La impresión en 3D como tecnología en auge

Tarde o temprano llega el momento en el que se nos ocurre una idea y no podemos llevarla a cabo, simplemente por no tener los medios necesarios a nuestro alcance. En mi caso, esto fue lo que me llevó a construir una impresora 3D. La idea de poder materializar mis ideas/diseños de forma rápida y barata, resultó ser una gran motivación. Esto supone una gran ventaja a la hora de diseñar/construir prototipos. La impresión en 3D nos permite aprender a base de prueba-error, sin preocuparnos por los costes, cosa que no sucede con los sistemas de fabricación mediante máquina-herramienta.

Por otro lado cabe decir que no todo son ventajas. La impresión en 3D mediante extrusión de un filamento plástico, tiene ciertas limitaciones, principalmente mecánicas.

Dado que la impresión en 3D de una pieza se lleva cabo capa a capa, la adhesión entre capas nos limitará la resistencia mecánica de la pieza.

Patrones de impresión

 

Si sometemos la pieza a esfuerzos mecánicos en el eje ‘z’ (altura), se nos puede producir una separación de las capas (efecto acordeón). Esta limitación es muy importante que la tengamos en cuenta a la hora de imprimir nuestra pieza. Intentaremos orientar la pieza de forma que el eje ‘z’ de impresión no coincida con la dirección de los esfuerzos mecánicos a los que estará sometida nuestra pieza.

Por otro lado, la resistencia mecánica también está condicionada por la calidad del plástico, las condiciones de impresión, el diseño, etc. La buena noticia es que en la mayoría de los casos, esta limitación no nos afectará o será solucionable.

Una de las cosas que hemos aprendido después de un tiempo utilizando la impresora 3D es que esta tecnología resulta muy útil para la creación de piezas únicas. Por el contrario, cuando queremos construir series de piezas, resulta un sistema muy lento.

Un ejemplo de ello lo hemos encontrado en el proyecto de construcción de un satélite para detección de NEOs, llevado a cabo por Alí Eliyahu Beizaee (UPC). Los NEO (del inglés Near Earth Objects) son objetos cercanos a la Tierra como pueden ser pequeños asteroides que por su órbita pueden ser una amenaza para la Tierra. Estos deben ser monitorizados para tomar acciones en caso de colisión.
https://es.wikipedia.org/wiki/Objeto_próximo_a_la_Tierra

Satélite AliNEO

La idea inicial consistió en fabricar el cuerpo del satélite mediante impresión en 3D. Debido a que el tamaño de las piezas era mayor que el área de impresión disponible, se consideró la opción de dividir cada pieza en dos mitades. El diseño final, contemplaba imprimir 12 piezas para el cuerpo y 4 para los soportes de las placas solares.


Mitades

 

Zona caliente

Mejora en el proceso de fabricación

El tiempo requerido para fabricar una de las 12 piezas necesarias para el cuerpo del satélite fue de 17 horas, es decir, necesitaríamos 12 días sólo para fabricar una parte del satélite. Esto nos llevó a considerar otras opciones.

Finalmente optamos por replicar la pieza imprimida mediante un molde de silicona y resina de poliuretano. Mediante esta técnica de fabricación, conseguimos reducir el tiempo de fabricación de 12 días (más de 200 horas) a 6 horas.


Preparación molde

 

Desmoldeado

 

Resultados

En conclusión, la impresión en 3D nos ha servido para construir una pieza desde cero. Una vez construida, la hemos podido fabricar en serie mediante la técnica de moldeado, lo cual nos ha ayudado a reducir de forma notable los tiempos de fabricación. Otras ventajas de esta técnica son: el mejor comportamiento y resistencia mecánica de las piezas construidas, así como una mejor repetitividad de las piezas, es decir, reducimos también los tiempos de validación de las piezas. En el caso de la impresión en 3D, tendríamos que validar cada una de las piezas fabricadas.

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Joshua Tristancho Martínez
Joshua Tristancho Martínez

Profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Responsable del programa de espacio para femto-satélites y mini-lanzaderas en Team FREDNET y WikiSat.  Ingeniero Técnico Aeronáutico, esp. Aeronavegación, y Master in Aerospace Science and Technology por la UPC.

Sobre este blog

El creciente desarrollo que la tecnología experimenta en el sector aeroespacial hace que cada vez sea más barato el acceso al espacio. El uso de femto-satélites (menos de 100 gramos) con plena capacidad de comunicación y control, nos permitirá usar micro-lanzaderas (menos de 100 kg) de bajo coste para ponerlos en órbitas LEO (Low Earth Orbit).

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