Impresión en 3D y LEGO para un mejor prototipado

prototyping

La impresión 3D se ha convertido en una gran fuerza en la fabricación de productos bajo demanda y en un catalizador para la creación de muchos objetos funcionales. Pero esta tecnología se creó para permitir a los ingenieros crear prototipos rápidos, siendo algunos más perfectos que otros. En “Acelerar la creación de prototipos de productos mediante métodos híbridos” los autores David Mathias, Chris Snider, Ben Hicks y Charlie Ranscomb combinan la impresión 3D y LEGO y adoptan un enfoque modular para la creación de prototipos.

Para este proyecto, los autores diseñaron seis formas 3D diferentes. Y aunque es difícil no pensar en LEGOS sin inspirarse sólo por el factor creativo y divertido asociado con los coloridos bloques de construcción, los investigadores estudiaron seriamente los beneficios de dicha colaboración material y tecnológica, lo que produjo una asombrosa reducción en el tiempo de fabricación de hasta un 45 por ciento, con una “reconfigurabilidad del 57 por ciento en el momento óptimo”. A la zaga también están todas las ventajas clásicas de la impresión en 3D: rapidez en la producción, accesibilidad, ahorro en el coste de los materiales y rápido desarrollo.

“El prototipado es una parte esencial del proceso de desarrollo de productos y es bien sabido que el aumento de la creación de prototipos, tanto físicos como virtuales, conduce a la mejora de los productos”, afirman los autores en su estudio.

Ellos describen los beneficios de la creación de prototipos de la siguiente manera:

  • Exploración exhaustiva de un espacio de diseño
  • Oportunidad de resolver problemas de diseño
  • Complemento de los modelos mentales de los diseñadores
  • Descubrimiento de fenómenos inesperados
  • Ofrecer objetos límite para la comunicación

El ‘intercambio‘ entre el tiempo y la calidad del trabajo en la creación de prototipos es ampliamente discutida, pero los autores también nos recuerdan otro beneficio de este tipo de producción, ya que los diseñadores pueden comprometerse más físicamente con sus diseños.

Aparte de las estructuras impresas en 3D, otros materiales que se utilizan a menudo en la creación de prototipos son la espuma, el cartón y la arcilla. Los autores nos recuerdan que, independientemente de la forma que adopte el prototipo, si los materiales son fáciles de usar y la técnica es idónea, se pueden hacer más repeticiones para crear un producto final.

Las ventajas de añadir bloques LEGO al cociente de impresión 3D incluyen:

  • Modelado sencillo
  • No se requieren precauciones de salud o seguridad específicas
  • Aparte de los materiales obvios, no se requieren otras herramientas

Se utilizó la simulación por ordenador para evaluar la viabilidad del proyecto, y luego se puso en marcha la impresión 3D de un controlador de vídeo para un estudio de caso destinado a demostrar las ventajas de este acoplamiento para la construcción de prototipos. Se eligieron formas primitivas típicas para las muestras, en forma de:

  • Cubo
  • Cilindro
  • Cono
  • Esfera
  • Tetraedro
  • Prisma triangular
shapes

El volumen de los objetos variaba en un rango de 1 × 103-8 × 103 mm3. Estos volúmenes se utilizaron tal como están dentro de los límites de la viabilidad para la mayoría de las impresoras 3D de sobremesa de bajo coste disponibles en el mercado, como la Ultimaker 3 (9,42 × 103 mm3) y Makerbot Replicator+ (9,45 × 103 mm3)“.

Tamaños de los ladrillos

Los tamaños de los ladrillos se describieron de la siguiente manera:

lego-bricks

El tamaño inicial del ladrillo era LEGO con unas dimensiones de 8 × 8 × 3,2 mm. Para estas simulaciones, podría utilizarse un conjunto de ladrillos estándar para reducir el número total de ladrillos (véase la sección 3.3.2). Los ladrillos más pequeños y más grandes se consideraron a ambos lados de LEGO, estos incluyen NANO (4 × 4 × 3,2 mm) y DUPLO (16 × 16 × 19,2 mm). El uso de diferentes tamaños de ladrillo permite diferentes niveles de precisión, con la expectativa de que los ladrillos más pequeños permitan una mejor aproximación a geometrías más complejas“.

Los investigadores notaron diferencias sustanciales en el tiempo de impresión 3D para los tres conjuntos de ladrillos – los ladrillos NANO ofrecen un tiempo más lento, los LEGOs ofrecen la “mayor mejora en el tiempo de fabricación” y los ladrillos DUPLO tienen un rendimiento peor que los ladrillos LEGO.

En general, sin embargo, la dinámica modular significa una mayor facilidad para los usuarios, ya que existe un amplio margen de maniobra para realizar cambios en los diseños. Tanto si se trata de insertar o quitar LEGOS como de refinar los componentes impresos en 3D, la creación de prototipos puede mejorarse en numerosos niveles.

3D La impresión 3D y LEGOS son una combinación natural para los usuarios que crean proyectos en todo el mundo, no sólo debido a los plásticos involucrados, sino también porque se centran en la construcción y la creación de objetos que a menudo también pueden incorporar componentes electrónicos y controladores innovadores, desde un kart motorizado hasta kits que requieren la impresión en 3D de casi 400 piezas, o impresoras 3D realmente construidas con LEGOS.

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