Evaluación de Ideas

Siendo las ideas tomadas para un análisis en primera instancia:

1. Utilizar un dispositivo que caliente la cera para pasarla por un conducto hacia el cabezal distribución.

2. Utilizar un sistema de extrusión de cera combinado con un calentador.

3. Prefabricar los hilos de cera y utilizar rodillos para desplazarlos (Se fusionan a la salida por un láser que los caliente para unirse).

4. Combinar una de las ideas cambiando el material a utilizar (Considerar otras opciones aparte de la cera)

5. El material que se propone es utilizar Silicón Industrial.

Procedemos a realizar un análisis en primera instancia marcando lo positivo (P), negativo (N) e interesante (I) de la idea:

IDEAS	1	2	3	4	5
P	·Derretir cera es simple	·Control del caudal ·Control del diámetro del filamento.	·Control del caudal ·Control del diámetro de los filamentos.	·Los problemas debidos a las propiedades físicas de la cera, pueden ser resueltos.	·No necesita ser calentado, ya viene en estado líquido. ·Se puede trabajar con un sistema de extrusión. ·Se puede controlar el caudal y el diámetro de salida de manera sencilla.
N	·La cera se seca muy rápido. ·Posibilidad de obstruir el tubo si no se controla bien la temperatura de la cera.	·La cera al salir derretida puede que se solidifique muy rápido o muy lento. Ambos casos ocasionarían problema para construir el modelo deseado.	·La cera solida no es maleable, se quiebra. ·Dificultad de enrollar un carrete prefabricado para obtener la autonomía deseada. ·Debe ser precisa la utilización del láser.	·Puede aumentar los costos de fabricación.	·Debe manejarse con cuidado. No puede exponerse al aire, ya que se solidifica la cera.
I	·La cera es fácil de manipular, no tóxica. Al solidificarse, se vuelve lo suficiente resistente para el objetivo planteado.	·Es un sistema bastante simple ·Fácil de manipular. ·El canal de suministro puede estar anclado al banco.	·El láser es muy costoso	·Pueden ser materiales que requieran cierta cautela al manejar. Porque bajo ciertas condiciones pueden ser tóxicas.	·Mientras el contenedor, ni el sistema de suministro se mantenga expuesto al aire antes o después de utilizar el equipo, el mismo no se solidifica y no causará obstrucciones del mismo.

De aquí se tomarán dos opciones a analizar en el análisis KT:

1. Sistema de extrusión de cera combinado con un calentador

2. Sistema de extrusión con Silicón

Normas Relacionadas

Generación de Ideas

Brainstorming

1° Round; “Cabezal de Impresión en 3D con cera”
PARA EL CABEZAL ·         Utilizar un sistema de extrusión de filamentos ·         Utilizar un sistema de calentamiento para suavizar la cera. ·    Utilizar polvo de cera de vela, y calentarlo hasta fusionarlo antes de la salida. ·         Cera pre-molida o rayada ·         Boquilla de suministro con diámetro de filamento deseado ·         Válvulas de compuerta y check ·         Expulsión a través de rodillos ·         Uso de motores eléctricos ·         Rodamientos, poleas ·         Embudo o guía del filamento (dispensación localizada)	PARA EL SISTEMA DE SUMINISTRO ·     Utilizar un cartucho con cera en forma de filamentos prefabricado ·    Resistencias eléctricas que calienten la cera a lo largo del trayecto ·  Utilizar mangueras para transportar el material, desde el sistema de suministro anclado a la mesa de trabajo al cabezal. ·  Utilizar rodillos para transportar los filamentos. ·        Bomba de desplazamiento positivo para la cera liquida (engranajes) ·         Uso de resistencias térmicas, eléctricas ·         Manguera para transporte de cera liquida (aislada, caliente, cables de cobre, fluido a mayor temperatura) ·         Enrollado de filamento
2° Round; “Sistema del cabezal de Impresión en 3D”
PARA EL CABEZAL ·      Válvulas para la cera ·      Válvulas para el agua ·      Boquilla desprendible para el vaciado de los canales y su propia limpieza. ·      Regulador de presión ·       Acoples al sistema del brazo por gravedad y presión o por medio de tuercas	PARA EL SISTEMA DE SUMINISTRO ·   En lugar de cera utilizar silicón como material de impresión es un material más dúctil, fácil de maniobrar y transportar por el canal. Aparte de tener un tiempo de solidificación más largo en comparación con la cera ·        Se transporta la cera por gravedad ·       Crear un envase al estilo de baño de María para derretir la cera, y los canales que tengan igual agua caliente alrededor sin tener contacto con la cera. ·        Contenedor de cera, en forma de embudo, con agujeros en las paredes que ruedan y permiten el paso del agua caliente para su  limpieza. ·     Una especie de plataforma con filtro que pueda sacarse por la parte superior, para sostener y retirar la cera que no se halla usado dentro del contenedor.

Brainwriting

1) Esta primera idea refleja un sistema de impresión 3D que utiliza el principio de la extrusión, los filamentos se moverían en base a:

Un motor que transmite potencia a través de una correa a un reductor de velocidad, este accionará un sistema de tornillo sin fin que trasladará el líquido de la cera hasta el cabezal.

Todo el sistema que involucre la cera, estará protegido por un material que permita conservar la temperatura semilíquida de la cera aportándole el calor ante las pérdidas por el contacto de las superficies en su camino, tanto del embudo, el tornillo sin fin como las paredes que la rodearán.

 

Cuadro Morfológico

Preparar el Filamento	Dispensar el filamento	Transportar el Filamento
1. Resistencia Térmica que derrite la cera	1. Boquilla del Cabezal	1. Tornillo sin fin
2. Rollo para pulverizar la cera	2. Válvula reguladora de dispersión	2. Tubería de Transporte
3. Enrrollado de filamento prefabricado	3. Pistón que empuje el fluido	3. Motor Eléctrico
4. Depósito del Material		4. Caja Reductora

Análisis Funcional

Diagrama de Caja Negra

Árbol de Funciones

Flujograma

Analogías

Tecnología para soldadura 

Se pensó en abordar estas analogías dado que nuestro dispositivo necesita una manera de generar calor en el cabezal y durante el trayecto del material, para que la cera no se solidifique y pueda circular de manera uniforme.

Principales fuentes de Calor para realizar una soldadura:

• Energía química
• Energía eléctrica
• Energía electromagnética

Energía Química

En su mayoría se utiliza el proceso oxi-gas, en el cual los gases comúnmente empleados pueden alcanzar temperaturas superiores a los 2700°C cuando son quemados en oxigeno. 

TABLA1. Gases utilizados en soldaduras de oxi-gas.

Energía Eléctrica

Arco Eléctrico: es un conjunto de descargas eléctricas formadas y mantenidas por un medio conductor gaseoso. Los portadores eléctricos son producidos por medios térmicos y por emisión de campo.

La temperatura de un arco eléctrico normalmente se sitúa entre 5000°K y 30.000°K y, en casos especiales puede alcanzar hasta 50.000°K. En el caso de soldadura manual se encuentra alrededor de los 6000°K. Ejemplos: soldadura al arco con electrodos revestidos, soldadura por arco sumergido, soldadura con protección gaseosa, etc.)

Resistencia Eléctrica: La resistencia que oponen dos materiales juntos al paso de la corriente genera calor en la interfaces. Este calor puede ser empleado para unir los materiales por medio de la aplicación de presión.Un par de electrodos conducen la corriente eléctrica hacia la junta. La resistencia al flujo de la corriente calienta las superficies en contacto. 

Energía Electromagnética:

Láser: La alta pureza espectral de los láseres y la extremadamente baja divergencia del haz de salida permiten que la radiación láser pueda ser focalizada sobre áreas muy pequeñas, lográndose intensidades del orden de 10 KW/mm2. Las fuentes láser dan un haz de rayos de entre 1 y 10 mm. de diámetro que se puede focalizar sobre el material a soldar.

Haz de Electrones: En este proceso la energía es transmitida a la pieza por medio del

bombardeo de un haz focalizado de electrones. 

Patentes

US 8827684 B1

Impresora 3D y la unidad del cabezal de impresión con múltiples filamentos

La presente patente, trata de una impresora tipo FFF (Fused Filament Fabrication). Que funciona mediante la extrusión de filamentos. Este diseño, dispone de múltiples salidas de material, controladas independientemente mediante actuadores y acopladas mediante mecanismos de transmisión de planetarios independientes para cada salida.

Ver: http://www.google.com/patents/US8827684

US 20140242208 A1

Cabezal Dispensador de Fluido para una impresora 3D 

Esta patente, trata sobre el diseño de un cabezal para una impresora 3D a base de extrusión. Este cabezal cuenta con un dispensador de fluido y al menos dos boquillas de diferentes tamaños, que se montan en comunicación con una cámara de fusión. La boquilla más pequeña se utiliza para el trabajo de alta resolución y la boquilla más grande para relleno a granel.
Para más información: http://www.google.com/patents/US20140242208

US 7291002 B2

Aparatos y métodos para la impresión 3D

El invento, se trata de aparatos y métodos para la producción de objetos tridimensionales.Los cuáles consisten en imprimir de manera continua y radialmente sobre una mesa circular giratoria con múltiples cabezales de impresión o múltiples mesas giratorias.Los sistemas auxiliares se refieren a construir diagnóstico de limpieza del cabezal de impresión de suministro de materiales, y el seguimiento de la operación del aparato. 

US 6532394B1 Método y aparato para la manipulación de datos y control del sistema en un sistema de modelado por deposición selectiva

La presente patente, trata de un dispositivo y un método para la manipulación de datos y sistemas de control para la formación de objetos tridimensionales por capas. A pesar de que nuestro diseño, se limita al cabezal de impresión, es interesante acotar que existen dispositivos para el control de la herramienta de impresión.

US 7766641 B2

Sistema de impresión tridimensional (3D) con mecanismos de colocación y curado

El siguiente, se trata de un dispositivo de impresión en 3D. El mismo, tiene incluido el sistema de impresión, la base donde se imprime y mecanismos para curar el objeto tridimensional una vez finalizado. Ver: http://www.google.com.tr/patents/US7766641

Productos Existentes

Métodos de Impresión 

& 

Productos Existentes

• Por Inyección; se esparce una capa de polvo (plástico o resinas) e inyecta un coaligante por inyección en la sección de la pieza. Permite la impresión de prototipos a todo color además, extraplanos o salientes.

• Por Extrusión; usa una tobera para depositar polímero fundido sobre una estructura soporte, capa a capa. Otro enfoque es fundir de manera selectiva el medio de impresión sobre una base granular. En esta variación el medio no fundido sirve de soporte para los resaltes y paredes delgadas de la pieza a producir, reduciendo así la necesidad de soportes auxiliares temporales. Típicamente un láser es usado para sinterizar el medio y formar el sólido. Ejemplos de esto son el sinterizado selectivo por láser y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS) usando metales. Una última variación consiste en usar una resina sintética que se solidifica usando la luz de LEDs.

• Fotoquímico; utiliza resinas líquidas fotopoliméricas que se solidifican cuando son expuestas a la luz emitida por un láser ultravioleta. De esta forma se van creando capas superpuestas de resina sólida que van creando el objeto.

• Hilado
• Granulado
• Laminado

Empresas que desarrollan esta tecnología: 

• Z-corp., 
• Soligen, 
• Prometal
• Therics.