Guía práctica de rapid manufacturing

Ingeniería y Arquitectura ·

01

C Cuadernos uadernos d de e

Difusión Difusión Científica Cient ífiica

Guía práctica de Rapid Manufacturing

Pedro Hernández Castellano (coord.)

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA Servicio de Publicaciones

2012

COLECCIÓN: CUADERNOS DE DIFUSIÓN CIENTÍFICA SERIE: INGENIERÍA Y ARQUITECTURA · 01 GUÍA PRÁCTICA DE RAPID MANUFACTURING GUÍA práctica de Rapid Manufacturing / Pablo Hernández Castellano (coordinador) ; Felip Esteve ... [et al.]. -- Las Palmas de Gran Canaria : Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Servicio de Publicaciones, 2012 240 p. ; 24 cm. -- (Cuadernos de difusión científica. Ingeniería y Arquitectura; 1) ISBN 978-84-9042-023-2 1. Fabricación - Automatización 2. Producción - Innovaciones tecnológicas I. Hernández Castellano, Pablo, coord. II. Esteve, Felip, coaut. III. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, ed. IV. Serie 65.011.56

KTRM “Knowledge for transfer of Rapid Manufacturing” Proyecto Europeo de Transferencia de Innovación Programa de Aprendizaje Permanente “Leonardo da Vinci” 2010-1-ES1-LEO05-21195 La publicación de esta obra ha sido aprobada, tras recibir dictamen favorable en un proceso de evaluación interno, por el Consejo Editorial del Servicio de Publicaciones y Difusión Científica de la ULPGC © del texto: Pedro Hernández Castellano (coordinador), Felip Esteve, Karen Brans, Lauren Bruffaerts, Tim Pion, Mario D Monzón, Noelia Díaz, Antonio N Benítez, Pedro M Hernández, Fernando Ortega, Zaida Ortega, María D Marrero,David Balcells, Julien Magnien, Carsten Engel, Olivier Rigo, Laurent Voets, Denis Gravet, Thierry Dormal.

Traducción por: ULPGC, ASERM y ASCAMM Maquetación y diseño: Luis Suárez © de la edición: Universidad de Las Palmas de Gran Canaria Servicio de Publicaciones y Difusión Científica www.ulpgc.es/publicaciones serpubli@ulpgc.es Primera edición, 2012 ISBN: 978-84-9042-023-2 Depósito Legal: GC 1171-2012 IBIC: TBD / UG Impresión: Advantia Comunicación Gráfica Producido en España. Produced in Spain Reservados todos los derechos por la legislación española en materia de Propiedad Intelectual. Ni la totalidad ni parte de esta obra puede reproducirse, almacenarse o transmitirse en manera alguna por medio ya sea electrónico, químico, óptico, informático, de grabación o de fotocopia, sin permiso previo, por escrito de la editorial.

ÍNDICE PRESENTACIÓN CUADERNOS DE DIFUSIÓN CIENTÍFICA ........................ 11 1. INTRODUCCIÓN ................................................................... 15 1.1. La Industria en la era digital ............................................. 15 1.2. La evolución de Rapid Manufacturing ................................... 15 1.2.1. Necesidades y potencial del Rapid Manufacturing por sector ... 16 1.2.1.1. Industria aeroespacial ....................................... 16 1.2.1.2. Automoción y deportes de motor ........................... 16 1.2.1.3. Electrónica ..................................................... 17 1.2.1.4. Aplicaciones biomédicas ..................................... 17 1.2.1.5. Odontología .................................................... 17 1.2.1.6. Joyería ......................................................... 17 1.2.1.7. Videojuegos .................................................... 17 1.2.1.8. Coleccionismo .................................................. 18 1.2.1.9. Juguetes ........................................................ 18 1.2.1.10. Alimentación ................................................. 18 1.2.1.11. Educación ..................................................... 19 1.3. Ventajas y limitaciones ................................................... 19 1.3.1. Avances técnicos y operativos en la repetibilidad del proceso de fabricación ....................................................... 19 1.3.1.1. Tecnologías aditivas .......................................... 20 1.3.2. Ventajas y desafíos del futuro de Rapid Manufacturing ...... 20 1.3.3. Ventajas asociadas con los productos acabados ................ 21 1.3.3.1. Productos que requieren una forma compleja ........... 21 1.3.3.2. Productos multimateriales .................................. 22 1.3.3.3. Productos ergonómicos ....................................... 23 1.3.3.4. Mecanismos integrados en una sola pieza ................. 23

5

1.3.3.5. Acceso a nuevos nichos de mercado ....................... 23 1.3.4. Ventajas relacionadas con el proceso de implementación ... 23 1.3.4.1. Reducción de tiempo de comercialización de nuevos diseños ........................................................

1.3.4.2. Tiradas de producción cortas ...............................

1.3.4.3. Reducción de los errores de instalación y de los costes asociados ......................................................

1.3.4.4. Reducción de los costes de inversión en herramientas .

1.3.4.5. Procesos híbridos ............................................

23 24 24 24 25

1.4. Fabricación aditiva ........................................................ 25 1.4.1. Definición ............................................................ 25 2. TECNOLOGÍAS DE

RAPID MANUFACTURING.................................. 29

2.1. Estereolitografía ........................................................... 29 2.1.1. Descripción de la tecnología ...................................... 29 2.1.2. Características de la máquina y del proceso. .................. 30 2.1.3. Ventajas y desventajas............................................. 31 2.2. Sinterizado láser........................................................... 32 2.2.1. Descripción de la tecnología ......................................

2.2.2. Características de la máquina y proceso ........................

2.2.3. Materiales disponibles. ............................................

2.2.4. Ventajas y desventajas.............................................

32 33 35 36

2.3. Fabricación Aditiva mediante Extrusión de Material ................ 37 2.3.1. Descripción de la tecnología ...................................... 37 2.3.2. Características del proceso y equipamiento ................... 37 2.3.3. Aspectos Básicos de la Adición de Material mediante Adición de Material Extruido ............................................... 40 2.3.4. Tecnologías existentes ............................................. 42 2.3.5. Ventajas y desventajas............................................. 44 2.4. Impresión tridimensional ................................................. 45 2.4.1. Descripción de la tecnología .....................................

2.4.2. Características de la máquina y del proceso ...................

2.4.3. Ventajas y desventajas.............................................

2.4.4. Aplicaciones de la impresión en 3D ..............................

2.4.5. Ejemplos..............................................................

45 46 51 52 52

2.5. Impresión en 3D (Polyjet) ................................................ 53 2.5.1. Descripción de la tecnología ..................................... 53 2.5.2. Características de la máquina y proceso ........................ 56

6

2.5.2.1. Hardware ....................................................... 56 2.5.2.2. Software y control del proceso ............................. 56 2.5.3. Materiales disponibles .............................................. 58 2.5.4. Ejemplos de piezas .................................................. 64 2.5.5. Ventajas y limitaciones ............................................. 66 2.6. Fundición por láser de polvo de metal ................................. 66 2.6.1. Descripción de la tecnología ....................................... 66 2.6.2. Características de la máquina y del proceso .................... 69 2.6.3. Materiales disponibles .............................................. 69 2.6.4. Ejemplos ............................................................. 69 2.6.5. Ventajas y desventajas ............................................. 70 2.7. Fusión por haz de electrones ............................................. 71 2.7.1. Descripción de la tecnología ...................................... 71 2.7.2. Características de la máquina y del proceso ................... 72 2.7.3. Materiales disponibles ............................................. 73 2.7.4. Ejemplos .............................................................. 74 2.7.5. Ventajas y desventajas ............................................ 75 2.8. Impresión tridimensional Metal Process ................................ 76 2.8.1. Descripción de la tecnología ...................................... 76 2.8.2. Características de la máquina y del proceso .................... 77 2.8.2.1. Hardware ....................................................... 77 2.8.2.2. Software y control del proceso ............................. 78 2.8.3. Materiales disponibles ............................................ 78 2.8.4. Muestras .............................................................. 79 2.8.5. Ventajas y desventajas ............................................. 83 2.9. Recubrimiento por láser ................................................. 83 2.9.1. Descripción de la tecnología ....................................... 83 2.9.2. Características de la máquina y del proceso .................... 85 2.9.3. Materiales ya utilizados con IREPA-Laser ........................ 85 2.9.4. Ejemplos .............................................................. 86 2.9.5. Ventajas y desventajas ............................................. 86 2.10. Deformación incremental de chapa metálica ........................ 89 2.10.1. Descripción de la tecnología ..................................... 89 2.10.2. Características de la máquina y del proceso .................. 91 2.10.3. Ventajas y desventajas ............................................ 93 2.10.4. Ejemplos ............................................................. 94 2.11. Electroconformado ....................................................... 96 2.11.1. Descripción General ............................................... 96 7

2.11.2. Fundamentos electroquímicos del proceso ....................

2.11.3. Etapas de preparación ............................................

2.11.4. Descripción del equipo de electroconformado ...............

2.11.5. Ventajas y desventajas ...........................................

2.11.6. Aplicaciones ........................................................

96 97 98 99 99

2.11.6.1. Moldeo por inyección ....................................... 99 2.11.6.2. Moldeo rotacional .......................................... 100 2.11.6.3. Electrodos de EDM obtenidos por electro conformado de cobre ...................................................... 101 2.11.6.4. Otras aplicaciones.......................................... 102 2.12. Colada en vacío ......................................................... 102 2.12.1. Preparación y Producción de un Molde de Silicona ........ 104 2.12.2. Colada de las Resinas ............................................ 107 2.12.3. Máquinas de Colada en Vacío ................................... 110 3.

DISEÑO Y ANÁLISIS ............................................................. 117 3.1. Introducción ............................................................... 117 3.2. Diseños para la fabricación aditiva .................................... 118 3.2.1. Oportunidades ...................................................... 118 3.2.1.1. Supresión de herramientas tradicionales ............... 118 3.2.1.2. Reducción del proceso de ensamblaje ................... 119 3.2.1.3. Funcionalidades integradas ............................... 120 3.2.2. Puntos específicos a considerar ................................. 126 3.2.2.1. Grosor de las paredes ....................................... 126 3.2.2.2. Tamaño ........................................................ 126 3.2.2.3. Calidad de la superficie .................................... 128 3.2.2.4. Precisión y tolerancia geométrica ....................... 128 3.3. Formato de archivos y software ....................................... 128 3.4. Conclusión ................................................................. 130

4. MATERIALES EMPLEADOS EN

RAPID MANUFACTURING ................... 133

4.1. Polímeros .................................................................. 133 4.1.1. Materiales para Estereolitografía .............................. 133 4.1.1.1. Almacenamiento de Materiales ........................... 134 4.1.2. Materiales para Sinterizado Láser .............................. 135 4.1.2.1. Almacenamiento de los Materiales ....................... 136 4.1.3. Materiales para Extrusión ........................................ 136 4.1.3.1. Materiales para Pieza Final ................................ 137

8

4.2. Metales .................................................................... 141 4.2.1. Atomización de Gases ............................................. 141 4.2.2. Atomización de Plasma ........................................... 142 4.3. Materiales para Colada en Vacío ...................................... 144 4.3.1. Siliconas ............................................................. 144 4.3.2. Resinas .............................................................. 145 4.3.2.1. Resinas de Poliuretano ..................................... 146 4.3.2.2. Resinas de Nylon............................................. 147 4.3.2.3. Resinas Epoxi ................................................. 147 4.3.2.4. Otros Materiales ............................................. 148 4.3.3. Almacenamiento de los Materiales ............................. 148 5. MODELOS DE NEGOCIO EN

RM .............................................. 153

5.1. Introducción .............................................................. 153 5.2. Modelo de negocio: origen, definición y beneficios ............... 154 5.2.1. Concepto general de Modelo de negocio ...................... 155 5.2.2. Categorías de Modelos de negocio .............................. 156 5.2.3. Ejemplos de modelos de negocio................................ 157 5.2.4. Comparación del Modelo de negocio con la visión y estrategia de una empresa ................................................... 157 5.3. Modelos de negocio innovadores ...................................... 158 5.3.1. Los elementos de la innovación en el modelo de negocio .. 159 5.3.2. Beneficios de la innovación en el modelo de negocio ....... 162 5.4. Diseño de modelos de negocio ......................................... 163 5.4.1. Elementos del modelo de negocio - El diseño preliminar ... 163 5.4.2. Evaluación del modelo de negocio .............................. 173 5.5. Modelos de negocio de Rapid Manufacturing ....................... 176 5.5.1. Modelos de negocio de fabricación personalizada ........... 177 5.5.2. Modelos de negocio de fabricación personalizada y flexible 178 5.5.3. Modelos de negocio de servicios innovadores ................. 179 5.5.4. Modelos de negocio orientados al diseño ..................... 180 6.

CONCLUSIONES ................................................................. 185 6.1. Introducción .............................................................. 185 6.2. Personalización en masa ................................................ 186 6.3. Fabricación de formas libres .......................................... 186 6.3.1. Beneficios de estas capacidades para diferentes sectores ... 187 6.4. Fabricación digital flexible ............................................. 187 6.5. Fabricación sostenible .................................................. 188 9

6.6. La importancia del Rapid Manufacturing para la economía ....... 189

GLOSARIO. ....................................................................... 193 8. RECURSOS ...................................................................... 231 ABREVIATURAS ..................................................................... 233 AUTORES ............................................................................ 237 ENTIDADES COLABORADORAS .................................................... 239

7.

* Los autores de las aportaciones aquí referenciadas, se encuentran en la página 237.

10