Fabricación de piezas mediante FDM para prácticas de Metrología dimensional

1 Equa ion Chap e 1 Sec ion 1 T abajo Fin de G ado Ingenie ía de las Tecnologías Indus iales Fab icación de piezas median e FDM pa a p ác icas de Me ología dimensional Au o : Ósca Má quez Alba días Tu o : Aída Es é ez U a Dp o. de Ingenie ía Mecánica y Fab icación Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2023 2 3 T abajo Fin de G ado Ingenie ía de las Tecnologías Indus iales Fab icación de piezas median e FDM pa a p ác icas de Me ología dimensional Au o : Ósca Má quez Alba días Tu o : Aída Es é ez U a P o eso a colabo ado a Dp o. de Ingenie ía Mecánica y Fab icación Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2023 4 5 Fab icación de piezas median e FDM pa a p ác icas de Me ología dimensional Au o : Ósca Má quez Alba días Tu o : Aida Es é ez U a El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os: P esiden e: Vocales: Sec e a io: Acue dan o o ga le la cali icación de: Se illa, 2023 El sec e a io del T ibunal 6 Ag adecimien os G acias a odas las pe sonas que me han acompañado en es e la go iaje. Especial mención pa a mis pad es, que siemp e han es ado ahí y han con iado desde el p ime momen o en mis capacidades. A mi he mano, que sin sabe lo me ha dado la ue za pa a segui después de an os obs áculos. También a mis p o eso es, algunos de ellos magní icos que me han demos ado que no me equi oqué cuando elegía es e g ado después de 6 años y que me han enseñado a e los p oblemas de mane a di e en e. 7 8 Resumen La ab icación adi i a ha eme gido como una ecnología e oluciona ia con aplicaciones en di e sas indus ias, pe o el con ol de ole ancias dimensionales ha sido un desa ío c í ico. Es e T abajo de Fin de G ado se cen a en un es udio exhaus i o que abo da la ges ión de ole ancias dimensionales en el p oceso de ab icación adi i a, desde la concepción y el diseño inicial has a el análisis de esul ados inales. El p oceso comienza con la e apa de diseño, donde se conside an las especi icaciones dimensionales y la geome ía de la pieza. Se u ilizan so wa e de diseño asis ido po o denado que pe mi en la pa ame ización y la op imización de la geome ía pa a la ab icación adi i a. La selección de ma e iales y la o ien ación de la imp esión ambién in luyen en las ole ancias. Se deben ene en cuen a las ca ac e ís icas especí icas de la ecnología de imp esión u ilizada. En la e apa de ab icación, se aduce el diseño en un obje o ísico median e la imp esión 3D. Se ajus an los pa áme os de imp esión pa a ga an iza la p ecisión dimensional. Du an e es e p oceso, se moni o ean y ajus an egula men e los pa áme os pa a minimiza los e o es y asegu a que la pieza cumpla con las ole ancias eque idas. La calidad de la supe icie, la con acción y la dis o sión son ac o es c í icos que deben con ola se. T as la ab icación, se ealizan ope aciones de pos p oceso pa a e ina aún más la geome ía y las ole ancias dimensionales. El pos p oceso es esencial pa a cumpli con las ole ancias exigidas y ga an iza la uncionalidad de la pieza. Finalmen e, se lle a a cabo un análisis exhaus i o de los esul ados ob enidos. Se u ilizan écnicas de me ología a anzada, como el escaneo 3D y la medición po coo denadas, pa a e alua las dimensiones de la pieza imp esa en compa ación con las ole ancias especi icadas en el diseño. Los da os ob enidos se analizan es adís icamen e pa a de e mina la p ecisión y la a iabilidad en las ole ancias. 9 Abs ac Addi i e manu ac u ing has eme ged as a e olu iona y echnology wi h applica ions in a ious indus ies, bu con olling dimensional ole ances has been a c i ical challenge. This Final Deg ee P ojec ocuses on an exhaus i e s udy ha add esses he managemen o dimensional ole ances in he addi i e manu ac u ing p ocess, om he concep ion and ini ial design o he analysis o inal esul s. The p ocess begins wi h he design s age, whe e he dimensional speci ica ions and geome y o he pa a e conside ed. Compu e -aided design so wa e is used o enable pa ame e iza ion and geome y op imiza ion o addi i e manu ac u ing. Ma e ial selec ion and p in o ien a ion also in luence ole ances. The speci ic cha ac e is ics o he p in ing echnology used mus be aken in o accoun . In he manu ac u ing s age, he design is ansla ed in o a physical objec using 3D p in ing. P in ing pa ame e s a e adjus ed o ensu e dimensional accu acy. Du ing his p ocess, pa ame e s a e egula ly moni o ed and adjus ed o minimize e o s and ensu e he pa mee s equi ed ole ances. Su ace quali y, sh inkage and dis o ion a e c i ical ac o s ha mus be con olled. A e manu ac u ing, pos -p ocessing ope a ions a e pe o med o u he e ine he geome y and dimensional ole ances. Pos -p ocessing is essen ial o mee he equi ed ole ances and gua an ee he unc ionali y o he pa . Finally, an exhaus i e analysis o he esul s ob ained is ca ied ou . Ad anced me ology echniques, such as 3D scanning and coo dina e measu emen , a e used o e alua e he dimensions o he p in ed pa agains he ole ances speci ied in he design. The da a ob ained is s a is ically analyzed o de e mine p ecision and a iabili y in ole ances. 16 17 1 INTRODUCCIÓN 1.1 An eceden es La imp esión 3D se ha con e ido en una he amien a dis up i a en ingenie ía, que pe mi e la ab icación ápida y pe sonalizada de ensamblajes complejos y piezas uncionales. Dado que es a ecnología se in eg a cada ez más en el p oceso de ab icación écnica, es impo an e ga an iza la p ecisión dimensional de las piezas imp esas en 3D. La me ología dimensional juega un papel undamen al en es e p oceso, p opo cionando he amien as y écnicas pa a e alua y con ola la calidad de las piezas ab icadas. La imp esión 3D comenzó en la década de 1980 con la in ención o iginal de simpli ica la c eación de p o o ipos. Es a ecnología se u iliza p incipalmen e pa a c ea modelos concep uales y alida diseños an es de la p oducción en masa. Con el iempo, los ma e iales y las écnicas de imp esión han mejo ado signi ica i amen e, lo que ha esul ado en el uso gene alizado de la imp esión 3D en la indus ia de la ingenie ía. El desa ollo de nue os ma e iales compa ibles con la imp esión 3D ha ampliado eno memen e las aplicaciones en ingenie ía. Aho a es posible imp imi en una a iedad de ma e iales como plás ico, me al, ce ámica y compues os. Además, han su gido a ias ecnologías de imp esión 3D como el modelado po deposición undida (FDM), la es e eoli og a ía (SLA), la sin e ización selec i a po láse (SLS) y o as, cada una con sus p opias en ajas y desa íos únicos en é minos de p ecisión dimensional.[1] A pa i del año 2000, las imp eso as 3D de esc i o io se hicie on más accesibles pa a las escuelas y los en o nos educa i os. Su gie on p oyec os de código abie o como RepRap, que pe mi ían a las pe sonas cons ui sus p opias imp eso as 3D a bajo cos o, lo que omen ó aún más su adopción en el ámbi o educa i o.[1]Con un c ecien e én asis en la educación STEM (Ciencia, Tecnología, Ingenie ía y Ma emá icas), la imp esión 3D se con i ió en una he amien a aliosa pa a enseña concep os complejos de mane a p ác ica. Los p og amas y cu sos STEM comenza on a inco po a la imp esión 3D en su plan de es udios pa a mejo a la comp ensión de los es udian es sob e es os emas.[2] A medida que la imp esión 3D se ol ió aún más asequible y accesible, su adopción en la educación se dispa ó. Las escuelas de odo el mundo comenza on a in e i en imp eso as 3D y a desa olla labo a o ios de ab icación digi al. Se c ea on nume osos ecu sos educa i os, u o iales y p oyec os de imp esión 3D especí icamen e diseñados pa a es udian es y maes os.[2],[3] Conscien es del p ome edo u u o del uso de imp eso as 3D, las emp esas como Ul imake , S a asys, o la comunidad "Make " que se cen a mucho en in o ma a los cen os sob e los bene icios de u iliza es e ipo de ecu sos en el ámbi o educa i o. S a asys ecoge en su web un conjun o de whi epape s de buenas p ác icas en educación y o os sec o es.[4] Es o ha con ibuido a una mayo di usión de la ecnología en el ámbi o educa i o. Hoy en día, es a ecnología se es á aplicando en odas las e apas educa i as, desde la educación p ima ia has a la educación supe io . Las posibilidades an desde imp imi medallas pa a una compe ición depo i a en la escuela p ima ia has a la implemen ación de su uso pa a ab ica modelos ana ómicos docen es. [5] Po o a pa e, las p ác icas de labo a o io en asigna u as de ingenie ía juegan un papel muy impo an e. En es e p oyec o se ha á e e encia especí ica a las p ác icas de la asigna u a Me ología Indus ial que se cu sa en el G ado en Ingenie ía de las Tecnologías Indus iales en la Escuela de Ingenie os de la Uni e sidad de Se illa. Es a asigna u a ac ualmen e se impa e siguiendo una me odología de enseñanza basada en a eas donde el alumno debe cumpli con una hoja de abajo pa a comp oba la alidez de piezas en e a ole ancias de pa alelismo, pe pendicula idad, cilind icidad, ci cula idad o inclinación. 18 1.2. Obje i os Con el p esen e abajo de in de g ado, se busca c ea a ias amilias de piezas ab icadas median e la ecnología de Fab icación po Deposición de Ma e ial Fundido (FDM) que se án u ilizadas en las p ác icas de labo a o io de Me ología dimensional, que se impa en en asigna u as del á ea de Ingenie ía y p ocesos de ab icación, en los es udios de g ado y más e . Es as piezas se diseña án y p oduci án especí icamen e con des iaciones o a iaciones conocidas y con oladas, de mane a que cumplan con alo es de ole ancias geomé icas p e iamen e es ablecidos. Una ez imp esas las piezas, se ealiza á una e aluación me ológica median e ins umen os de medición adecuados pa a e i ica la con o midad de las piezas con las especi icaciones y ole ancias es ablecidas p e iamen e. 1.3. Ta eas a ealiza A con inuación, se de allan las a eas a desa olla en es e abajo pa a cumpli con los obje i os p opues os inicialmen e: 1. De inición de la ipología de las piezas a ab ica eniendo en cuen a las ole ancias que se quie en es udia y medi . 2. Diseño y modelado de las piezas: Se u iliza á so wa e CAD pa a c ea un modelo 3D de cada pieza pa a ga an iza que sea adecuada pa a la imp esión 3D y cumpla con los equisi os de ab icación. 3. Selección de ma e iales: Se selecciona á el ma e ial más adecuado pa a las piezas, eniendo en cuen a ac o es como p opiedades mecánicas, lexibilidad, cos e y o os equisi os especí icos. 4. Pues a a pun o de la imp eso a 3D: Se e i ica á la in eg idad de odos los componen es y se limpia án, poniendo especial a ención a la cabeza ex uso a. Se ajus a án los pa áme os de imp esión como elocidad, empe a u a, densidad de elleno y espeso de capa se es ablecen con el obje i o de op imiza la calidad y e iciencia de imp esión de cada pieza. 5. Imp esión de las piezas: Se imp imi án inicialmen e p o o ipos de cada pieza pa a alida el diseño y la uncionalidad an es de la p oducción de se ies de piezas. Una ez ealizadas las alo aciones pe inen es, se ab ican el es o de las piezas. Se e i ica la calidad de las piezas imp esas, incluyendo ope aciones de limpieza o lijado de las piezas 6. Medición y con as e: Se oma án los da os de las des iaciones ob enidas y se con on a án a los asignados p e iamen e. 19 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS SOBRE TOLERANCIAS 2.1. De inición de ole ancias geomé icas La ole ancia se de ine, según la RAE, como la máxima di e encia que se admi e en e el alo nominal y el alo eal o e ec i o en las ca ac e ís icas ísicas y químicas de un ma e ial, pieza o p oduc o. La Especi icación Geomé ica de P oduc o (ISO GPS) es el sis ema u ilizado pa a de ini los equisi os geomé icos de piezas de abajo en especi icaciones de ingenie ía, y los equisi os pa a su e i icación. En el sis ema ISO GPS se iden i ican nue e p opiedades geomé icas. P opiedades geomé icas adicionales pueden ag ega se en el u u o. Las p opiedades son: amaño, dis ancia, o ma, o ien ación, ubicación, ago amien o, ex u a de la supe icie del pe il, ex u a supe icial de á ea e impe ecciones supe iciales. En el epíg a e 2.2 se indican las ole ancias e e idas an e io men e, según las no mas ISO 1101, que se cen a en la ole ancia de o ma y o ien ación, y p opo ciona los p incipios gene ales pa a especi ica y e i ica ole ancias geomé icas en piezas, y la ISO 14405-1, que se en oca en la ole ancia de posición y desc ibe cómo especi ica la ubicación de ca ac e ís icas en una pieza con espec o a un sis ema de coo denadas. 2.2. Tole ancias geomé icas conside adas Rec i ud (S aigh ness): Es a ole ancia, ep esen ada en la igu a 2.1, especi ica cuán o puede a ia la línea o el eje de una ca ac e ís ica con espec o a una línea ec a ideal. La ole ancia de ec i ud se exp esa ípicamen e en unidades de longi ud, como milíme os o pulgadas, y se indica median e un alo numé ico, , que ep esen a la máxima des iación pe mi ida desde la línea ec a ideal. Si algún pun o de la supe icie queda ue a de la zona de inida po el plano auxilia , la pieza se clasi ica ía como no ap a.[5] Figu a 2.1: Tole ancia de ec i ud. Ci cula idad (Ci cula i y): La ci cula idad se aplica a ca ac e ís icas ci cula es, como aguje os o supe icies cilínd icas, y especi ica cuán o puede a ia la o ma ci cula con espec o a un cí culo ideal. Se mide como la di e encia máxima de adio, , en e dos ci cun e encias concén icas, como se indica en la igu a 2.2. El pe il de la ci cun e encia p incipal se debe si ua comple amen e en la zona c eada po las dos ci cun e encias auxilia es, en caso con a io no se ía ap a.[5] Figu a 2.2: Tole ancia de ci cula idad. 20 Cilind icidad (Cylind ici y): Es a ole ancia se aplica a ca ac e ís icas cilínd icas, como ejes o aguje os, y especi ica cuán o puede a ia la o ma cilínd ica con espec o a un cilind o ideal. La igu a 2.3 es una ep esen ación del concep o enunciado. Se mide como la di e encia máxima de adio, , en e dos cilind os ideales. Es a medida es c í ica pa a ga an iza un ajus e adecuado y un uncionamien o sin p oblemas en aplicaciones donde la geome ía cilínd ica es esencial. En caso de que la supe icie la e al de la pieza co ase a alguno de los dos cilind os auxilia es la pieza se clasi ica ía como no ap a.[5] Figu a 2.3: Tole ancia de cilind icidad. Pe pendicula idad (Pe pendicula i y): La pe pendicula idad se e ie e a cuán o puede a ia la dis ancia en e dos supe icies o ejes que debe ían se pe pendicula es. La ole ancia de pe pendicula idad se exp esa ípicamen e en unidades de longi ud, como milíme os o pulgadas, y se indica median e un alo numé ico, , que ep esen a la dis ancia en e dos planos pe pendicula es al de e e encia den o de la cual debe es a con enida la supe icie de es udio. Ve igu a 2.4.[5] Figu a 2.4: Tole ancia de pe pendicula idad. Pa alelismo (Pa allelism): El pa alelismo especi ica cuán o pueden a ia la dis ancia en e dos supe icies o ejes que debe ían se pa alelos en e sí, es o puede ep esen a se como en la igu a 2.5. La ole ancia de pa alelismo se exp esa ípicamen e en unidades de longi ud, como milíme os o pulgadas, y se indica median e un alo numé ico, , que ep esen a la dis ancia en e dos planos pa alelos al de e e encia den o de la cual debe es a con enida la supe icie de es udio.[5] Figu a 2.5: Tole ancia de pa alelismo. 21 Inclinación (Angula i y): Se e ie e a la especi icación que con ola la des iación angula pe mi ida de una ca ac e ís ica o supe icie con espec o a una o ien ación de e e encia deseada. Es o es á ep esen ado en la igu a 2.6. La ole ancia de inclinación se exp esa ípicamen e en unidades de longi ud, como milíme os o pulgadas, y se indica median e un alo numé ico, , que ep esen a la dis ancia máxima de des iación en e dos planos pa alelos a la supe icie de e encia.[5] Figu a 2.6: Tole ancia de inclinación. Coaxialidad (Coaxiali y): La coaxialidad es ablece cuán o puede des ia se el eje de una supe icie cilínd ica con espec o al eje de o a supe icie cilínd ica con la que debe es a alineada. Se mide como una dis ancia máxima pe mi ida, , en e los ejes de las dos supe icies cilínd icas. Si nues o eje co a en algún pun o a las supe icies cilínd icas auxilia es, la pieza se ca aloga ía como no ap a. Es a ole ancia es undamen al en aplicaciones donde se equie e que dos ejes o componen es cilínd icos es én pe ec amen e alineados, como en odamien os, o acoplamien os de ejes. Ve igu a 2.7.[5] Figu a 2.7: Tole ancia de coaxialidad. En la abla 2.1 apa ecen los símbolos de odas las ole ancias que conside a la no ma. [5] Tabla 2.1: Símbolos de las ole ancias. 22 23 3 DISEÑO Y PIEZAS 3.1. Tipología de las piezas Cabe eco da que el obje i o es la c eación de lo es de piezas pa a asigna u as de Me ología. Los g upos es a án o mados po un máximo de 6 alumnos, po lo que cada lo e es a á con o mado po dicho núme o de piezas. Las piezas del lo e 1, se modela án como pa alelepípedos de 40x40x30 mm. Se ha elegido es a mo ología po se la óp ima en la que pode e i ica las ole ancias de pa alelismo y pe pendicula idad, midiendo des iaciones e icales y ho izon ales espec i amen e. Pa a el lo e 2, se ha decidido que las piezas engan o ma de apezoide, pe o ag egándole una base. Es o se ha hecho pa a e i a ángulos demasiado agudos que pod ían ac ua como concen ado es de ensiones, a o eciendo el desgas e. En las piezas del lo e 3, se desea e i ica la ci cula idad y cilind icidad, lo que sugie e que deben se o mas de e olución. Cons a á de un cilind o in e io sob e el que se medi án las des iaciones de su edondez, y de un cilind o más la go sob e el que se medi án las des iaciones en su pe il. Todas las piezas end án una longi ud de 60 mm, 20 mm pa a el cilind o in e io , y 40 mm pa a el supe io . En cada una se modi ica á el diáme o mayo y la cu a u a del cilind o supe io . El cilind o supe io se á ambién más es echo pa a disminui , an o el iempo de ab icación, como el ma e ial consumido. Pa a el lo e 4, se ha seguido la misma deducción que en el lo e 3. Dado que se desea e i ica la coaxilialidad, la pieza es a á o mada po olúmenes de e olución. Se modela án es cilind os, es ando el más es echo des iado lige amen e espec o al eje de los o os dos. La longi ud o al de las piezas se á de 60 mm, modi icándose los diáme os y la des iación del eje. Las dimensiones seleccionadas se deben al amaño del u illaje que se emplea á en la medición. Además, las piezas deben ene la alla co ec a pa a se manejables y ácilmen e almacenadas. 3.2. Elección y jus i icación del so wa e de modelado 3D A con inuación, se analiza án b e emen e los so wa es CAD más empleados en el ámbi o de la ingenie ía y en base a ello se elegi á el más adecuado pa a el p oyec o. Au oCAD: Au oCAD es un so wa e de diseño asis ido po compu ado a (CAD) desa ollado po Au odesk. Es conocido po su capacidad pa a c ea dibujos en 2D y modelos 3D, y se u iliza p incipalmen e en a qui ec u a, ingenie ía y diseño. Aunque es más limi ado en compa ación con so wa e de modelado 3D especializado. SolidWo ks: SolidWo ks es un so wa e CAD 3D desa ollado po Dassaul Sys èmes. Es á diseñado especí icamen e pa a el diseño mecánico y la ingenie ía. Se u iliza pa a c ea piezas y ensamblajes en 3D, y o ece he amien as a anzadas pa a simulación y análisis. Si bien SolidWo ks admi e a ios o ma os de a chi o, la expo ación di ec a a o ma os de imp esión 3D, como STL, puede no se an sencilla como en o os p og amas dedicados a la imp esión 3D. CATIA: CATIA (Compu e -Aided Th ee-Dimensional In e ac i e Applica ion) es un so wa e CAD desa ollado po Dassaul Sys èmes. Es ampliamen e u ilizado en indus ias como la au omoción y la ae oespacial pa a el diseño de p oduc os complejos y sis emas. CATIA in eg a pe ec amen e el diseño asis ido po compu ado a (CAD) con la ab icación asis ida po compu ado a (CAM). Es o es c ucial pa a la imp esión 3D, ya que acili a la con e sión de modelos 3D en ins ucciones de imp esión. Además, es compa ible con una amplia a iedad de o ma os de a chi o u ilizados en la imp esión 3D, como STL, OBJ, y muchos o os. 24 3.3. Diseño de las piezas Dadas las acilidades y di e sidad de módulos que o ece, CATIA se á el en o no seleccionado. Pa a modela las piezas se emplea á el módulo de Pa Design de CATIA, cuya ubicación puede e se en la igu a 3.1. En base a las ole ancias que se p e enden e i ica , se modela án 4 ipos dis in os de piezas. Figu a 3.1: Ubicación del módulo de Pa Design.[7] Pieza ipo 1: Sob e es a pieza se p e ende e i ica el pa alelismo en e las ca as supe io e in e io , y la pe pendicula idad en e una ca a la e al y la base. Ve igu a 3.2. Figu a 3.2: Modelo de pieza ipo 1. Las piezas del lo e 1 se han c eado po el en ec uzamien o de dos pe iles de sie a, an o pa a la ca a pa alela como pa a la pe pendicula , como puede e se en las igu as 3.3 y 3.4. Figu a 3.3: Pe iles u ilizados en la gene ación de piezas ipo 1. 25 Figu a 3.4: Pe iles u ilizados en la gene ación del lo e 1. Pieza ipo 2: En es e lo e de piezas p e ende e i ica se la ole ancia de inclinación de la ca a en ampa, ep esen ada en la igu a 3.5. El seno del ángulo se ha elegido in encionalmen e, de mane a que en la pos e io medición solo sea necesa io el uso de un único bloque pa ón. Figu a 3.5: Modelo de pieza ipo 2. Pa a la c eación de es e lo e de piezas se ha empleado un ske ch, como puede e se en la igu a 3.6, y se han azado dos líneas discon inuas que es ablecen los planos lími es, a endiendo a la de inición apo ada en el epíg a e 2.2. Figu a 3.6: Pe iles u ilizados en la gene ación de piezas ipo 2. 32 4.4. P epa ación de la imp eso a An es de comenza la imp esión, se debe pone a pun o la imp eso a. El ab ican e publica en su web una guía con los pasos a segui . En p ime luga , se debe comp oba que las co eas enca gadas de mo e los ejes X e Y es án bien ensadas. A con inuación, se p ocede con la calib ación de la al u a de la cama de imp esión. Pa a ello, se emplea una hoja A4 plegada a la mi ad, que ma ca la dis ancia que debe ene la boquilla del ex uso espec o a la cama. La al u a se egula median e es o nillos ubicados al ededo de la pla a o ma. T as la calib ación, se p ecalien an el ex uso y la cama cale ac able a la empe a u a óp ima, según el ma e ial empleado. Una ez se ha alcanzado dicha empe a u a se ca ga el ilamen o, en es e caso, po la pa e supe io del ex uso . Las empe a u as seleccionadas pueden e se en la igu a 4.6. Figu a 4.6: P ecalen amien o de ex uso y cama de imp esión. 4.4. Pa áme os de imp esión Lo p ime o se á ac i a el modo de con igu ación expe o que pe mi e modi ica odos los pa áme os que se menciona án a con inuación.[11] Pa a que el p oceso de imp esión se lle e a cabo co ec amen e se deben ene en cuen a di e sos ac o es: Tempe a u a del ex uso : La empe a u a a la que se calien a el ex uso pa a undi el ilamen o. Va ía según el ipo de ilamen o u ilizado. El ab ican e ecomienda un ango de empe a u as en e 190 y 205 ºC, pe o as di e sas p uebas se conside a que debe se lige amen e supe io . El ex uso se calen a á a 215ºC Tempe a u a de la cama de imp esión: La empe a u a de la supe icie de la cama de imp esión. El PLA no equie e cama calien e, pe o es aconsejable que su cama se encuen e a empe a u as bajas (30-50) ºC, en es e caso se es ablece la empe a u a de la cama en 45 ºC. Velocidad de imp esión: La elocidad a la que la boquilla de ex usión se mue e du an e la imp esión. Valo es ípicos pueden es a en el ango de 40-100 mm/s. Pa a log a una buena p ecisión dimensional se ija es e alo en 50 mm/s. Al u a de capa: La al u a de cada capa imp esa. Una capa más delgada p opo ciona una mayo esolución, pe o ambién puede aumen a el iempo de imp esión. Dado que la boquilla de la que se dispone iene un diáme o de 0.4 mm, esa se á la al u a de capa. Pe íme o y elleno (In ill): El po cen aje de elleno del obje o y la can idad de pe íme os ex e io es. Un mayo po cen aje de elleno aumen a la esis encia del obje o, mien as que más pe íme os pueden mejo a la calidad de la supe icie. Las piezas a ab ica no equie en g an esis encia po lo que se conside a su icien e un elleno del 10% con el pa ón ‘Lines’. Ve igu a 4.7. Se man end á el núme o de pe íme os ex e io es que igu a po de ec o en el p og ama, 3. Aunque se especi ica á que dichos con o nos se imp iman de ue a hacia aden o pa a log a una supe icie ex e io uni o me, ya que pod ían apa ece i egula idades p oducidas po la imp esión de la pa e in e io . 33 Figu a 4.7: In ill ‘Lines’. Re acción: La e acción del ilamen o e i a la apa ición de hilos en e las á eas del modelo. Pa a el PLA es su icien e con 1 mm. Capa inicial: Se ecomienda que la con igu ación pa a la p ime a capa sea di e en e a la de las capas in e medias pa a ga an iza una buena adhesión a la cama de imp esión. Po lo que se es ablece una al u a de capa de 0.3 mm y una elocidad de imp esión de 40 mm/s. Adhesión a la cama: Con igu ado en la opción ‘ski ’, ep esen ada en la igu a 4.8, e pe mi e aza una alda al ededo de u modelo 3D pa a mejo a la adhe encia de la p ime a capa a la supe icie de cons ucción, mien as que ambién si e pa a e i ica la ni elación de la cama y la ex usión inicial. Además, se homogeniza el lujo de ma e ial an es de comenza la imp esión. Figu a 4.8: Ski . Z Seam Alignmen : Te pe mi e elegi cómo se alinea á la cos u a de capa en elación con u modelo. La cos u a de capa es el luga donde la imp eso a comienza una nue a capa al cons ui un obje o. En es e caso se es ablece en la opción “De inido po el usua io” y se modi ica á según las necesidades de cada pieza pa a que a ec e lo mínimo posible pa a el come ido inal del obje o. En la igu a 4.9 se ap ecia es e hecho. Figu a 4.9: Vis a de pieza donde se ap ecia la cos u a. 34 4.5. P oceso de imp esión Una ez se han calen ado el ex uso y la cama, y se ha in oducido el ilamen o, se p ocede a imp imi . La imp eso a 3D mue e su boquilla o cabezal de imp esión según las ins ucciones del a chi o de modelo 3D. El ma e ial de imp esión se unde y se deposi a capa po capa, solidi icándose a medida que se en ía. Las igu as 4.10 y 4.11 mues an imágenes del p oceso de ab icación. Figu a 4.10: P oceso de ab icación. El p oceso de imp esión debe es a supe isado en odo momen o pa a e i a colisiones que pudie an ocu i o pa a subsana a ascos de ma e ial. Figu a 4.11: Imagen del p oceso de ab icación. A con inuación, en la abla 4.1, se mues a el iempo de imp esión es imado de imp esión de cada una de las piezas en e al iempo eal que conlle ó. Se obse ó que las piezas a daban en o no a un 15% más que el iempo es ablecido. La nume ación de las piezas se co esponde con su ipología, el p ime núme o hace e e encia al lo e, po ejemplo, el 1 son cubos, y la nume ación del 1 al 6 se e ie e al núme o de la pieza, de ese ipo. De aquí en adelan e se u iliza á es a no ación. 35 Pieza Tiempo es imado [min] Tiempo eal [min] 1.1 35 42 1.2 35 42 1.3 36 44 1.4 35 42 1.5 35 42 1.6 35 43 2.1 63 81 2.2 33 40 2.3 32 40 2.4 31 40 2.5 30 36 2.6 29 35 3.1 42 47 3.2 31 40 3.3 42 45 3.4 32 41 3.5 56 66 3.6 49 54 4.1 27 35 4.2 34 42 4.3 34 42 4.4 24 31 4.5 25 31 4.6 36 44 TOTAL 14h 31 min 17h 25 min Tabla 4.1: Tiempos de ab icación. 36 Un ejemplo de las piezas ya ab icadas puede e se en la igu a 4.12 y 4.13 Figu a 4.12: Pieza del lo e 1 y 2 imp esas. Figu a 4.13: Pieza ab icada del lo e 3 y 4. 37 4.6. P oblemas encon ados A asco de ma e ial: El ilamen o o el ma e ial de imp esión se a asca en la boquilla o en el ex uso , lo que deja a medias la imp esión, como puede e se en la igu a 4.14. Es o puede debe se a empe a u a inco ec a o a la acumulación de esco ia den o del ex uso .[12] Figu a 4.14: A asco de ma e ial. Delaminación: Las capas del obje o imp eso se sepa an o delaminan en e sí, lo que puede c ea una supe icie i egula o de o maciones en el obje o inal que a ec an la esis encia y p ecisión del modelo. Es o es isible en la igu a 4.15. Puede debe se a p oblemas de empe a u a, al a de adhesión a la cama o ib aciones.[12] Figu a 4.15: Pieza que ha su ido delaminación. S inging o hilos de ma e ial: Se p oducen hilos inos de ma e ial en e las pa es del modelo donde no debe ían es a , lo que puede a ec a la apa iencia y la calidad de la imp esión, como en la igu a 4.16. Es o suele se causado po p oblemas de e acción y empe a u a.[12] Figu a 4.16: Piezas donde se ap ecian los hilos. 38 4.7. Pos p ocesamien o de piezas imp esas Cuando ya ha en iado la pieza es a se despega cuidadosamen e del id io y se p ocede a lija la. El lijado de una pieza imp esa es una e apa impo an e del pos p ocesamien o que puede mejo a signi ica i amen e la apa iencia y la calidad de la supe icie de la pieza. Las piezas ipo 1, 2 y 3 eque i án de es e paso, bien pa a alisa la supe icie de e e encia en el caso de las piezas de pa alelismo-pe pendicula idad e inclinación o pa a que las es ías en e las dis in as capas no in e ie an con las he amien as de medición que se emplea án. Pa a alisa la supe icie de e e encia se emplea á una lija al agua de g ano 3000 en la lijado a de disco del alle 1 y pa a el es o de las supe icies, p ime o se desbas a á a mano con una lija al agua de g ano 400 y, pos e io men e se da á el acabado con una de g ano 1000. Las piezas una ez lijadas apa ecen en las igu as 4.17 y 4.18. Figu a 4.17: Pieza del lo e 1 y 2 e minadas. Figu a 4.18: Pieza del lo e 3 y 4 e minada. 39 5 PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE METROLOGÍA DIMENSIONAL 5.1. P ác icas de la asigna u a Los lo es de piezas apo a án ma e ial a la asigna u a. En las p ác icas se p e ende de e mina la ap i ud de una se ie de piezas en unción de las ole ancias de o ma, o ien ación, si uación y oscilación. En el p ime y segundo eje cicio, los alumnos debe án medi las des iaciones de la ca a supe io y de las piezas del lo e 1. Ve igu a 5.1. Figu a 5.1: Figu a de pa alelismo y pe pendicula idad. Pa a es os eje cicios se án necesa ios los siguien es ins umen os: Reloj compa ado : Es e ins umen o, igu a 5.2, se u iliza pa a medi la di e encia en dimensiones en e una pieza de abajo y un pa ón de e e encia. Se emplea comúnmen e en la medición de desplazamien os lineales. Figu a 5.2: Reloj compa ado . Mesa mul i unción: Es una pla a o ma especialmen e diseñada pa a ealiza mediciones p ecisas y con ola el desplazamien o de obje os con una al a esolución en milíme os, es o se ap ecia en la igu a 5.3. Figu a 5.3: Mesa mul i unción. 40 Además, dependiendo de si e i icamos el pa alelismo o la pe pendicula idad se u iliza án dis in os sopo es: Sopo e magné ico: Es una he amien a u ilizada en me ología y en aplicaciones de con ol de calidad pa a ija un eloj compa ado en una posición especí ica y es able du an e la medición de dimensiones. Ve igu a 5.4. Es e sopo e se emplea á al medi las des iaciones en la ca a ho izon al. Figu a 5.4: Sopo e magné ico. Sopo e e ical: Es una he amien a diseñada pa a sos ene y posiciona un eloj compa ado en posición e ical con al a p ecisión. El mon aje puede e se en la igu a 5.5. Figu a 5.5: Sopo e e ical pa a eloj compa ado . En el eje cicio 3, con inua emos con las ole ancias de o ien ación. En es e eje cicio se medi án las des iaciones en las piezas ipo 2 pa a e i ica su ole ancia de inclinación. Un esquema se ía el de la igu a 5.6. Figu a 5.6: Figu a de inclinación. 41 Pa a es e eje cicio se emplea á el eloj compa ado en su sopo e magné ico, que se si ua á en la base de la mesa mó il. Además, se ha á uso de la mesa de senos y del bloque pa ón co espondien e a cada pieza. Mesa de senos: Es á diseñada con una supe icie ex emadamen e plana y dos p oyecciones ec angula es, conocidas como "senos", que es án dispues as en ángulo ec o en e sí. Es os senos se u ilizan pa a sos ene y posiciona an o las piezas que se an a medi como los ins umen os de medición. La igu a 5.7 ep esen a un esquema de lo desc i o an e io men e. Figu a 5.7: Mesa de senos. Bloque pa ón: Son piezas maes as de p ecisión con dimensiones conocidas con g an exac i ud. Ve igu a 5.8. Se u ilizan pa a calib a o os ins umen os y e i ica su p ecisión. Figu a 5.8: Caja de bloques pa ón. En los eje cicios 4 y 5, abo da emos la ci cula idad y cilind icidad, ole ancias de o ma. Consis i á en medi las des iaciones en las piezas ipo 3 y comp oba si son o no ap as, compa ando los alo es con una ole ancia de e minada. Como indica la igu a 5.9, se e i ica á la ci cula idad del cilind o de mayo diáme o, y la cilind icidad sob e el más es echo. Figu a 5.9: Figu a de ci cula idad y cilind icidad. 48 Figu a 5.23: Supe icie de la ca a pa alela en la pieza 1.4. Figu a 5.24: Supe icie de la ca a pa alela en la pieza 1.5. 49 Figu a 5.25: Supe icie de la ca a pa alela en la pieza 1.6. 5.4.2. Pe pendicula idad Las des iaciones se ecogen en la abla 5.3 y los alo es de ole ancia esul an e en la abla 5.4. Tabla 5.3: Des iaciones egis adas, en µm, en las piezas ipo 1. Pieza 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Tole ancia 0.014 0.009 0.034 0.011 0.023 0.055 Tabla 5.4: Des iación eal, en mm, de pe pendicula idad en piezas ipo 1. Pieza 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1.1 0 -6 -1 +1 -3 -2 -3 -5 -7 -5 -2 -3 -13 -8 -12 -10 1.2 0 -5 -3 -2 +2 0 -1 +1 -4 -2 -1 -4 +3 -1 -6 -1 1.3 0 -10 -10 -12 -12 -11 -11 -2 -16 -18 -20 -21 -34 -27 -25 -14 1.4 0 -4 -3 -6 0 +2 +2 +5 +6 +5 +5 +7 -1 -2 0 +2 1.5 0 -8 +2 -4 -1 -3 -1 0 -14 -15 -16 -17 -20 -21 -21 -2 1.6 0 -5 +5 0 -8 -5 -6 -5 -25 -26 -28 -29 -50 -44 -39 -42 50 A con inuación, se ep esen a á de mane a g á ica, en las igu as 5.26 a 5.31, las supe icies ob enidas. Figu a 5.26: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.1. Figu a 5.27: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.2. 51 Figu a 5.28: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.3. Figu a 5.29: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.4. 52 . Figu a 5.30: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.5. Figu a 5.31: Supe icie de la ca a pe pendicula de la pieza 1.6. 53 5.4.3. Inclinación Las des iaciones se ecogen en la abla 4.5 y los alo es de ole ancia esul an e en la abla 4.6. Pieza P1 P2 P3 P4 P5 2.1 0 +3 +5 +3 0 2.2 0 +3 +5 +7 +9 2.3 0 +21 +41 +56 +71 2.4 0 +9 +16 +24 +29 2.5 0 +6 +15 +23 +28 2.6 0 +4 +8 +12 +14 Tabla 5.5: Des iaciones egis adas, en µm, en las piezas ipo 2. Pieza 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Tole ancia 0.005 0.009 0.071 0.029 0.028 0.014 Tabla 5.6: Tole ancia eal, en mm, de inclinación en piezas ipo 2. 5.4.4.Ci cula idad Las des iaciones se ecogen en la abla 4.7 y los alo es de ole ancia esul an e en la abla 4.8. Pieza 0º 45º 90º 135º 180º 225º 270º 315º 3.1 0 -14 +2 +19 +6 -23 -15 -4 3.2 0 +15 +28 +48 +19 +6 -3 +14 3.3 0 +11 -16 +6 +2 +4 -10 -3 3.4 0 -10 +6 -28 -13 -2 -20 -7 3.5 0 -9 -11 -12 -4 -15 -1 +2 3.6 0 -20 -3 +6 +27 -6 -19 -11 Tabla 5.7: Des iaciones egis adas, en µm, en las piezas ipo 3. Pieza 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Tole ancia 0.042 0.051 0.022 0.034 0.017 0.047 Tabla 5.8: Tole ancia eal, en mm, de ci cula idad en piezas ipo 3. 54 A con inuación, se ep esen a á de mane a g á ica, en las igu as 5.32 a 5.37, las supe icies ob enidas. Figu a 5.32: Plan a de la pieza 3.1. Figu a 5.33: Plan a de la pieza 3.2. 55 Figu a 5.34: Plan a de la pieza 3.3. Figu a 5.35: Plan a de la pieza 3.4. 56 Figu a 5.36: Plan a de la pieza 3.5. Figu a 5.37: Plan a de la pieza 3.6. 57 5.4.5.Cilind icidad Las des iaciones se ecogen en la abla 5.9 y los alo es de ole ancia esul an e en la abla 5.10. Tabla 5.9: Des iaciones egis adas, en µm, en las piezas ipo 3. Pieza 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Tole ancia 0.021 0.025 0.013 0.026 0.008 0.034 Tabla 5.10: Tole ancia eal, en mm, de cilind icidad en piezas ipo 3. A con inuación, se ep esen a á de mane a g á ica, en las igu as 5.38 a 5.43, las supe icies ob enidas en los cilind os supe io es de las piezas del lo e 3. Figu a 5.38: Sección del pe il de la pieza 3.1. Pieza P1 P2 P3 3.1 0 +20 -1 3.2 0 -20 +5 3.3 0 +10 -3 3.4 0 -25 +1 3.5 0 +5 -3 3.6 0 -35 -1 64 65 7 REFERENCIAS [1] He nández Cas ellano, P.M. Tecnologías de ab icación adi i a. 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