TDX SISTEMAS MATERIALES
TDx Profesores: M. en D. Gibsy M. Estrada Calderón M. en D. Carlos Perea García Alumno: Abraham Vega Cuenca
Julio 2020
S
Contenido Introducción 1 Definición morfologica -Primera exploración -Segunda exploración -Tercera exploración -Cuarta exploración -Quinta exploración -Explración Final 2 Conexiones 3 Fabricación 4 Sistemas 5 Especulaciones 6 Conclusiones
Introducción
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Diseño Experimental El presente documento corresponde a la materia de Diseño Experimetnal II del segundo semestre de la Maestría en Diseño Avanzado de la UMSNH, el cual pretende registrar y ordenar información sobre el proceso de exploración de estructuras naturales mediante la definición de patrones de crecimiento encontrados en la naturaleza, con la recolección y análisis de datos, para describir procesos formales que derivan en la obtención de nuevos modelos análogos y digitales , en su primera fase, para entender su comportamiento morfologícos que lo integran.
1 Expandir las formas de diseñar, por medio de integración de nuevos modelos al crear.
2 Realizar proyectos que cuestionen los métodos tradicionales de diseño.
3 Entender el proceso, más alla de solo el resultado final
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4 Promover colaboraciones interdisciplinarias 5 Asimilar la opción de no tener un objetivo fijo
Biomimética 2.-Identificamos un problema o necesidad y buscamos ideas para solucionarlo en el mundo biológico.
Es por esto que ha llevado al ser humano a utilizar la naturaleza como fuente de inspiración a lo largo de los siglos.
La Biomimética es la ciencia que se basa en estudiar los modelos, sistemas y procesos naturales para adaptarlos a soluciones prácticas para las necesidades humanas.
La inspiración de la naturaleza puede ser en los dos sentidos: 1.-Identificamos una característica de un ser vivo que nos resulte de interés, y a partir de ella intentamos lograr un desarrollo tecnológico.
1 Id
ent
Literalmente significa “imitar la vida” (de bios, vida, y mimesis, imitar).
ific
3
ar
ar
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9
Entender 6
pl
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em
4P
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ar 5 Evalu
La naturaleza ha evolucionado a lo largo millones de años para ajustarse a nuevas situaciones y solucionar una gran cantidad de dificultades, creando soluciones innovadoras y eficaces que proporciona un perfecto balance con el medio ambiente.
2 Interpretar
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Explorar
Proceso
Materializar
Hongos
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Los hongos forma un grupo de organismo talofitos, eucarióticos, desprovistos de clorofila (Alxopolous y col., 1996).Son organismos por lo general microscópicos heterótrofos, productores de esporas, pueden ser pluricelulares,ramificados y a menudo filamentosos con paredes celulares definidas que contiene quintina, celulosa, o ambos componentes (Sobrado y col., 2013). La mayoría de las 100000 especies de hongos conocidas son estrictamente saprofitas y viven de l materia orgánica muerta a la que descomponen. Los basidiomicetos Los basifiomicetos son un grupo de gran importancia entre los hongos, pues tienen
participación esencial en la naturaleza por la versatilidad de las especies que los cotituyen, unas formas ectomicorrizas, otras son cuasantes de enfermedades como las royas y los carbones, se encuentran también especies cmestibles como setas que se cultivan con fines nutritvos . Esta clase se caracteriza por la formación de basidios estructuras tubulares o en forma de clva y sus esporas sexuales las basidiosporas. Carbones La ustilaginales son hongos fitopatógenos de importancia económica debido a que ocasionan enfermedades en monocotiledóneas de todo el mundo, se consideran la primera causa potencial
del carbón en las plantas. Estos hongos son parásitos muy importantes causantes de grandes pérdidas a los agricultores. Tiene un siclo de vida menos complicado, pueden sobrevivir en los desechos de las cosechas (materia orgánica muerta). Sus esporas son diseminadas por el viento, la lluvia o implementos de labranza o por medios de insectos.
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Huitlacoche
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El carbón común del maíz también conocido como “huitlacoche” es el resultado de la infección de un basidiomiceto paracito para el maíz llamado ustilago mydis, formando agallas en los granos de maíz incrementando su volumen y formando una masa negra de teliosporas, la cual es un alimento de alto valor nutricional por su alto porcentaje proteínico comparado con os granos de maíz sin infección, su sabor es único y atractivo en la cocina mexicana. Etimológicamente significa “suciedad que duerme “esto indica que una parte vegetal no creció como debía, si no que dormía “cuitlacotchtli” de “cuitla” (suciedad, excremento, basura) y “cotcli” dormir.
Es un hongo polimórfico, con una forma saprofita, la cual se desarrolla como células haploides levaduriformes basidiósporas las cuales son hialina y ovaladas y se caracterizan por no ser patógenas, la cual se desarrolla como células dicarióticas miceliales y que es la forma patógena que crece en la planta maíz formando tumores o agallas en las partes aéreas de la planta, donde se forma una tercera forma, las teliosporas negras, esféricas o elipsoidales que presentan protuberancias prominentes y en forma de espina las cuales son las formas de propagación y resistencia.
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Ciclo de vida Huitlacoche
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El hongo hiberna en forma de teliosporas en los restos del cultivo del maíz y en el suelo, donde se mantiene viable durante muchos años. En las estaciones de primavera y verano, las teliosporas si encuentra las condiciones óptimas de temperatura y humedad relativa germinan produciendo un basidio de cuatro células haploides (el promicelio), de cada una de las cuales se desarrolla una basidiospora hialina, ovalada uninucleada que son llevadas por las corrientes de aire y son salpicadas o arrastradas por la lluvia hasta los tejidos jóvenes y en proceso de desarrollo de las plantas de maíz donde germinan sobre la superficie del hospedero y producen una hifa fina (pseudomicelio monocariotico), el cual puede vivir saprofito sobre la
superficie del hospedero y se introduce en las células epidérmicas por penetración. En caso de que ocurra la fusión, la hifa resultante aumenta su diámetro y se vuelve dicariótica. Esta hifa se desarrolla en los tejidos de la planta principalmente a nivel intercelular. Las células que rodean a la hifa son estimuladas para que sufran hipertrofia e hiperplasia y comienzan a formarse las agallas, estas pueden empezar a formarse incluso antes de que el hongo invada a los tejidos. Las células alargadas del maíz son invadidas por el micelio, por lo que se colapsan y mueren. El micelio del hongo utiliza los contenidos de la célula para desarrollarse, y la agalla consiste principalmente de micelio dicariótico y restos de células de los granos de maíz. La mayoría de las células dicarióticas posteriormente, se transforman en teliosporas y durante el proceso parecen absorber y utilizar el protoplasma de las demás células miceliales, las cuales quedan vacías. Estas teliosporas se agrupan en masas denominadas soros, las cuales se mantienen firmemente unidas por medio de una membrana la cual cubre a la agalla
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1 Definición morfologica (exploraciones)
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Conceptos basicos Como resultado del análisis hecho, se tomo como camino de exploración para traducirlo morfológicamente el:
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Comportamiento patogeno del ustilago mydis, en los granos del maiz
Patogeno.Que causa o produce enfermedad.
AGALLA.-Se trata de la respuesta del vegetal a la presencia del parásito con un crecimiento anómalo de tejido que intenta aislar el ataque o infección.
basidio, latín basidium (pl. en latín, basidia) es una estructura microscópica productora de esporas encontrado en los himenóforos de los cuerpos fructíferos de los hongos basidiomicetos. Micelio Aparato vegetativo de los hongos que le sirve para nutrirse y está constituido por hifas. HIFAS. filamentos cilíndricos que conforman la estructura del cuerpo de los hongos pluricelulares
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Primera exploración
Conclusión:
soros 20
Basándose en el huitlacoche, observando la forma de invasión de las esporas del hongo sobre la planta de maíz, se crea la primera exploración; con ayuda de rhinoceros y grasshopper se diseña una membrana donde se simula la creación de soros, inspirados en el resultado de la invasión de hongo sobre el grano de maíz.
Esta primera exploración solo responde a una configuración de malla que seria complicado su reproducción para hacer un sistema que pudiera proliferar en los tres ejes, por lo tanto se descarta dicha exploración
Invasión de tejido
Invasión de tejido máximo
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Hipertrofia
Segunda exploración
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Para la segunda exploración se continuó analizando y entendiendo el comportamiento del patrón de invasión del hongo ustilago maydls, en el cual se detectó que una vez penetrado e invadida la planta, el hongo se concentra en los granos de maíz, donde ataca las células, a dicho ataque estimulas las células y crean hiperplasia e hipertrofia, dando como resultado una deformación a la configuración original de la células.
Hiperlapsia
Hipertrofia
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Hiperlapsia
Hifas
Conclusión: Esta segunda exploración presenta elementos interesantes, presenta una alteración en su forma, representando la hiperplasia y la hipertrofia, pero sin embargo continua siendo complejo crear un sistema, sus uniones resulta muy complejo y se corre el riesgo de crecimiento en solo los ejes “x” y “y”.
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Planta
Proliferación
Alzado lateral
Alzado frontal
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Tercer exploración
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Para la tercera exploración se tomo un camino diferente, se abandono la idea de empezar sobre un plano, se opto por abstraer las células del grano de maíz en una esfera, la cuales invadida por los micelos del hongo, los cuales provocan alteraciones en su morfología.
Parametros Derivados de la reproducción del hongo, se divide en 4 el promicelo,
Parametros Hifas, se trasforma y generan 1 nucleo extra al existente..... dicariotica de 2 nucelso
Conclusión: Las características geométricas complica su proliferación, permite el crecimiento en los tres ejes, pero se hace inestable. Por sus características morfológicas al diseñar la conexión que unirá a las piezas resulta externo a la morfología creada, por lo cual se descarta como solución final.
Proliferación
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Propagación micelio
Cuarta exploración
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Con base a los resultado anteriores se procedió a simplificar el módulo, siendo el producto de la reinterpretación de un micelo el cual, se va multiplicando e invadiendo la células del maíz, provoca hiperplasia e hipertrofia en su composición.
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Hipertrofia
Hiperlapsia
micelos
Planta
Conclusión: La morfología de la pieza se abstrae de la configuración natural de un micelo del hongo, su proliferación podría ser en todos los ejes, pero su estructura como modulo individual no es estable, por lo cual se procede a descartar de igual forma.
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Alzado lateral
Proliferación
Alzado frontal
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Quinta exploración
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Siguiendo el análisis de la cuarta exploración, dio como resultado la reinterpretación de un micelo el cual, se va multiplicando e invadiendo la células del maíz, provocando hiperplasia e hipertrofia, teniendo en consideración que el modulo tiene que ser autoportante y replicable se obta por una nuevo morfología, que permitiera proliferar de un forma estable.
Propagación micelio
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Planta
Conclusión: La morfología de la pieza responde positivamente a todos los requerimientos, como modulo individual es muy estable, su morfología responde al análisis biomimetico realizado. Se toma como modelo final para explorar conexiones para formar un sistema.
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Alzado lateral
Proliferación
Alzado frontal
Alzado frontal
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2 Conexiones
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9.10
9.10
0
2.6
9.3
0
2.0
2.0
1.9
2.25
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Alzado lateral
Alzado lateral
9.25
2.8
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Para poder crear un sistema con el prototipo seleccionado, se tiene que tomar en cuenta que será fabricado de forma híbrida digitalaná loga, replicada de manera análoga a una escala menor. Con este objetivo el prototipo debe cumplir con requerimientos de proliferación en los 3 ejes (“y”,”x” y “z”), con diversas posibilidades de configuración simples o complejas según cada elección.
9.40
9.10
9.10
2.4
5
Alzado frontal
1.9
1.9
Planta
Alzado frontal
o
Pieza final
180
El sistema funciona por medio de ensambles tipo machimbrado que se generan en cada uno de los extremos de las piezas.
40
Conexión 2 piezas
1.50
2.00
0.60
0.58
0.60
Detalle conexión
Perspectiva
Conexión 3 pzas
Para poder comenzar el armado de sistema se tiene que rotar una pieza a 1800 para conectar en negativo y positivo entre las piezas, como se muestra en el diagrama.
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3 Fabricación
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Diseño digital
Proceso de producción
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El proceso se fabricación fue un proceso hibrido digitalanálogo, donde se comenzó con el modelado por medio de rhinoceros para poder preparar el archivo para su impresión en 3d, realizado la impresión de la pieza se procedió a preparar el contra molde, para poder recibir el silicón y generar el molde para la producción manual de la pieza.
1 Diseño digital
2 Impresion 3d
3 Detallado y lijado de pieza
Diseño digital
4 Hacer molde de silicona
5 Juntar ingredientes aglutinantes
La pieza se modeló digitalmente con la ayuda de rhinoceros, se comenzó con un mesh box, el cual fue editado por cara creando es extruccion de caras, editando las mismas a la requerimientos deseados, al obtener la forma deseada el objeto se le aplico un suavizado de caras, convirtiendo el objeto en sub, por último se le aplico booleanas para realizar las extracciones de las conexiones.
6 Pruebas de materiales Impresión 3d
7 Moldear
8 Detallado de piezas
Preparado el archivo digital se procedió a la impresión 3d, la cual requirió un tiempo de impresión de 220 min.
9 Armar sistema
Impresion 3d
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Detallado de piezas
vertió sobre el contra molde con la pieza debidamente colocada, posteriormente se vibró el molde por medios manuales para tratar de evitar las burbujas, el molde se curó de manera natural y llego a un secado al tacto en 50 min. El molde se realizó en una sola pieza posteriormente se corto en dos para poder desmoldar las piezas resultantes.
Antes del realizar el molde se detalló y limpió las piezas impresas con la yauda de una lima metalica 15138, la pieza fue impresa en 2 ocasiones para comprobar que las conexiones funcionaran correctamente de acuerdo al diseño digital.
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Molde Para el colado del molde se usó un kg de silicón de 450, diluyente para silicón 600 gr, medio gotero de catalizador para silicón, será desmoldante, una espátula, un recipiente de reusó y un contra molde para contener el silicón. Como primer paso se aplicó será desmoldante al contra molde; posteriormente en el recipiente de reúso se integraron el silicón y el diluyente hasta obtener una mezcla homogénea, obtenida la textura deseada se aplicó el catalizador para que pudiera endurecerse, se
Piezas detalladas
47 Contra molde
Diluyente 600 gr
Silicón 450 1 kg
Catalizador 1/4 gotero
Espatula
El contra molde fue elaborado con mdf de 3 ml, cortado de manera manual con una pulidora, para sujetar la pieza se usaron palillos dentales, 3 en la parte inferior y otros 6 para contener la piezas en diversos puntos, de igual forma se uso poliestireno para dar la forma adecuada al molde y evitar el gasto excesivo de silicón.
Cera desmoldante
Elaboración de molde
Primer prueba
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carbonato de calcio 5 gr
Resina poliester 100 gr
Catalizador resina 40 gts
Pigmento 3 gr
Tiempo de secado 50 min
Yeso dental grado 3 100 gr
Agua 24 ml
Listo el molde, se procedió a generar la primera prueba de producción de la pieza, esta se realizó con 100 gr de resina poliéster, una cucharada de carbonato de calcio, 3 gr de pigmento color amarillo limón, aplicando 40 gotas de catalizador para resina; esto nos dio como resultado un secado al tacto de 50 min. Para realizar la inyección de la resina se preparó el molde y se cubrió con el contra molde con ayuda de cinchos platicos; en cuanto a la resina se uso una jeringa de 10 ml; para el vibrado se uso solo la parte posterior de la espátula con la que se mezclaron los ingredientes.
Tiempo de secado 6 min
Segunda prueba En la exploración para poder realizar un sistema adecuado, se realizaron la pruebas con diferentes materiales los cuales pudieran proporcionar la optima resistencia, textura y maleabilidad, para facilitar su producción en serie. Como prueba se realizo una pieza a base yeso de alta resistencia tipo 3 de secado rápido, su secado se obtuvo a los escasos 6 min, se pudo desmoldar sin ningún problema, pero la consistencia no es tan firme como la de las resinas, además presenta muchas burbujas en la cara superior, por lo que se decide descartarla como posibilidad de creación del sistema.
Elaboración primer pieza
Elaboración pieza de yeso
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Tercera prueba
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Resina cristal 100 gr
Butanox 50 gts
Pigmento 7 gts
Tiempo de secado 40 min
carbonato de calcio 5 gr
Resina poliester 100 gr
El uso de resina cristal fue la siguiente prueba de material, para esta prueba se usó: 100 ml de resina cristal, 7 gotas de pigmento color morado y 60 gotas de butanox (catalizador), con esta cantidad de catalizador se logró reducir el tiempo de secada a 40 min, sin embargo aun no es suficiente para poder ser efectiva la cadena de producción; la resina cristal en contrapunto con la resina poliéster no presenta tanta rigidez, por lo cual se descarta de igual forma.
Anilina 30 gts
Catalizador Pigmento 3 gr resina 60 gts
Tiempo de secado 10 min
Prueba Final Se opta por tomar la primera exploración de materiales para proceder a realizar el colado de 30 piezas, sin embargo se explora de nueva cuenta con la misma fórmula de resina, pero ahora se agrega anilina, un acelerante que logra disminuir en un 80% el tiempo de secado.
Piezas Resina cristal
Piezas final
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Pruebas de relacion de los materiales
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Antes de realizar la producción en serie con el material seleccionado se realizaron pruebas de interacción de los diferentes materiales, cabe mencionar que todos los materiales funcionaron, ninguno sufrió fractura, además la conexión era muy eficiente y permitía mantenerse unidas todas la piezas
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Prueba de conexión de piezas
Producción
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El proceso de producción presenta diversas dificultades, con el uso el molde se desgasta y pierde el sellado hermético que mantuvo con las primeras piezas, para evitar las fugas de resina, se aplica en el contra molde una tira de cinta autovulcanizable a la altura de la unión de los moldes resultantes. El sellado con la cinta funciona pero trae como consecuencia la creación de burbujas de tamaño muy considerable lo que ocasiona que la resina no pueda llegar a todo el molde, dando como resultado piezas incompletas.
Contra molde
Fuga de resina
Contra molde reparado con cinta autovulvanizable
Piezas incompletas por burbujas
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4 Sistemas
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o
180 o
180
Modulos El modulo principal permite la posibilidad de creación de diversos sistemas, se podrían clasificar en 2:
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o
180
-Los de patrones repetidos, que se forma al poner en negativo las piezas -Los patrones aleatorios Cuando el giro de una pieza no es a 180 grados, sino a otro grado, la piezas comienzan a generar, diversas configuraciones que no respetan patrones como en el primer caso, a partir de esto se pueden general un sin numero de posibilidades usando la misma pieza.
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Detalle union 5 pza
Render union 5 pza
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Render 32 pzas Sistema real
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Sistema real Sistema real
Patrones aleatorios
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Cuando el giro de una pieza no es a 180 grados, sino a otro grado, la piezas comienzan a generar, diversas configuraciones que no respetan patrones como en el primer caso, a partir de esto se pueden general un sin numero de posibilidades usando la misma pieza.
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Render 3 pzas
Sistema 15 pzas real
Sistema 30 pzas aleatorio real
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5 Especulaciones
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5 Conclusión
El diseño experimental tiene un sinfín de caminos, los cuales en esta ocasión hicimos un acercamiento a la biomimética, este proceso puede ser muy complejo, este modulo realmente lo disfrute, analizar un método de invasión tan común en la naturaleza, ¿será que nosotros como humanos somos un micelos que vamos invadiendo y deformando la naturaleza? dentro del modulo creo que se estimuló la creatividad y las habilidades tanto digitales como análogas, el aprendizaje llego desde una mirada mas critica, en la forma como podemos hacer mas eficiente un proceso, en la parte digital, se entendió como debemos tomar en cuenta esas pequeñas medidas casi inexistente, inusualmente exacta, del mismo modo el
proceso se de configuración digital , puede ser más complejo que de forma análoga tocando y girando la materialidad de una forma más cercana pues la maquinas lo traducen de un manera limitada o sin control sobre el espacio de trabajo; no lejos de esa realidad también entendemos las complicaciones que tiene los procesos análogos; que en lo personal los disfruto mucho, pero independientemente de lo divertido que pueden ser, creo que tiene que ser sumamente riguroso y cuidados, a pesar de haber diseñado por paso el proceso del molde, me queda como aprendizaje los pequeños detalles que debemos tomar en cuenta, si sabemos que es un proceso que se va repetir obviamente tiende a generar un desgaste, este punto se debe tomar en
cuanta desde el principio, los materiales a usar en un contra molde tiene que ser mas resistente, pues se llegan a desgastar y fracturar con el uso. Los procesos químicos con lo que se tuvo contacto, son sumamente interesante, entendimos la importancia de los factores climáticos que van de la mano con las reacciones químicas, de igual forma se entendió que la dureza no siempre es lo mas apto a la hora de generar piezas que se ensamblan. El fin del modulo deja un gran aprendizaje, pero sobre todo dudas acerca de hasta donde puedo diseñar y como puedo hacerlo
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