Discuss the process of 3D printing what improvement can be made to such technologies?

Transcripción

1 Q1 Discuss the process of 3D printing what improvement can be made to such technologies? Uno de los primeros avances que se pueden hacer en términos de impresión 3D es la ampliación de los materiales que pueden ser utilizados para ampliar la gama de elementos que pueden ser manufacturados. También se pueden hacer avances en términos de la escala de manufactura, por ejemplo se podrían construir estructuras arquitectónicas (casas, hangares) con gran rapidez, menores costos y calidad estándar. Los siguientes pasos en temas de prototipos sería hacer la tecnología sea más económica y eso se logra mediante dos pasos: Producción en masa e innovación en cuanto a las formas de consolidar el material. What markets can this technology be applied to? Esta tecnología puede ser aplicada para prototipado rápido de modelos a escala de proyectos en desarrollo. Dependiendo de los materiales cambia el tipo de aplicación: Se pueden generar elementos de titanio para aplicaciones médicas; se pueden imprimir elementos de tamaño nano para distintas aplicaciones como condensadores microscópicos; se pueden usar en el ámbito del calzado también en la manufactura de suelas. What are the main advantages of ALM compared over traditional cutting technologies? En primer lugar, ALM es un proceso de manufactura que es aditivo, mientras que los métodos tradicionales son substractivos, lo que se traduce en ahorro de material. También permite la manufactura de piezas que serían muy difíciles de producir mediante manufactura tradicional, como lo son las piezas que poseen muchas cavidades. Una última ventaja que tiene es que es un proceso muy rápido de una sola máquina comparado a la manufactura tradicional donde para el mismo prototipo se podrían necesitar dos o más máquinas para producirlas.

2 Discuss how CAD/CAM is used here to carry out the necessary procedures from concept to conception/implementation El CAD es usado para concebir la geometría inicial del elemento que se quiere producir; CAD da la libertad de experimentar con las configuraciones posibles que se pueden generar. CAM, por otro lado, se usaría para obtener las costillas, que apiladas darían cabida a la pieza terminada; esto permite la identificación de problemas en la manufactura, por ejemplo la necesidad de poner preformas para asegurar la integridad de la pieza, o bien una escala al producto porque se la aplicarán operaciones de acabado. Finalmente este ensamblado de costillas de importa en la máquina y mediante ellas se produce la impresión del modelo.

3 Q2 Which welding process would be used for welding an exhaust system to combustible high temperatura process? Explain the MIG Welding process giving an application for this welding process. Un Sistema de escape sufre de esfuerzos térmicos cíclicos derivados de la naturaleza de su uso (apagado, encendido del automóvil), por lo que la pieza sería convenientemente soldada mediante TIG, ya que permite distorsiones térmicas bajas, lo que disminuye el esfuerzo residual general y aumenta los ciclos a la falla del sistema. MIG funciona generando un arco entre un electrodo sólido en forma de alambre u la pieza de trabajo. Alrededor del arco se inyecta un gas inerte como el argón para generar una atmósfera inerte entrono al lugar de fusión para evitar interacción entre el metal fundido y el oxígeno de la atmósfera. Una aplicación para MIG viene en la industria de manufactura en masa por su rapidez y flexibilidad, lo que le hace fácil de montar en robots o bien puede ser usado para unir placas de metal muy finas (menor a 6mm) para evitar fusión incompleta.

4 Explain the friction welding process with an illustration- what advantages does this application give and what are the common applications for this type of welding process? El proceso de soldadura por fricción es como se muestra en la figura: La fricción y el calor vienen del hecho de que una parte estática es presionada contra una rotatoria y con ello el material se reblandece y termina por generar la unión entre las dos piezas. Las ventajas de este método es que se pueden unir metales disímiles de manera fácil, la unión está hecha de ambos materiales y es más fuerte al no tener vacancias. Una última ventaja es que es un proceso rápido y barato. Aplicaciones de este método incluyen ejes, embragues, válvulas y tuberías.

5 Q3 Discuss which type of plastic you would use to manufacture a Wall plug Mounting, a small boat hull and medical safety glove to not contaminate surfaces. Para un montaje de soquete eléctrico se debería usar un plástico termoestable como la bakelita, que es muy dura, no conduce electricidad y no se reblandece con las alzas de temperatura, manteniendo su integridad estructural. Un plástico termoestable y duro se justifica ya que no es un elemento que esté sujeto a golpes fuertes ni a esfuerzos grandes. Para un vasquete de un bote no sería recomendable usar, por ejemplo PET por el hecho de que el combustible lo degrada. Por ello lo correcto sería usar una resina epóxica reforzada con fibra de vidrio (o con aramidas si se requiere 100% plástico) Un guante de seguridad médica que no contamine las superficies debería estar hecho de silicona, por su capacidad de ser flexible y permitir un buen ajuste a la mano, así como por su propiedad de ser poco reactivo y poco susceptible a dejar residuos. Sketch and explain the injection moulding process. Este proceso consiste en la manufactura de productos por inyección de un material en un molde, donde este se endurece y toma la forma del molde en que es depositado. Puede realizarse con diversos materiales, entre ellos metales, vidrios, plásticos elastómeros y polímeros termoplásticos. Dado que son materiales más sencillos de trabajar y con aplicaciones mucho más diversas, es un proceso masificado más para termoplásticos.

6 La inyección se realiza llenando el molde hasta que éste se encuentre completamente lleno y se mantiene en su posición mediante la presión que se ejerce en las paredes del molde para que este no se separe. Un esquema de la maquinaria típica utilizada se presenta en la figura anterior. Para poder realizar la inyección del material, este debe estar fluidizado. La fundición del polímero se realiza a lo largo de un tornillo sinfín, donde el polímero ha ingresado en forma de pellet (ver Fig.3.1). Durante el recorrido por el tornillo, el pellet no solo es fundido sino que también mezclado, de manera que el fluido que llega a la inyectora es lo más homogéneo posible. Esto es importante para que la pieza a formar tenga características idénticas en toda su estructura. Al final del tornillo se encuentra la boquilla de inyección, que introduce el fluido dentro del molde. El proceso de moldeado se presenta en la figura a continuación: (1)Se observa la cavidad del molde vacío y el polímetro en el inyector, al final del tornillo sinfín. (2) Se aplica una fuerza desde el tornillo que empuja el fluido fuera del inyector y hacia el molde como el embolo de una aguja. (3) Retrocede el embolo y gira el tornillo de manera de volver a llenarse de polímero para una nueva inyección, de ser necesario. El molde se mantiene cerrado mediante una fuerza, mientras se solidifica el polímero. (4) Se retira el molde y se tiene la pieza formada.

7 Q4 Discuss the differences between thermoset and thermoplastics. Aunque termoestables y termoplásticos suenan similares tienen grandes diferencias en sus propiedades y aplicaciones. Entender sus diferencias puede ayudar en gran medida a tomar mejores decisiones en cuanto al diseño y manufactura de diversos productos La principal diferencia física entre ambos es que los termoplásticos pueden ser llevados a un estado líquido, en cambio los termoestables permanecen siempre como sólidos. Curación: Termoestables Curación: Termoplásticos Plásticos termoestables contienen polímeros que se entrecruzan entre sí durante el proceso de curado para formar un enlace químico irreversible. El proceso de entrecruzamiento elimina el riesgo de la refundición del producto cuando se aplica calor, por lo que los termoestables son ideales para aplicaciones de alta temperatura, tales como aparatos electrónicos y electrodomésticos. Características y Beneficios: Los plásticos termoestables mejoran significativamente las propiedades mecánicas del material, proporcionando mejor resistencia química, resistencia al calor y la integridad estructural. son utilizados a menudo para los productos sellados, debido a su resistencia a la deformación. Pros -Más resistente a las altas temperaturas que los termoplásticos -Diseño altamente flexible -Capacidad de aplicaciones desde paredes gruesas hasta delgadas -Excelente apariencia estética -Altos niveles de estabilidad dimensional Rentable Contras -No puede ser reciclado -Acabado superficial más difícil -No puede ser remodelado o reconfigurado Los Pellets se ablandan a medida que se les aplica calor. El proceso de curación es totalmente reversible ya que ningún enlace químico se lleva a cabo. Esta característica permite a los termoplásticos ser moldeados de nuevo o ser reciclados y sin afectar negativamente las propiedades físicas del material. Características y Beneficios: Hay varias resinas termoplásticas que ofrecen diversas ventajas de rendimiento, pero la mayoría de los materiales comúnmente ofrecen high strength, shrink-resistance and easy bendability. Dependiendo de la resina, los termoplásticos pueden servir en aplicaciones de baja tensión tales como bolsas de plástico o partes mecánicas de alto estrés. Pros -Reciclable -Acabados estéticamente superiores -Alta resistencia al impacto -Capacidad de ser moldeado nuevamente -Resistente a productos químicos -Pueden formar desde un Cristal duro hasta superficie de goma -Fabricación respetuoso del medio ambiente Contras -Generalmente más caros que los termoestables -Puede fundirse en caso de calentamiento

8 Discuss the process behind vacuum forming El moldeado al vacío consiste básicamente en aplicar una capa de un plástico sobre un molde para luego aspirar el aire entre ambos. Con éste método se logra que el plástico adquiera la forma del negativo del molde. Los materiales utilizados para ser moldeados por este método son los termoplásticos, mientras que los materiales usados para los moldes pueden ser maderas, espumas estructurales o aluminio. El plástico debe estar a una temperatura en la cual se encuentre semi-fundido, para que sea más fácil moldearlo. Estos tipos de procesos son usados para el empaquetamiento de alimentos, juguetes e incluso para aplicaciones aeroespaciales como toldos de ventanas de pasajeros en cabinas de aviones.

9 Q5 What are the advantages of electron-beam and laser-beam welding compared with arc welding? Cuando se trabaja con electron-beam welding (EBW) y laser-beam welding (LBW), se tienen dos sistemas de soldadura que funcionan de manera similar, en el sentido de que ambos inciden sobre las piezas a soldar un haz de alta energía que funde los materiales y genera la unión. La principal ventaja de esta tecnología respecto de la soldadura al arco radica precisamente en el hecho anterior, pues este haz es de un diámetro muy pequeño, lo que permite soldaduras profundas y delgadas. Como resultado, el cordón de soldadura tiene gran resistencia mecánica y un muy buen acabado superficial. El mecanismo de unión es similar al que ocurre en el RSW (recistance spot wlding), donde alta energía se concentra en una pequeña área, por lo tanto, no se genera mayores distorsiones en el material debido al aumento de calor (pues este es de corta duración y altamente concentrado). En la soldadura al arco, en cambio, se tiene un cordón mucho más ancho, con gran distorsión en el material debido al aumento de temperatura en un tiempo más prolongado y en un área mayor. Finalmente, las ventajas de EBW y LBW sobre la soldadura al arco residen en la calidad de la soldadura, mucho mayor para los dos primeros, y el reducido daño que estos mismos generan en el material soldado.

10 Describe the process of Selected Laser Sintering (SLS), discuss why this is a preferred method of manufacture when compared against traditional cutting technologies? When are the traditional cutting technologies preferred over SLS? La sinterización selectiva por láser (Selective Laser Sintering) es un proceso de manufactura que funciona de la siguiente forma: - Se deposita una capa de polvo del material (polvo de pocos milímetros de tamaño) en una cuba precalentada a una temperatura cercana al punto de fusión (por debajo) - Se sinteriza el material con un láser (típicamente de CO2) en los puntos preseleccionados a través de un modelo computacional (CAD/CAM), fusionándose éste para formar la capa de la pieza correspondiente - La formación de capas sucesivas entrega la pieza final con terminaciones de alta precisión/calidad El método de sinterización selectiva por láser se diferencia de los métodos tradicionales de corte por la forma de obtención de la pieza, ya que consta de agregar material para el formado de la pieza, mientras que los métodos tradicionales remueven material para formar la pieza. Esta diferencia puede implicar grandes ahorros por parte del SLS cuando se trabajan materiales de alto costo o que presentan problemas en su maquinabilidad (carburos de tungsteno, por ejemplo). Aún así, no siempre es conveniente la utilización de SLS para la manufactura de partes, pues tanto el costo del implementación como de mantención de la máquina es mucho más elevado que la de las máquinas de corte tradicional, y el ahorro que puede generar el no cortar la pieza a partir de un material más grande no es significativo en comparación a los gastos incurridos para su producción, sumado a que, pese a ser un proceso rápido, el SLS no posee la capacidad de producción en masa que los métodos tradicionales de corte.