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A menudo, cuando cubrimos estudios, estos tienen componentes más teóricos que prácticos. Éste es notablemente diferente en este sentido. Más que un estudio y más una introducción a una herramienta de software, este documento muestra cómo imprimir muebles con piezas que imitan la compleja geometría interna de las juntas decorativas. En esencia, el software permite a los usuarios imprimir piezas con la complejidad de los muebles hechos a mano.

Piezas complejas de muebles entrelazadas

Los dibujos de los modelos iniciales se pueden traer desde Sketch Up 3D de Google. Esto es una ventaja porque Sketch Up se considera un software muy fácil de usar. La herramienta usa este dibujo como línea de base para producir las uniones y partes separadas. El resultado final también es fácil de ensamblar, ya que el software genera piezas de ensamblaje de un solo empuje que los usuarios pueden empujar juntas en su lugar como piezas de rompecabezas.

La herramienta es bastante compleja. Permite a los usuarios dibujar sus propios diseños personalizados en modelos de superficie. Los usuarios pueden dar a cada articulación su propio diseño complejo único. El software puede manejar más de 100 juntas a la vez en un solo modelo de mueble. El diseño de la herramienta es bastante sofisticado. Los investigadores validaron el software incorporando cientos de diseños de juntas decorativas basados en la carpintería clásica y la carpintería japonesa.

Además de dibujar modelos, el software también ayuda a analizar la integridad y estabilidad estructural. La herramienta puede analizar el modelo y cómo lo afectan fuerzas como la gravedad. Por tanto, puede generar sugerencias sobre cómo mitigar los efectos de estos factores. Destaca las áreas que necesitan corrección en términos de zonas sobre las que el usuario puede dibujar.

El video a continuación detalla las ventajas del software en profundidad:

Cómo funciona

Una vez que los usuarios han dibujado e insertado su dibujo en el generador de modelos, realiza configuraciones para una salida 3D. Genera un conjunto de piezas 3D sólidas que se ajustan a las piezas 2D de la superficie. Cada parte de la superficie sirve como una capa de superficie parcial. Cuando los usuarios activan el algoritmo de la herramienta, puede comenzar a producir el modelo 3D y las capas de unión.

El algoritmo también encuentra las secuencias de desmontaje sin colisiones para piezas 2D de superficie. Esa es una forma elegante de decir que busca áreas para conectar las piezas de ensamblaje con la menor dificultad. Si no puede encontrar áreas libres de colisiones, busca aquellas con menos colisiones y estima los cambios que deben realizarse.

El software puede analizar las áreas de las articulaciones y hacer sugerencias sobre cómo mejorarlas para disminuir o eliminar la colisión. Estas áreas problemáticas están representadas en amarillo. Los usuarios pueden resolver manualmente estas zonas amarillas utilizando Sketch Up 3D para mejorar el diseño general.

Después de resolver todos estos problemas de diseño, el software construye las piezas sólidas en 3D que encajan en los muebles. En este punto, la herramienta debe analizar la integridad. Mide la estructura contra fuerzas como la gravedad y luego sugiere cambios para mejorar el diseño en consecuencia. Después de este paso, el modelo está más o menos listo para funcionar.

Si desea leer más, puede ver el resumen del estudio aquí o incluso descargar el PDF .

Si bien las aplicaciones de defensa de la fabricación aditiva han logrado grandes avances, hay un área de la que escuchamos poco. La armadura y el equipo de seguridad han estado extrañamente ausentes en los círculos de impresión 3D hasta ahora. Los investigadores del MIT están estudiando las posibilidades que presenta la armadura de impresión 3D inspirada en la vida marina. Están mirando específicamente las conchas de caracol y cómo protegen a sus habitantes de los daños.

Los investigadores han ideado nuevos métodos de impresión que les permitan crear los detalles laberínticos de la estructura de la concha. Se podría suponer que los investigadores están usando tiza como en conchas de caracol reales, pero este no es el caso. No son los materiales que componen las conchas lo que las hace especiales, es su estructura.

Una estructura más fuerte

Los investigadores están utilizando el mismo diseño que reside naturalmente en las conchas. Esto se puede describir mejor como una forma de 3 niveles compuesta de diferentes capas. Cada grano dentro de la capa se extiende en diferentes direcciones dándole una calidad de laberinto cuando se observa de cerca. Como resultado, el patrón distribuye los efectos de cualquier impacto a través de un patrón complejo que reduce el daño.

Los investigadores planean utilizar polímeros impresos en 3D para replicar este efecto y han realizado ensayos con resultados prometedores. Los polímeros están dispuestos en una matriz en zigzag de 3 niveles que absorbe los golpes. Todos los polímeros tienen diversos grados de resistencia y resiliencia. Durante las pruebas, los investigadores presentaron el nuevo diseño inspirado en la concha y el polímero original como muestra de control. Se dieron cuenta de lo absorbente que era su nuevo diseño.

Armadura impresa en 3D inspirada en biomimetismo

Los investigadores planean utilizar este hallazgo para fabricar armaduras y equipos de seguridad. Podría ser aplicable a trabajos de construcción, minería y defensa. Potencialmente podría salvar vidas y producir equipos de trabajo más seguros. Esto es especialmente cierto para los trabajadores manuales y los soldados.

Si bien la impresión 3D de productos defensivos no es muy común, se ha hecho antes. Markforged ha demostrado anteriormente que tiene máquinas que imprimen con kevlar. De manera similar, los hubs 3D venden materiales de kevlar, por lo que es plausible que las empresas los estén usando para armaduras corporales. Es sorprendente que este aspecto de la innovación de la impresión 3D reciba muy poca atención. Es probable que eso cambie a medida que más contratistas de defensa inviertan en el campo.

Imagen y video realizado por Melanie Gonick.

La NASA no es ajena a la fabricación aditiva. La empresa estuvo entre los primeros usuarios más destacados durante mucho tiempo. De acuerdo con esta tendencia, planean agregar escudos de radiación impresos en 3D a la Estación Espacial Internacional. En particular, usarán este blindaje para proteger su Módulo de actividad expandible de Bigelow (BEAM) .

El propósito de los escudos es proteger el hábitat de los rayos cósmicos. Hasta ahora, la NASA los estaba probando para determinar su resistencia a los rayos cósmicos y los desechos espaciales. Recientemente completaron las pruebas y también optimizaron los escudos para viajes espaciales. Ahora, los técnicos espaciales deben instalar el blindaje en el módulo cuando llegue.

Acerca del módulo de actividad expandible Bigelow de la NASA

El proyecto BEAM es una colaboración entre la División de Sistemas de Exploración Avanzada (AES) de la NASA y Bigelow Aerospace. Ha estado activo en la ISS durante un año de un período de prueba total de 2 años. Durante este año, se ha probado principalmente en busca de desechos espaciales. Este blindaje será el siguiente paso en su evolución.

La NASA explica BEAM en su sitio web como:

“Los futuros hábitats espaciales para la órbita terrestre baja, la luna, Marte u otros destinos deben ser livianos y relativamente simples de construir. El Módulo de actividad expandible de Bigelow (BEAM) es una cápsula expandible experimental que se acopla a la Estación Espacial Internacional (ISS). Después de atracar, BEAM se infla a aproximadamente 13 pies de largo y 10.5 pies de diámetro para proporcionar un volumen habitable donde un miembro de la tripulación puede ingresar «.

El propósito de BEAM es probar si el espacio puede ser habitable para los seres humanos a largo plazo. Por lo tanto, es imperativo que la NASA la proteja de los peligros típicos de la vida en el espacio. Bigelow aerospace insiste en que una vez que se instale el blindaje, el módulo será más resistente a los rayos cósmicos que el resto de la ISS. Esto se debe a que la naturaleza metálica del resto del módulo dispersa la radiación durante las erupciones solares.

Eventualmente, un sistema de blindaje impreso en 3D de este tipo podría convertirse en un procedimiento operativo estándar para naves espaciales y estaciones futuras. Todavía tiene que viajar al espacio y los científicos tienen que instalarlo, pero parece muy prometedor.

Al estar entre las empresas más antiguas en tecnologías de fabricación, Thermwood no es de las que se vuelven pequeñas con nuevos inventos. Su última incursión en la fabricación a gran escala es un cabezal de impresión FDM masivo con algunas estadísticas sorprendentes.

El cabezal de impresión es un componente bastante masivo para una impresora FDM y es indicativo de un movimiento hacia la fabricación a gran escala en la industria en general. El diseño permite a los usuarios seleccionar entre tres diferentes ‘núcleos de fusión’. Estos núcleos de masa fundida intercambiables sirven para diferentes materiales y, por lo tanto, para diferentes propósitos. Es parte del proyecto de fabricación aditiva a gran escala LSAM de la empresa.

Atributos del cabezal de impresión

La cabeza en sí mide más de 10 pies de largo y pesa una tonelada y media. A pesar de su tamaño, todavía puede imprimir a cinco pies por segundo. A diferencia de la FDM tradicional, este sistema utiliza núcleos fundidos. Esto le da a la máquina un modus operandi marcadamente diferente.

Según la descripción de Thermwood: «El cabezal de impresión está diseñado para que el» Melt Core «, que consta de una carcasa de alimentación, un extrusor y una bomba de polímero para fundir, se pueda cambiar si se requieren velocidades de impresión más altas o más bajas».

Dado que los núcleos fundidos deciden la velocidad máxima de impresión, también determinan el tamaño del cordón entre los períodos de enfriamiento de las capas. Mientras que los núcleos fundidos deciden la velocidad de impresión, el tiempo de enfriamiento depende del material, la cantidad de enfriamiento del ventilador y la forma geométrica de la capa. Un núcleo fundido de 60 mm puede procesar materiales más rápido que el núcleo fundido estándar y un núcleo fundido de 70 mm opera a tasas de más de 500 libras por hora. Hasta ahora, Thermwood ha utilizado la máquina para imprimir ABS reforzado con fibra de carbono y PPS reforzado con fibra de carbono.

Sin calentamiento de la cámara ni del lecho de impresión La tasa de salida es tan alta que en realidad requiere enfriamiento en lugar de calefacción. El cabezal imprime cada capa a la velocidad suficiente para permitir un enfriamiento suficiente antes de depositar la siguiente. La empresa informa de vaciamientos y deformaciones insignificantes en sus resultados finales.

Los sistemas LSAM pueden imprimir a temperaturas de hasta 450 ° C. La compañía ha equipado el cabezal de impresión en su máquina de revelado LSAM de 10 ‘x 10’. La máquina utiliza un módulo de control de temperatura de Siemens que permite una regulación adecuada del calor.

Todas las imágenes son cortesía del sitio web de Thermwood.

La fabricación de automóviles es probablemente la industria más intensiva en maquinaria que existe. Naturalmente, esto lo convierte en un espacio amplio para jugar con impresiones y diseños 3D. En esa misma línea, los estudiantes del Instituto de Tecnología Carlow han desarrollado un prototipo de automóvil F1 utilizando una combinación de mecanizado CNC e impresión 3D. Los estudiantes construyeron el prototipo bajo la tutela del Dr. Cathal Nolan, profesor de ingeniería mecánica.

El equipo en sí está compuesto por estudiantes de ingeniería mecánica de tercer año. Se dividieron en varios subgrupos basados en los componentes centrales del diseño. Los elementos de diseño incluían chasis, suspensión, sistema de frenos y la carrocería. Además de las impresoras y los dispositivos CNC, los estudiantes también tuvieron acceso a trabajos sólidos y herramientas CAD de Ansys.

Los estudiantes esperan poder presentar su diseño en la competencia Formula Student del Reino Unido. Como parte de la competencia, mostrarán su diseño a una empresa de fabricación hipotética. Generalmente, los autos de Formula Student son capaces de lograr una aceleración de 60 mph en 3.5 segundos. Si bien no se disponía de especificaciones exactas para este automóvil, debe ser capaz de alcanzar velocidades similares si esperan ingresarlo a la competencia.

Automóviles e impresión 3D

Otro grupo de estudiantes de TU Darmstadt imprimió en 3D su nuevo diseño para la misma competencia. Están utilizando una aleación de aluminio especializada para hacer que el modelo sea un 50% más ligero que los anteriores. Más de 600 universidades participan en la competencia Formula Student. Es natural que varias universidades estén empleando tecnología AM en sus proyectos.

Anteriormente, hemos cubierto algunas de las formas más interesantes en que la impresión 3D y los automóviles han encontrado un terreno común . Aunque se trata de un fenómeno emergente, la impresión 3D y los automóviles sin duda serán omnipresentes a su debido tiempo. Generalmente, las empresas imprimen partes de automóviles y las ensamblan en lugar de imprimir en 3D la mayor parte del automóvil.

En esta etapa, los autos totalmente impresos en 3D son un fenómeno de nicho, aunque existen. Los ejemplos en el circuito de F1 son más raros, pero las impresoras 3D proporcionan ciertas piezas codiciadas. Por ejemplo, Mclaren ha contratado la ayuda de Stratasys para su producción de Fórmula 1. Stratasys ayuda a crear prototipos y diseñar piezas como su soporte de línea hidráulica.

Es posible que la impresión en 3D de un automóvil no esté tan lejos, pero existen ciertos criterios que la tecnología debe cumplir antes de que esto sea factible. Los principales obstáculos para una mayor implementación surgen de problemas de espacio de construcción y desarrollos en la impresión de metales. Hasta ese momento, la impresión 3D permanecerá relegada a producir fragmentos y piezas.

Imagen destacada recuperada de Leinster Express.