Peana.......................................................................................................................... 23 5.1.3. Brazo Articulado ........................................................................................................ 24 5.1.4. Sargento ..................................................................................................................... 25 5.1.5. Brazo Telescópico ...................................................................................................... 27 5.1.6. Sistema de ventosa .................................................................................................... 28 5.1.7. Soporte para el reposacabezas .................................................................................. 30 5.1.8. Soporte para manillar ................................................................................................ 32 5.1.9. Trípode ...................................................................................................................... 33 5.2. Primera impresión 3D y detección de errores ................................................ 34 5.2.1. Sujeción del teléfono ................................................................................................. 35 5.2.2. Peana.......................................................................................................................... 36 Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 4 5.2.3. Brazo Articulado ........................................................................................................ 36 5.2.4. Sargento ..................................................................................................................... 36 5.2.5. Brazo Telescópico ...................................................................................................... 37 5.2.6. Sistema de ventosa .................................................................................................... 37 5.2.7. Soporte para el reposacabezas .................................................................................. 38 5.2.8. Soporte para manillar................................................................................................ 38 5.2.9. Trípode ...................................................................................................................... 39 6. Segundo prototipo ............................................................................................ 40 6.1. Diseño definitivo ................................................................................................. 40 6.1.1. Sujeción del teléfono ................................................................................................. 40 6.1.2. Peana.......................................................................................................................... 41 6.1.3. Brazo Articulado ........................................................................................................ 42 6.1.4. Sargento ..................................................................................................................... 42 6.1.5. Brazo Telescópico ...................................................................................................... 43 6.1.6. Sistema de ventosa .................................................................................................... 44 6.1.7. Soporte para el reposacabezas .................................................................................. 45 6.1.8. Soporte para manillar ................................................................................................ 46 6.1.9. Trípode ...................................................................................................................... 48 6.2. Segunda impresión 3D........................................................................................ 49 6.2.1. Soporte para la cama ................................................................................................. 50 6.2.2. Soporte para una mesa .............................................................................................. 51 6.2.3. En una silla de ruedas ............................................................................................... 54 6.2.4. En automóviles .......................................................................................................... 55 6.2.5. En el reposacabezas .................................................................................................. 57 6.2.6. Para seguir instrucciones .......................................................................................... 58 6.2.7. Para hacer fotos/grabar videos................................................................................. 59 7. Planificación ...................................................................................................... 61 8. Impacto medioambiental ................................................................................ 62 8.1. Escala de producción .......................................................................................... 62 8.2. Materiales y gasto energético ............................................................................ 62 8.3. Ciclo de vida del producto y aplicaciones medioambientales ..................... 63 9. Presupuesto ....................................................................................................... 64 10. Conclusiones .................................................................................................. 65 11. Siguientes pasos ............................................................................................ 66 12. Agradecimientos ........................................................................................... 67 13. Bibliografía .................................................................................................... 68 Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 5 1. Introducción 1.1. Objeto El objetivo principal de este proyecto es el diseño de un kit de montaje modular para la sujeción de teléfonos, impreso en 3D. La intención es que sea fácil de guardar y transportar y que pueda soportar smartphones con un ancho que vaya desde los 65mm hasta los 85mm. Una de las principales propiedades que se buscan con este kit es la modularidad, es decir, la propiedad que permite subdividir una aplicación en partes más pequeñas, cada una de las cuales debe cumplir una función diferente. Para lograr esto, será necesario diseñar un determinado número de piezas, a partir de las cuales se puedan formar estructuras independientes que permitan sujetar el móvil en diferentes situaciones. Estas pueden ir desde apoyar el móvil en una mesa, hasta colocarlo en un coche o acomodarlo a un trípode para hacer fotografías. Para cubrir el mayor número de usos con el menor número de piezas, se han definido unas interfaces entre piezas lo más comunes posibles, para que la mayoría de los componentes puedan utilizarse en distintas configuraciones. 1.2. Alcance del proyecto El alcance del proyecto ha consistido en lo siguiente: ➢ Estudio de mercado donde se ha analizado la oferta existente de distintos dispositivos para la sujeción de móviles en lugares como encima de una mesa, en trípodes o en vehículos. ➢ Investigaciones de las tres principales tecnologías de impresión 3D, estudiando su funcionamiento y las ventajas e inconvenientes. (Esto está recogido en el anexo 1.1) ➢ Estudio de mecanismos con el objetivo de familiarizarse con el diseño de distintos dispositivos y para comprender mejor cómo están hechos los detalles de su diseño. ➢ Realización de una especificación del kit. ➢ Diseño preliminar donde se ha realizado un diseño básico de cada pieza del kit. ➢ Diseño definitivo. Después de la primera ronda de impresión 3D, se han realizado unos análisis y unas pruebas que condujeron a realizar un diseño detallado y prácticamente definitivo, a partir del cual se ha hecho la segunda ronda de impresión. ➢ Dos rondas de impresión 3D de prototipos a partir de la tecnología HP Multi Jet Fusion. Se ha creado un kit con un total de 28 piezas distintas. ➢ Presupuesto de ingeniería y de materiales. ➢ Conclusiones y siguientes pasos. 1.3. Justificación Como se va a ver en el estudio de mercado, existe una enorme variedad de soportes para móviles para distintos casos de uso, pero no kits modulares. Esto se puede deber a dos motivos, o bien porque nadie está interesado en el producto, o bien porque no ha habido ofertas de empresas que hagan esto. El objetivo a largo plazo del proyecto es llegar a comercializar el kit, eso sí, para lograrlo es necesario producirlo con moldes y tecnologías de Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 6 producción. Como en este momento no es posible conocer el éxito del producto, se va a realizar una prueba. Esta va a consistir en coger el kit basado en tecnologías 3D y se va a intentar descubrir si despierta o no cierto interés en el público, colgando los diseños en una página web y mirando el número de descargas. Si la prueba fuera exitosa, el siguiente paso podría ser hacer un rediseño pensando en tecnologías de moldeo. La motivación personal ha sido realizar un ejercicio, a partir del cual se pudiera aprender a diseñar piezas mecánicas utilizando el diseño 3D y técnicas de prototipaje en 3D. Esto con el objetivo de abrir las puerta al mundo del diseño mecánico. Además, para efectuarlo de la mejor manera posible, el proyecto se ha ejecutado con dos prototipos en 3D. Aunque la complejidad de los diseños no sea muy elevada, el objetivo siempre ha sido imprimir y posteriormente construir cada una de las estructuras del kit, ya que es la mejor forma para detectar los errores y aprender de ellos. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 7 2. Estado del arte Lo primero que se ha realizado es un estudio de toda la oferta que hay en el mercado sobre dispositivos para sujetar móviles. Como se verá a continuación, existe mucha oferta pero cada producto ataca diferentes soluciones. Estas pueden ser desde apoyar el móvil en un trípode, hasta sostenerlo en el manillar de una bicicleta, entre otros muchos usos que seguidamente se describen. 2.1. Productos similares En este primer apartado se realiza una pequeña descripción de distintos productos que sirven para sujetar el móvil en diferentes entornos, analizando sus puntos fuertes y débiles. Además, este estudio también sirve para entender el panorama comercial que hay sobre este producto y para tomar nota, tanto de los mecanismos como de los casos de uso. 2.1.1. Soporte de móvil para una mesa Actualmente en el mercado existen muchos accesorios para móviles y uno de los más utilizados y simples es un tipo de soporte en forma de peana. Su función principal es servir de apoyo al teléfono para mantenerlo seguro y estable sobre el escritorio, y así manipularlo cómodamente. A continuación, se hace una breve descripción de dos productos de la misma marca que son representativos de este primer grupo: ➢ Ugreen: sirve para apoyar el teléfono sobre la pared. El producto está hecho de aleación de aluminio. Tiene unas dimensiones de 10.5 x 10.5 x 17.5 cm y una masa de 290 gramos. Su principal característica es la gran calidad del material. Su precio es de 17€. Imagen 1: Soporte para móvil de la marca Ugreen. Fuente: Ugreen, 2021 ➢ Ugreen: soporte para móvil con bisagra integrada que permite ajustar la inclinación de la pared desde los de 0° hasta los 100°. Tiene unas dimensiones de 9.8 x 8.5 x 2 cm y una masa de 41 gramos. El precio es de 11€. Imagen 2: Soporte para móvil de la marca Ugreen. Fuente: Ugreen, 2021 Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 14 que están sentadas en los asientos traseros y desean ver una película o una serie durante el viaje. Para explicar este tipo de soportes, el artículo escogido es uno de la marca Homeet. Su ancho de sujeción del teléfono va desde los 11.5cm hasta los 20cm, por eso, además de aguantar teléfonos también aguanta tablets y ipads. La extensión de los brazos va desde los 13cm hasta los 17.8 cm. La rotación esférica permite girar cualquier ángulo que se desee. Su precio es de 14€. Imagen 13: Soporte de móvil para reposacabezas de la marca Homeet. Fuente: Homeet, 2021 Las características más interesantes son la variedad de productos que se pueden colocar en la sujeción y el sistema telescópico de los brazos. 2.2. Segmentación Después de haber realizado la descripción de los distintos productos, el siguiente paso es clasificarlos según el método de fabricación y las funciones que cumplen. 2.2.1. Según el método de fabricación Si se agrupan los distintos soportes de smartphone según el proceso de fabricación queda la siguiente tabla: Método de fabricación Producto Manufactura Convencional Soporte de móvil para una mesa Soporte para dejar suspendido el móvil en el aire Soporte de smartphone para coche Soporte de smartphone para manillar Trípode (kit) Soporte de móvil para el reposacabezas Impresión 3D Kit de montaje modular Tabla 1: Agrupación de los soportes de móvil según el método de fabricación 2.2.2. Según las funciones que desempeña En este caso, en lugar de hacer una clasificación, se va a evaluar las capacidades de cada producto en los cinco aspectos más importantes que debe reunir un soporte de smartphone. Según si el producto es capaz de satisfacer o no la tarea, se puntúa con una nota. Para facilitar esto, las notas pueden ser únicamente cero, cinco o diez. Cero si no Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 15 es capaz de realizar la tarea, cinco si la realiza con algo de limitación y diez si el producto satisface esa necesidad. Al final de todo se hace una suma con todas las puntuaciones para determinar cuál es el producto más completo de todos. Tipo de soporte Sujeción del teléfono Posicionamiento del móvil4 Adaptación a distintas superficies5 Modularidad6 Económico Suma Para una mesa 5 5 5 0 10 25 Para dejarlo fijo en el aire 10 10 10 0 10 40 Para el coche 10 5 5 0 10 30 Para el manillar 10 5 5 0 10 30 Kit modular impreso en 3D 10 10 10 5 0 35 Trípode (kit) 10 10 5 5 5 35 Para el reposacabezas 10 5 5 0 10 30 Tabla 2: Virtudes y defectos de cada soporte para móvil Como se puede ver en la tabla, el producto más completo de todos es el soporte que permite dejar suspendido el smartphone en el aire. Excepto en la modularidad, en el resto de los aspectos el dispositivo funciona correctamente. Para finalizar, solamente decir que el objetivo del kit de este proyecto es obtener la máxima puntuación en los cinco aspectos que se acaban de mostrar, sabiendo que la más complicada de lograr va a ser la última de todas, ya que la impresión 3D no es nada económica. De todas formas, como el objetivo a largo plazo es llegar a producir el kit con moldes, sí que se pueden llegar a cumplir todos los aspectos. 4 Capacidad para graduar la posición espacial y angular del teléfono. 5 Competencia a la hora de colocar el producto en diversos entornos. 6 Propiedad que permite dividir el producto en subsistemas independientes. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 16 3. Requerimientos Después de haber analizado el estado de arte y de haber estudiado las tecnologías de impresión 3D (apartado 1.1 de los anexos) y los mecanismo parecidos (apartado 1.2 de los anexos), el siguiente paso antes de empezar con el diseño del kit es establecer los casos de uso y las especificaciones técnicas. 3.1. Casos de uso Antes de establecer las especificaciones técnicas del kit, lo primero es tener claro todas las situaciones en las cuales se va a utilizar, y en qué circunstancias. Para ello, a continuación se muestra una clasificación de varios casos de uso, donde se explica la razón por la cual sería interesante tener un soporte para móvil. Cabe recalcar que, a pesar de haber siete situaciones distintas planteadas, esto no significa que vaya a haber siete estructuras diferentes en el kit, ya que algunos casos de uso comparten el mismo tipo de estructura. 3.1.1. Soporte para la cama La primera situación en la cual es útil el kit de este proyecto es mientras el usuario está con el móvil en la cama. En los últimos años, han aparecido una gran cantidad de lesiones por utilizar el móvil en la cama. A continuación, se va a mostrar aquellos dolores que surgen debido al mal posicionamiento del cuerpo: ➢ Cervicalgia: es ese dolor que nace en la parte alta del cuello, lo que se conoce por el “cogote”. Las cervicales y la musculatura que las rodea están preparadas para sostener la cabeza, cuya masa es aproximadamente de 5 kg. Pero una mala postura puede llegar a multiplicar esta masa. Casi nadie usando un teléfono móvil coloca el cuello adecuadamente. Se tiene una tendencia innata a flexionar el cuello hacia delante para observar bien la pantalla. Imagen 14: La cervicalgia y los smartphones. Fuente: Miranda, 2016 ➢ Lesión del nervio cubital 7 : es un entumecimiento que aparece en los dedos 4º y 5º de las manos, debido al uso del móvil con los codos muy flexionados. Este nervio suele provocar dolor al quedar atrapado contra el hueso cuando se está tumbado con el teléfono móvil. 7 El nervio cubital es uno de los tres nervios principales del brazo. Va desde el cuello hasta la mano, y puede contraerse en varios lugares, como debajo de la clavícula o en la muñeca. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 17 Imagen 15: Postura que puede provocar lesión del nervio cubital. Fuente: Miranda, 2016 ➢ Dolor en los hombros: es una tendinitis de hombro, que significa una inflamación de un tendón, en la que se producen micro roturas y áreas de necrosis. Es un dolor que surge al chatear en la cama boca abajo apoyando los codos, como se ve en la imagen 16. Imagen 16: Postura que puede provocar tendinitis de hombro. Fuente: Miranda, 2016 Todas estas lesiones, juntamente con el dolor que provoca que se te caiga el móvil en la cara y la sensación de adormecimiento del brazo, son las que se pretenden solucionar implementando el sistema de montaje modular en el uso del smartphone en la cama. El kit permitirá que los usuarios mantengan una posición del cuerpo mucho más natural. 3.1.2. Soporte para una mesa Un segundo caso de uso podría ser mientras la persona se sienta a una mesa. Para la siguiente explicación, se va a utilizar el caso de una persona que está comiendo y desea ver el teléfono al mismo tiempo. Lo primero que cabe resaltar es que, a pesar de existir la opción de comer con una mano y utilizar el móvil con la otra, lo ideal es tener ambas manos libres para comer. Para lograr esto, se necesita un lugar de apoyo donde dejar el smartphone colocado de manera que lo deje fijo y a su vez permita una perfecta visualización de este. Si se piensa en posibles lugares de apoyo, uno de los candidatos es la misma mesa donde se está comiendo y otro podría ser un recipiente rígido que se tenga a mano, como por ejemplo una botella. Sin embargo, estas dos opciones presentan un inconveniente diferente cada una. En el caso de la primera alternativa, al estar el teléfono completamente horizontal, la visualización de este no es del todo perfecta. En cambio, si en su lugar se escoge apoyar el móvil en una botella, sí que es posible colocarlo con la inclinación adecuada para verlo perfecto, pero obliga a estar retirándolo cada vez que se quiere hacer uso de la botella. Además, el apoyo en este segundo ejemplo no es del todo seguro. Si en su lugar, el usuario dispone de un soporte donde dejar apoyado el móvil, todos estos problemas desaparecen. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 18 3.1.3. En una silla de ruedas El tercer caso en el que se va a poder implementar el sistema de montaje modular para smartphone es en una silla de ruedas. A diferencia de los dos primeros usos, no es un uso muy habitual ya que el porcentaje de la población que va en silla de ruedas es pequeño. No obstante, el hecho de implementar este uso puede hacer mucho bien a estas personas. Si se enfoca el caso con más detalle, es fácil darse cuenta de que moverse en silla ruedas y sujetar el móvil a la vez es una tarea muy complicada. Gracias al avance tecnológico de los últimos años, dicha movilidad se está volviendo una experiencia cada vez más cómoda gracias a la incursión de las sillas de ruedas eléctricas. A pesar de esto, todavía sigue siendo algo engorroso desplazarse mientras se usa el smartphone. La idea del kit es que la pieza encargada de sostener el sistema sea capaz de engancharse a alguna superficie de la silla, como por ejemplo al reposabrazos. De tal forma que, la persona pueda utilizar el móvil y tener las dos manos libres para desplazarse. A pesar de que esta utilidad está más destinada al momento en el cual la persona se está moviendo, también puede ser útil si el usuario está parado. En este segundo caso, la razón de ser del kit estaría más enfocada a evitar algunos dolores de cuello como la cervicalgia, de la cual ya se ha hablado en el primer caso de uso. 3.1.4. En automóviles Como ya se ha visto en el estudio de productos similares, es muy común el uso de este tipo de dispositivos para facilitar la visualización del teléfono en los automóviles. En este caso, cuando se habla de automóviles, se hace referencia principalmente a coches, camiones, motocicletas y bicicletas. Aunque el uso del dispositivo es el mismo independientemente del vehículo, su estructura sí que varía. Debido a esto, el artículo que uno puede adquirir actualmente en el mercado para colocarlo en el coche, en la mayoría de los casos no le va a servir para el manillar de la bici. La solución a esto pasa por comprarse un producto diferente para cada caso. Esto ocurre porque el método de sujeción del dispositivo al vehículo no es útil en todos los casos. Por ejemplo, para los coches es habitual utilizar la ventosa para adherirse al parabrisas, y es bastante obvio que este mecanismo no es útil si se pretende utilizar el dispositivo en una moto. Este problema se va a poder solucionar gracias a la modularidad que tiene el producto de este proyecto. En vez de tener que comprar varios artículos, será suficiente con escoger la pieza adecuada para cada vehículo. 3.1.5. En el reposacabezas Al igual que en el caso anterior, este uso también es aplicable para automóviles, aunque en este caso solamente para los coches. La diferencia es que en vez de ser útil para el conductor o el copiloto, está pensado para aquellas personas que están sentadas en los asientos traseros y desean ver una película o una serie. La idea es implementar en el kit una pieza telescópica que se pueda quedar fija entre las dos barras que conforman el reposacabezas de los asiento delanteros. Para ello, es Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 19 importante que los extremos de este sistema telescópico tengan la forma de gancho idónea para que se puedan agarrar a las barras. 3.1.6. Para seguir instrucciones Otra situación en la cual puede ser interesante el uso del kit es para mirar una receta mientras se está cocinando. Lo que puede ocurrir al cocinar, y más cuando es la primera vez que se intenta una receta, es que se ocupa mucho espacio para colocar cada ingrediente y cada utensilio. Esto puede llegar a complicar la búsqueda de un sitio donde colocar el móvil, para que el cocinero lo pueda visualizar cómodamente mientras cocina. Esto no va a ocurrir si se utiliza el soporte para móvil, ya que permitirá dejar suspendido el teléfono en una posición donde el cocinero va a poder mirar el móvil a la vez que está preparando la comida, sin tener que preocuparse por buscar un sitio donde apoyarlo. De la misma manera, también puede ser interesante utilizarlo para mirar un tutorial mientras se está reparando algo, como puede ser el caso de un mecánico. 3.1.7. Para hacer fotos / grabar vídeos El último caso de uso planteado en el cual se va a poder utilizar el kit de este proyecto, es para cuando se necesite hacer fotos o grabar vídeos. En este caso, el soporte para teléfono móvil va a poder utilizarse en dos situaciones. Una de ellas tendrá lugar cuando la longitud del brazo no sea suficiente para conseguir la fotografía perfecta. Para solucionar esto, bastará con utilizar el kit como palo selfi y así ganar los centímetros necesarios. El segundo modo de funcionamiento será para hacer fotografías y vídeos a corta distancia, con lo cual, el kit pasará a funcionar como un trípode. 3.2. Especificaciones técnicas Después de haber hablado de los casos de uso, ya se pueden establecer las especificaciones técnicas del kit. Estas son las siguientes: ➢ El ancho del smartphone ha de estar entre los 65mm y los 85mm. ➢ El grosor del smartphone puede ser como máximo de 15mm. ➢ La masa del teléfono no puede sobrepasar los 400 gramos para que el kit no se caiga. ➢ El número de piezas que conforma el kit no deber ser mayor de 30. ➢ La impresión se ha de poder llevar a cabo con cualquier tecnología 3D. ➢ Para unir las piezas se ha de poder utilizar tornillería estándar. ➢ Desde el punto de contacto con la superficie hasta el punto donde se coloca el móvil, se han de poder conseguir 750mm. ➢ El kit completo debidamente plegado, ha de poder caber en un volumen de 200 x 200 x 150 mm. ➢ El diseño para el reposacabezas ha de ser operativo para distancias entre barras desde los 110mm hasta los 160mm. ➢ La altura del trípode ha de llegar como mínimo a los 750mm. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 20 4. Arquitectura De todos los subsistemas que conforman el kit, según la función que desempeñan se pueden diferenciar cuatro tipos distintos: Tipo Explicación Subsistemas Contacto con móvil Piezas encargadas de sujetar el teléfono Sujeción del teléfono Contacto con entorno Piezas encargadas de sujetarse al entorno Peana Sargento Sistema de ventosa Soporte para manillar Trípode Cuerpo Piezas que dan profundidad al kit Brazo articulado Brazo telescópico Piezas auxiliares Elementos necesarios para conectar las piezas y para la construcción de algunas estructuras Tornillos Tuercas Ventosa Tabla 3: Clasificación de los subsistemas según la función que desempeñan Con este número de subsistemas se han de poder realizar todos los caso de uso especificados, y algunos más que no se han documentado en el informe. Además, es necesario mencionar que, aunque se va a intentar, es posible que no todos con todos vayan a funcionar correctamente. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 21 5. Primer prototipo Hasta ahora el trabajo ha consistido en analizar el estado de arte, estudiar las tecnologías 3D y los mecanismos parecidos y comentar los casos de uso y las especificaciones del kit. Con todo esto ya finalizado, es el momento de empezar a hablar del primer prototipo del kit de montaje modular para la sujeción de teléfonos móviles. En la primera parte de este capítulo se muestra la evolución de los diseños hasta llegar al diseño preliminar de cada pieza, a partir del cual se ha realizado la primera impresión 3D. En la segunda parte se muestra la impresión de este primer prototipo y se comentan los errores de diseño que se han encontrado en cada pieza después de testearlas. 5.1. Diseño preliminar Debido a que el kit está conformado por numerosas piezas, el análisis de los diseños se va a realizar a partir de una clasificación que agrupa las piezas en grupos según la parte del kit a la cual pertenecen. Además, cada pieza se ha dibujado de un color diferente, no porque se vayan a imprimir a color, sino para que la explicación sea más fácil de redactar y de entender. 5.1.1. Sujeción del teléfono El primer diseño que se realizó de todos fue el de la sujeción del teléfono. De todos los grupos de piezas, este es el único que se emplea en todos los casos de uso. Por esta razón, su diseño debe ser operativo en cada situación y se ha de poder montar y desmontar de la estructura fácilmente. Este primer grupo de piezas pasó por tres fases distintas, que son las siguientes: Imagen 17: Vista delantera de la evolución de la sujeción del teléfono Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 22 Imagen 18: Vista trasera de la evolución de la sujeción del teléfono A continuación, se hace una breve explicación de cada una y se explica el camino que se llevó a cabo hasta llegar al tercer diseño. 1) La primera fase es un diseño conceptual básico y simple que consiste en dejar apoyado el teléfono en una pared. A pesar de no ser un diseño muy elaborado, sirvió para tener un punto de partida a partir del cual empezar y también para volver a familiarizarse con el programa SolidWorks 8 . 2) Como la pieza era demasiado aparatosa, se dividió en tres partes: la pared (pieza roja), la base (pieza azul) y la tabla (pieza verde claro). De esta forma, la estructura podía recogerse y transportarse más fácilmente. Además, para mejorar la sujeción del móvil se añadió una abrazadera formada por otras dos piezas (la pieza amarilla y la verde oscuro) que funcionaba a través de una goma elástica. El problema surgió al diseñar el mecanismo para conectar este grupo al resto del kit. La idea que se llevó a cabo fue utilizar un sistema magnético, colocando un imán plano en la parte posterior de la base. Finalmente se acabó desestimando esta idea, ya que existía la posibilidad de no encontrar un imán que tuviera las medidas necesarias y la fuerza suficiente cómo para mantener unido el kit en cualquier situación. 3) En la última fase se decidió separar la base y la tabla a otro grupo 9 para hacer la pieza todavía más ligera. Además, para solucionar el problema de la unión al kit, se intercambió el imán por un nuevo mecanismo que funciona mediante roscado. Para que esto fuera posible, se tuvieron que diseñar dos piezas más. En la siguiente imagen se muestra este mecanismo al completo. 8 Todos y cada uno de los diseños se realizan con el programa SolidWorks, gracias a los conocimientos adquiridos en la asignatura “Expresión Gráfica” del grado. 9 El grupo al que van la base y la tabla es el siguiente que se analiza. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 23 Imagen 19: Mecanismo de unión al kit Imagen 20: Vista de sección de la unión Para que el mecanismo funcione, hay que colocar la esfera de la pieza azul en el interior del saliente que hay en la parte trasera de la pieza roja. Para que la esfera no salga con facilidad, se le asignó un diámetro ligeramente superior al del agujero. Además, se tuvieron que realizar cuatro cortes al saliente para que este pueda flectar de forma más fácil al introducir la esfera. Después solo resta roscar la pieza dorada para fijar el conjunto. Continuando con los cambios de esta tercera fase, se fusionó la parte fija de la abrazadera a la pieza roja y se sustituyó la goma elástica por un tornillo y una tuerca. Por último, para facilitar la rotación del tornillo se créo un pequeña pieza (la de color marrón) que va colocada alrededor de la cabeza del tornillo. Todos estos últimos cambios se pueden ver con mayor detalle en la siguiente imagen: Imagen 21: Vista de sección del interior de la abrazadera 5.1.2. Peana El siguiente sistema que se creó recibe el nombre de peana y con ella se construye la estructura más simple de todo el kit, cuyo objetivo es apoyar el teléfono sobre una superficie plana, como por ejemplo un escritorio. Como se ha visto en el anterior apartado, en una primera instancia esto se iba a lograr con las piezas del primer grupo. Sin embargo, con el objetivo de hacer más ligera la sujeción, al final se decidió separar la base y la tabla para formar este segundo grupo. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 30 A partir de este grupo de piezas, y combinándolo con el resto de grupos ya analizados, se puede montar la segunda gran estructura del kit. Imágenes 47 y 48: Diseño preliminar de la segunda gran estructura del kit Los casos de uso que se pueden lograr con esta estructura son: ➢ En un coche ➢ Soporte para una mesa ➢ Para seguir instrucciones 5.1.7. Soporte para el reposacabezas Para lograr sujetar el teléfono entre las barras del reposacabezas, se diseñó un sistema telescópico formado por dos brazos, uno fijo y otro móvil. Para que estos se puedan enganchar a las barras, se les hizo el extremo en forma de garra. A continuación se muestran los diseños preliminares de las dos piezas: Imágenes 49 y 50: Diseño preliminar del brazo fijo Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 31 Imágenes 51 y 52: Diseño preliminar del brazo móvil Para montar la estructura basta con introducir el brazo móvil por el orificio cuadrado que hay en la parte derecha del brazo fijo. La longitud mínima de garra a garra que se consigue al conectar ambas piezas es de 113mm y la máxima de 160mm. La construcción queda de la siguiente forma: Imagen 53: Vista isométrica de la unión Imagen 54: Vista de sección de la unión La estructura resultante para sujetar el móvil en el reposacabezas es la siguiente: Imagen 55: Diseño preliminar de la tercera gran estructura del kit Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 32 5.1.8. Soporte para manillar Para acabar de ir completando los pocos casos de uso que quedaban, el siguiente diseño que se realizó fue el de sujetar el móvil en el manillar, ya sea de una motocicleta o de una bicicleta. El dibujo consiste en dos piezas, unidas mediante un par de tornillos y tuercas, con las cuales se forma una anilla que debe ir colocada alrededor del tubo del manilllar. Como en este diseño es muy importante que el soporte moleste lo mínimo posible al conductor, lo que se hizo para ahorrar espacio es incluir en una de las piezas la esfera que va colocada en el interior del saliente de la sujeción del móvil 12 . El diseño preliminar de las dos piezas se muestra a continuación: Imágenes 56 y 57: Diseño preliminar de la pieza 1 Imágenes 58 y 59: Diseño preliminar de la pieza 2 Para unir estas dos piezas solo hacen falta un par de tornillos y tuercas. Si después se conecta esta construcción a la sujeción del móvil, la estructura para sujetar el teléfono en el manillar queda de la siguiente forma: 12 Si se echa un vistazo al resto de las estructuras, se puede ver como todas (excepto la peana) tienen una pieza de color azul claro que conecta la sujeción del teléfono al cuerpo. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 33 Imágenes 60 y 61: Diseño preliminar de la cuarta gran estructura del kit 5.1.9. Trípode Por último, para concluir con todos y cada uno de los usos que se mencionan en el primer apartado del capítulo 3, el último diseño que se realizó fue el trípode. Como normalmente los trípodes están formados por un sistema telescópico, para esta estructura se decidió reutilizar la pieza móvil del brazo telescópico (apartado 5.1.5). Con lo cual, solo hizo falta diseñar la estructura que va apoyada al suelo. La idea del trípode fue crear una estructura que permitiera la mayor área de contacto posible con la superficie, pero que a la vez se pudiera plegar para que no fuera muy aparatosa. Para lograr esto, además de la pieza central, se crearon dos diseños más, uno para las patas y otro para los apoyos. Los tres diseños son los siguientes: Imágenes 62, 63 y 64: Diseño preliminar de la pieza central, de la pata y del apoyo Para conectar las piezas, en lugar de utilizar tornillos y tuercas, se dibujaron los extremos de las patas y de los apoyos con forma de garra. Para que una vez unidas a su respectivo cilindro no sea fácil que se separen, se les asignó una distancia entre garras ligeramente Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 34 inferior al diámetro del cilindro. Eso sí, para que la garras puedan rodear los cilindros, se les realizó un corte a la mitad. Por último, se añadieron en la pieza central unos topes para limitar el giro de las patas. Lo mismo se hizo para limitar el giro de los apoyos en las patas. Con esta explicación, ya se puede montar la quinta y última gran estructura del kit: Imagen 65: Diseño preliminar de la quinta gran estructura del kit 5.2. Primera impresión 3D y detección de errores Una vez se terminaron los diseño preliminares, lo siguiente fue juntar todas las piezas en un mismo archivo y enviarlo en formato IGES 13 a la persona que se encargó de imprimir las piezas. Después de que se imprimieran, se montaron todas las estructuras y se hicieron pruebas para descubrir sus errores. Con lo cual, el siguiente paso es mostrar los errores de la impresión 3D del primer prototipo. Antes de pasar con ello, es necesario comentar un par de cosas: ➢ Lo primero es que la tecnología 3D que se escogió para imprimir las piezas es la HP Multi Jet Fusion, dada la gran cantidad de aspectos positivos que tiene (esto se puede ver en el apartado 1.1.3 de los anexos). Esto fue posible gracias a trabajar de becario en la empresa HP de Sant Cugat, ya que permitió conocer a varios compañero de trabajo que se ofrecieron a imprimir y a limpiar las piezas. ➢ Lo segundo es que, además de imprimir las piezas, para montar las estructuras del kit fue necesario ir a una ferretería a comprar tornillos y tuercas de métricas cinco y seis. 13 Initial Graphics Exchange Specification (IGES) es un formato de archivo neutro diseñado para transferir datos de dibujos 2D y 3D entre sistemas CAD dispares. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 35 El orden que se ha seguido para mostrar los errores de cada pieza es el mismo que se ha empleado en el apartado 5.1. Antes de pasar con ello, como hubo un error que se repitió en todas las piezas, en lugar de estar repitiéndolo en cada apartado, se va a comentar ahora. Este error fue hacer los agujeros por los cuales debían pasar los tornillos, demasiado pequeños. Y es que, algo que descubres cuando vas a comprar tornillos es que el diámetro real suele ser un par de décimas de milímetro inferior a su métrica. Sabiendo esto, los agujeros se diseñaron con un diámetro equivalente a la métrica para tener ese par de décimas de milímetro de margen. El error apareció cuando se observó que la impresión 3D realizó los agujeros un poquito más estrechos de lo esperado. Lo suficiente como para tener que pulir cada uno de ellos si se quería introducir los tornillos. 5.2.1. Sujeción del teléfono Primer prototipo de la sujeción del teléfono: Imágenes 66 y 67: Primera impresión 3D de la sujeción del teléfono Imágenes 68 y 69: Primera impresión 3D de la sujeción del teléfono Los errores que se encontraron son: ➢ Como se puede ver en la imagen 66, la abrazadera no sobresale lo suficiente como para poder abarcar todo el grosor del teléfono. ➢ El orificio hexagonal que se había creado en el costado de la parte fija de la abrazadera para colocar la tuerca, no evita que esta se salga. La pieza de la imagen 68 está rota, no por un error de diseño, sino porque antes de fotografiarla se cayó desde bastante alto y se separó la parte esférica. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 36 5.2.2. Peana Primer prototipo de la peana: Imágenes 70 y 71: Primera impresión 3D de la peana El único fallo que se encontró es que al unir la sujeción del teléfono a la base de la peana, esta primera baila un poco debido al espacio que se crea entre ambas. A pesar de que en la imagen 71 no se llega a apreciar mucho espacio, es el suficiente como para producir un uso incómodo. 5.2.3. Brazo Articulado Primer prototipo del brazo articulado: Imágenes 72 y 73: Primera impresión 3D del brazo articulado Del brazo articulado no se encontró ningún error. 5.2.4. Sargento Primer prototipo del sargento: Imágenes 74 y 75: Primera impresión 3D del sargento Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 37 Imágenes 76 y 77: Primera impresión 3D del sargento El único fallo que se observó es que a la primera pieza le sobra mucho material. 5.2.5. Brazo Telescópico Primer prototipo del brazo telescópico: Imágenes 78 y 79: Primera impresión 3D del brazo telescópico El diseño del brazo telescópico presentó dos errores muy graves: ➢ Como se puede ver en las dos imágenes, la pieza móvil no es capaz de atravesar completamente la pieza fija. Esto ocurre porque al diseñar el escalón interior de la pieza fija, no se tuvieron en cuenta los 5mm del saliente hexagonal 14 de la pieza móvil. ➢ El segundo error, todavía más grave, es que el sistema que debe bloquear el movimiento telescópico se diseñó mal. Esto se puede ver en la pieza fija, ya que el agujero por el que ha de pasar el tornillo no atraviesa una de las caras, y además, falta el saliente hexagonal que impida la rotación del tornillo. 5.2.6. Sistema de ventosa Primer prototipo del sistema de ventosa: 14 Se recuerda que este saliente sirve para colocar la cabeza del tornillo y así impedir su rotación. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 38 Imágenes 80 y 81: Primera impresión 3D de la base, el seguidor, el interruptor, el eje y la leva El principal error que se llevó a cabo en este diseño fue la decisión de imprimir la ventosa con la tecnología 3D, en lugar de comprarla. No se muestra ninguna imagen de ella, ya que es una fina lámina de plástico completamente inútil. 5.2.7. Soporte para el reposacabezas Primer prototipo del soporte para el reposacabezas: Imágenes 82 y 83: Primera impresión 3D del soporte para el reposacabezas Los fallos de esta estructura son los siguientes: ➢ El primero, y el más grave de los dos, es que el sistema que debe fijar el brazo móvil es completamente inútil; y la razón es la misma que se ha explicado en el segundo error del brazo telescópico. No obstante, aunque se hicieran las dos mejoras que se han comentado, todavía haría falta quitar material para que el brazo fijo pudiera flectar y así inmovilizar el brazo móvil. ➢ El brazo móvil es demasiado ancho para poder introducirse en el hueco. 5.2.8. Soporte para manillar Primer prototipo del soporte para manillar: Imágenes 84 y 85: Primera impresión 3D del soporte para manillar Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 39 El único error que se encontró es que en la pieza de la derecha se diseñó una capa con un grosor de medio milímetro, que la impresora no fue capaz de detectar. Por esta razón, en la imagen 85 se puede ver en la parte superior unos filamentos de plástico mal puestos. 5.2.9. Trípode Primer prototipo del trípode: Imágenes 86 y 87: Primera impresión 3D del trípode Los fallos del trípode son los siguientes: ➢ Análogamente a lo que le ocurre a la pieza fija del brazo telescópico, el agujero de la pieza central no se diseñó pensando en los 5mm del saliente hexagonal del brazo móvil 15 . De todas formas, aunque pudiera entrar, el mecanismo telescópico seguiría sin funcionar ya que el sistema de fijación, como ya ha ocurrido anteriormente, es inútil. ➢ Como se puede ver en la imagen 86, solo fue sido posible conectar una de las patas a la pieza central, ya que las lenguas de los otros dos salientes se rompieron. ➢ Como se observa en la imagen 87, el apoyo no acaba de entrar completamente en el hueco de la pata. 15 Se recuerda que para el diseño del trípode, se recicla la pieza móvil del brazo telescópico. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 46 Imágenes 110 y 111: Primer y segundo prototipo del brazo fijo Imágenes 112 y 113: Primer y segundo prototipo del brazo móvil El diseño definitivo de la tercera gran estructura del kit es: Imagen 114: Diseño definitivo de la tercera gran estructura del kit 6.1.8. Soporte para manillar Como el único cambio que sufrió el soporte para manillar fue ampliar el grosor de la capa superior de la pieza 2, se ha decido que para este grupo tampoco es necesario Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 47 hacer la comparativa entre los diseños de los dos prototipos. Con lo cual, solo se muestra el diseño del segundo y es el siguiente: Imágenes 115 y 116: Diseño definitivo de la pieza 1 Imágenes 117 y 118: Diseño definitivo de la pieza 2 El diseño final de la cuarta gran estructura queda de la siguiente forma: Imágenes 119 y 120: Diseño definitivo de la cuarta gran estructura del kit Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 48 6.1.9. Trípode De esta estructura, el cambio más grande lo sufrió la pieza central, ya que se tuvo que rediseñar para que el sistema de fijación del movimiento telescópico funcionara. Tanto el diseño de la pata como el del apoyo sufrieron cambios mínimos. Por esta razón, de la primera pieza sí que se muestra la comparativa, pero de las otras dos no. Imágenes 121 y 122: Primer y segundo prototipo de la pieza central Imagen 123: Diseño definitivo de la pata Imagen 124: Diseño definitivo del apoyo Para concluir, solo falta por enseñar el diseño definitivo de la quinta y última gran estructura del kit: Imagen 125: Diseño definitivo de la quinta gran estructura del kit Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 49 6.2. Segunda impresión 3D Una vez terminados los diseños de todas las piezas, ya se pudo realizar la impresión del segundo prototipo. Al igual que en la primera, la tecnología 3D utilizada fue HP Multi Jet Fusion. Lo primero que se muestran son un par de imágenes con el grupo de piezas que se encargan de la sujeción del teléfono. Imágenes 126 y 127: Sujeción del teléfono Antes de pasar a ver el funcionamiento del kit en los diferentes casos de uso que se han comentado en el apartado 3.1, se muestra una imagen de cada una de las cinco estructuras, más la peana, que conforman el kit: Imagen 128: Primera estructura Imagen 129: Segunda estructura Imagen 130: Tercera estructura Imagen 131: Cuarta estructura Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 50 Imagen 132: Quinta estructura Imagen 133: Peana 6.2.1. Soporte para la cama Para utilizar el móvil en la cama, la estructura que se decidió montar fue la primera. En las siguientes imágenes se puede ver su construcción. Imagen 134: Primera estructura del kit empleada para la cama Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 51 Imagen 135: Primera estructura del kit empleada para la cama 6.2.2. Soporte para una mesa Para sujetar el móvil a la mesa, se montaron la peana y la primera estructura. Imagen 136: Peana para apoya el móvil en una mesa Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 52 Imagen 137: Peana para apoya el móvil en una mesa Imagen 138: Primera estructura del kit empleada para una mesa Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 53 Imagen 139: Primera estructura del kit empleada para una mesa Imagen 140: Variante de la primera estructura del kit empleada para una mesa Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 54 Imagen 141: Variante de la primera estructura del kit empleada para una mesa 6.2.3. En una silla de ruedas Como no se pudo disponer de una silla de ruedas, se realizaron las fotografías con una silla de oficina, ya que ambas funcionan de forma muy similar. En este caso, la estructura escogida volvió a ser la primera. Imagen 142: Primera estructura del kit empleada para una silla de oficina Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 55 Imagen 143: Primera estructura del kit empleada para una silla de oficina 6.2.4. En automóviles Las siguientes imágenes que se muestran son utilizando el kit en automóviles. Primero se va a enseñar las imágenes en un coche y posteriormente en una moto. En el caso del coche se utilizó la segunda estructura y en la moto la cuarta. Como se podrá ver a continuación en las imágenes del coche, la pieza que contacta con el parabrisas no acaba de lograr una fijación perfecta entre ella y la ventosa. Por esta razón, en las imágenes del coche se ve el teléfono algo caído. Imagen 144: Segunda estructura del kit empleada para el coche Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 62 8. Impacto medioambiental Otro aspecto que es necesario mencionar en este proyecto es el impacto medioambiental de la impresión 3D. Para ello, se va a comparar la impresión 3D con la manufactura convencional en base a tres puntos: la escala de producción, los materiales y el ciclo de vida de los productos. 8.1. Escala de producción Desde el punto de vista de la escala de producción, un estudio publicado en septiembre de 2013 comparaba la producción convencional con diferentes impresoras 3D. Los cálculos usados para el análisis fueron realizados por Quantis, una agencia especializada en la asesoría ambiental situada en Suiza y Estados Unidos. En este estudio se compararon tres distintas impresoras 3D de diferentes costes con la producción usando inyección en moldes. Los resultados mostraron que, por un lado, la manufactura clásica no está preparada para bajos volúmenes de producción. Por el lado contrario, la técnica de impresión 3D no es capaz de competir con la inyección en moldes para la producción de grandes volúmenes. A partir de este estudio, las conclusiones que se pueden extraer es que la impresión 3D es interesante desde el punto de vista ecológico para la producción a pequeña escala (menos de 1000 piezas). 8.2. Materiales y gasto energético Si se habla de materiales, los más utilizados en la impresión 3D son el plástico ABS y los bioplásticos derivados de almidón de maíz (PLA). Desde el punto de vista ambiental, el ahorro de recursos procede tanto de la selección de los materiales, como de la cantidad de material utilizado en la producción. Gracias a un estudio realizado por el proyecto ATKINS, se demostró que no todo el polvo de polímero que no ha sido fundido para formar la pieza, puede ser reutilizado. Esto deja en evidencia a la industria de la impresión 3D, que actualmente está trabajando en este sentido. De hecho, ya existen algunas máquinas capaces de reciclar plásticos ya utilizados, pero la calidad del material disminuye en cada ciclo de reutilización y es más fácil de romper, por lo que los usuarios son reacios a su adopción. Sin embargo, la impresión 3D presenta otras muchas ventajas con respecto a la manufactura convencional. Lo primero es el ahorro de materiales gracias a la posibilidad de producir piezas sin necesidad de crear moldes. Por otro lado, la impresión 3D permite crear piezas un 50% más ligeras que otras técnicas de inyección en moldes. Lo cual es de suma importancia en la industria automovilística y espacial, pues un menor peso equivale a un ahorro de combustible durante su fase de uso, y esto a su vez se traduce en menor cantidad de emisiones. Ahora, a la hora de evaluar la sostenibilidad de la impresión 3D, como bien pone en el título, hay que tener en cuenta tanto los materiales como los requerimientos energéticos de las impresoras. Con respecto a esto, el mismo proyecto ATKINS, determinó que las impresoras Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 63 3D que usan calor o una fuente de energía para derretir el plástico consumen 100 veces más energía que la fabricación tradicional para fabricar un objeto del mismo peso. Tal es así, que otro estudio realizado por el MIT, consideraba que la impresión 3D sólo es ventajosa en el caso de utilizar células fotovoltaicas como fuente de energía. 8.3. Ciclo de vida del producto y aplicaciones medioambientales En los anteriores apartados ya se ha hecho mención del ciclo de vida, al hablar de reducir el consumo de combustible gracias a la producción de piezas más ligeras. Y es que, la impresión 3D da la posibilidad de ampliar el ciclo de vida de un producto al poder imprimirlo de forma aislada. No solamente esto, sino que además los productos pueden durar más al existir la posibilidad de intercambiar las piezas estropeadas, en lugar de tener que comprarlo de nuevo. Para concluir, se puede hablar también de algunas aplicaciones de la impresión 3D relacionadas con la protección medioambiental. Una de ellas es la protección y el cuidado de la fauna salvaje, a través de prótesis que les permiten continuar viviendo en libertad. Otro ejemplo es el caso del Golfo Pérsico, donde se están imprimiendo arrecifes que sirven de base a corales, esponjas y otros organismos sésiles. Y como último ejemplo, si lo que se quiere es reducir las emisiones de efecto invernadero, existe la posibilidad de imprimir plantas vivas, utilizando como material una mezcla de agua, arcilla y semillas vivas. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 64 9. Presupuesto En este capítulo se presenta una simulación de los costes que han representado la realización del TFG. Se encuentra dividido en dos partes: ➢ Recursos de ingeniería basados en lo que actualmente las empresas de ingeniería suelen cargar a sus clientes por el trabajo realizado, considerando: o 50€/hora precio de ingeniero mecánico o 25€/hora precio de responsable de compras o 25€/hora precio de Tester o 15€/hora precio de técnico/ayudante de ingeniero ➢ Recursos materiales para la impresión del kit, teniendo en cuenta un primer prototipado y una segunda versión definitiva. o 97,3€ es el coste medio por pieza. Este cálculo se obtiene considerando que el coste de las primeras 37 piezas en HP ha sido de 1.200€. Sin embargo, si se pide la impresión a una empresa cuyo negocio es imprimir piezas en 3D, este importe se multiplica por tres (1.200€ / 37 piezas * 3 = 97,3€). # Recursos de ingeniería CANTIDAD €/hora TOTAL 1 Investigación del mercado 25 25,0 € 625,0 € 2 Análisis de tecnologías de impresión 3D 10 25,0 € 250,0 € 3 Estudio de mecanismos 10 25,0 € 250,0 € 4 Diseño preliminar 250 50,0 € 12.500,0 € 5 Experimentación/tests del primer prototipo 10 50,0 € 500,0 € 6 Detección de errores del primer prototipo 10 50,0 € 500,0 € 7 Diseño definitivo del kit 80 50,0 € 4.000,0 € 8 Montaje del segundo prototipo 10 15,0 € 150,0 € 9 Tests de los diferentes modos de uso del kit 10 25,0 € 250,0 € 10 Confección memoria 125 50,0 € 6.250,0 € TOTAL - Recursos ingeniería 540 25.275,0 € # Recursos materiales CANTIDAD € TOTAL 1 Pie de rey electrónico 1 40,0 € 40,0 € 2 Tornillos de métrica 5 20 0,3 € 6,0 € 3 Tornillos de métrica 6 40 0,3 € 12,0 € 4 Tornillos de métrica 8 5 0,5 € 2,5 € 5 Ventosas 10 0,6 € 6,0 € 6 Piezas primera impresión 37 97,3 € 3.600,0 € 7 Piezas segunda impresión 42 97,3 € 4.086,5 € TOTAL - Materiales 7.753,0 € TOTAL EJECUCIÓN DEL PROYECTO 33.028,0 € Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 65 10. Conclusiones Una vez finalizado el proyecto, se puede decir que se ha conseguido el objetivo principal propuesto, que era diseñar un kit modular para la sujeción de teléfonos móviles. La característica principal que debía poseer el kit era la modularidad, es decir, la capacidad de subdividir el kit en estructuras independientes que desarrollen diferentes funciones. Como se ha podido ver en las imágenes de los diferentes casos de uso, esto se ha logrado con éxito ya que se ha conseguido utilizar el kit en todos los escenarios previstos. Además de esta cualidad, en la última tabla de la segmentación del estado del arte se destacaron cuatro aspectos más que debía cumplir un soporte de móvil. Excepto el precio económico, que es imposible de lograr si se emplea impresión 3D, tanto la sujeción del móvil, como su posicionamiento, como la colocación del kit en diversas superficies, se han logrado con éxito. Otra prueba más de que se han cumplido los objetivos es la construcción del trípode que se puede ver en las dos últimas imágenes. En ellas, además de lograr sobrepasar la altura máxima de 750mm fijada en las especificaciones, se demuestra la gran versatilidad del kit al poder modificar el diseño añadiendo o reduciendo partes. Lo bueno de estar impreso en 3D, es que solo hace falta repetir la impresión de alguna de las piezas para ajustar el kit a la necesidad requerida. Encima, las dos tiradas de impresión 3D previstas se han llevado a cabo con éxito. Gracias a esto, después de la primera impresión se han podido detectar y corregir los errores para la realización del diseño definitivo. Y es que, aunque algunas correcciones pueden parecer absurdas, como aumentar unas décimas de milímetro un agujero para poder introducir un tornillo, son imprescindibles para el correcto funcionamiento del kit. Este tipo de error y otros muchos más, no se hubiesen descubierto si no se hubiesen impreso las piezas. Además, este proyecto ha servido para descubrir lo difícil que es diseñar un proyecto desde cero. Esto se ha visto reflejado en el empeño y la precisión que se ha aplicado en cada uno de los diseños para cometer el mínimo número de errores posibles, sabiendo además que solo se iba a poder realizar dos impresiones. Por último, y para poder ligarlo con el siguiente apartado, solo falta por mencionar que la estructura de la ventosa no ha acabado de funcionar del todo como se esperaba. A pesar de que el sistema para adherirla al parabrisas funciona correctamente, la sujeción de la ventosa a la pieza no es del todo idónea, y esto hace que la estructura se incline hacia abajo dificultando su uso. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 66 11. Siguientes pasos Conectando con el final del anterior apartado, el siguiente paso que se debe tomar es acabar de corregir y pulir el diseño de algunas de las piezas. También, las piezas que no tengan ningún error se las puede optimizar todavía más. Además, para mejorar la calidad del kit, se podría crear una nueva pieza que fuese capaz de sujetar cámaras y tablets. También, en la estructura encargada de soportar el móvil en el reposacabezas, se podría implementar un mecanismo que permitiera regular la amplitud de los ganchos para adecuarse al ancho de las barras, y así lograr una mayor fijación. Y como última opción, se podría diseñar una cubierta en la sujeción del móvil para protegerlo de la lluvia y de la nieve. Después de haber corregido todos los errores y de haber realizado las mejoras pertinentes, lo siguiente es colocar los diseños en la web y monitorizar durante unos meses el interés que esto despierta, a través de encuestas y número de descargas. En el caso de que esto último fuera satisfactorio, habría que rediseñar el sistema pensando en tecnologías de inyección de plástico para poder abaratar su precio, ya que actualmente la impresión 3D es mucho más cara que la fabricación tradicional. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 67 12. Agradecimientos En primer lugar, me gustaría mostrar mi más sincero agradecimiento a mi director, el Profesor y Doctor, Emilio Angulo por permitirme realizar este trabajo Final de Grado con él, por aconsejarme, guiarme e instruirme durante estos seis meses. Al resto de profesores de la ETSEIB por enseñarme los conocimientos que me han permitido poder realizar este trabajo y por fomentar el desarrollo de mi curiosidad y el interés por la ingeniería. A mis compañeros en HP, los ingenieros Alfons Lobete y Manuel Freire, que tan amablemente me han impreso las piezas en 3D. A mis grandes amigos, los hermanos Judit y Armand Domínguez, que me han ayudado a realizar las fotografías que presento en el documento, dedicando parte de su tiempo de vacaciones de verano en ello. Y por último a mi familia, por apoyarme y orientarme siempre en las decisiones que tomo en la vida. Diseño de un kit modular impreso en 3D para la sujeción de teléfonos móviles 68 13. Bibliografía • Aliexpress. (s. f.). Tercer modelo de soporte flexible [Imagen]. https://es.aliexpress.com/i/32997700641.html • Amazon. (s. f.). Segundo modelo de soporte flexible [Imagen]. https://www.amazon.es/FAPPEN-Flexible-Soporte-m%C3%B3vilTel%C3%A9fono/dp/B07PHRLXRX • Ang JiaYi. (2019, 7 mayo). Vídeo de construcción por piezas del sistema completo Modular Mounting System by yyh1002 [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=E26UArZERtw • Clasificación de soportes de móviles para oficina. (s. f.). 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