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.

Búsqueda de Información

     Quisimos comenzar nuestra investigación haciendo las definiciones básicas de nuestro problema en cuestión; "Impresión en 3D con cera de vela en una máquina de CNC".

¿Qué es la Impresión en 3D?

      Es el proceso de hacer un objeto sólido tridimensional de prácticamente cualquier forma a partir de un diseño o modelo creado en un ordenador. Existen muy diversas tecnologías para la impresión en 3D pero todas coinciden en la construcción de la pieza a partir de finas capas horizontales superpuestas es decir, añadidas una encima de la otra. Esto se conoce como "Fabricación por adición".

Características generales

• Son rápidas, económicas y fáciles de usar, en comparación a otras tecnologías de fabricación por adición, 
• Logran geometrías complejas
• Se pueden utilizar diversos materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, 
• Simple proceso de montaje,
• Las tecnologías avanzadas de impresión 3D, pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de un producto.
• Campos de uso: joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.

¿Qué es una máquina de CNC?

La máquina de Control Numérico Computarizado (CNC) es un sistema automatizado que se opera mediante comandos programados en un medio de almacenamiento. 

Características generales

• Facilidad de operación, 
• Programación sencilla, 
• Buena exactitud, 
• Adaptable 
• Bajo costo de mantenimiento, 
• Mayor productividad.
• Altos costos de producción, 
• Alto costo inicial del equipo, 

¿Qué propiedades tiene 

la Cera de Vela?

Una vela es un bloque sólido de cera con una mecha encajada, que se enciende para proporcionar la luz y a veces calor. Estas velas pueden estar hechas de:

• Parafina
• Esperma de ballena
• Sebo
• Vegetales
• Gel
• Cera de abejas
• Estearina
• Cera microcristalina
• Entre otros.

Nuestro diseño se basará en lo que se consigue en el mercado, la vela de parafina, la cuál presenta las siguientes características:

• Es menos volátil que la gasolina 
• Punto de fusión típico entre 47 °C y 64 °C.
• Combustión limpia 
• Mantiene una salida de calor alto
• No se disuelve en agua, glicerol o etanol frío. 
• Se puede disolver en benceno, éter, cloroformo y etanol caliente. 
• Tiene una densidad de 0,8 g/cm3.

Ya teniendo en claro, los elementos principales de nuestro proyecto, se procede a investigar la competencia, la tecnología que se ha desarrollado para resolver nuestra necesidad, abarcando:

1) Productos Existentes

2) Patentes

3)Analogías

4) Normas Relacionadas

Planificación del Proyecto

Diagrama de Gantt

Especificaciones Sugeridas

Condiciones de Ambiente y Entorno	ü  Estará en un taller mecánico ü  Puede estar en presencia de polvo o sustancias corrosivas
Usuario	ü  Controlado por una persona capacitada a través de una máquina tipo CNC
Vida de Servicio	ü  2 años
Mantenimiento	ü  Limpiar después de cada uso
Costo del Producto	ü  4500 bs
Transporte	ü  Para ser transportado en un bolso de mano sin problema
Modos de uso	ü
Medios de Fabricación y Procesos	ü  Para nuestro caso, será de materiales de bajo costo y reciclaje.
Normativa y Aspectos Legales	ü
Competencia	ü  Las distintas tecnologías de Impresión en 3D mediante: o   Extrusión o   Por Capas o
Documentación	ü  Debe tener un manual de Usuario
Venta, uso y retirada.	ü

Cabe acotar que seleccionamos como especificaciones claves o aquellas que se centrarán principalmente nuestra atención a:

 1. Control de Caudal

2. Uniformidad de diámetro

3. Continuidad de Suministro