Master de diseño de piezas y moldes para la inyección de materiales plásticos
5 12 2011Os muestro unas fotos de las actividades del Master en su IV Edición, sesión de prototipado rápido.
Categories : Materiales
Os muestro unas fotos de las actividades del Master en su IV Edición, sesión de prototipado rápido.
Os cuelgo la orla de los asistentes a las clases.
Os pongo imagenes del proceso 3D laser engraving
El grabado del laser 3D es un método especial, que nos permite formar cuadros o diversos tipos de formas tridimensionales en los cristales cristalinos. Esto hizo posible por la mejora del Nd: Laser-tecnología de YAG. El rayo laser consigue a través de la pared del cristal y en un punto definido cambia la estructura del cristal creando microrajas.
Ahora en Laser 3D Crystal puedes también diseñar tus propios cristales 3D, con los tamaños extendiéndose del cubo de 4 centímetros al prisma de 20 centímetros. Los retratos de 3D se están haciendo con un cara-explorador especial en nuestro almacén o puedes también elegir de millares de los cuadros 3D (como las flores, los animales, las naves, los aviones, los coches, los deporte-emblemas, los edificios, los instrumentos, el etc.). El texto se puede también agregar a la forma dentro del cristal.
Hacemos la logotips de tu compañía según tus deseos, o el modelo 3D de cualesquiera de tus productos. Podemos también retratar un 2.o cuadro en cualquier forma deseada del cristal, basada en una foto traída por ti. Para iluminar los productos acabados recomendamos diversa lámpara-bases con tecnología del LED.
GRABADO CON LASER EN 3D AL INTERIOR DEL CRISTAL
EL sistema del marcador laser en 3-D adapta la tecnologia laser mas avanzada para para elaborar imagenes como esculturas de personas, símbolos, logotipos, en dos o tres dimensiones adentro de un cristasl tranparente. Durante el proceso no debe dañar al vídrio.Asimismo las imagenes ya una vez marcadas no se borran, dandole vida para siempre alos motivos marcados. Cristales de curazo o metacrilato se pueden marcar por dentro.
El sistema utilisa los rayos laser intensamente enfocados al mismo punto. Esto resulta el fenómeno de la absorpción nolinear dentro del material transparente, hace miles de reventaduras microscópicas. Estas causan una refelcción blanca a la luz natural. La imagen deseada es creada de miles de miles de descargas del rayo laser, moviendo el mismo en 2 ó 3 dimensiones. Lertras o logotipos también pueden ser realmente tridimensionales esculpidos dentro del cristal.utilizando este equipo.
Este aparato también puede ser utilizado para marcar productos de la industria como botellas, platos de vídrio etc. Productos de vídrio artesanos, ventanas o espejos también se pueden adornar con esta técnica. Esta misma le puede dar orta superficie de publicidad.
GRABADO CON LASER EN 3D AL INTERIOR DELCRISTAL
La máquina marcadora de laser es utilizadapara crear imagenes en 2 o 3D en cristales de vídrio. El equipo del control de este aparato es una computadora basada del sistema Pentium de Intelequipado con una tarjeta especial de control de movimiento.El equipo es conectado con un interfaceador con funciones I/O con un PC y las periferias externas. El equipo completo cuenta con un tallador laser Nd:YAG, escáner y unidad de posicionamiento, unidad del sistema electrónica de control, y un sistema de software basado en Windows.La fuerza del laser esa regulada para que sea mayor la durabilidad y rendimiento del equipo.El recurso laser del sistema es un Nd:YAG cuya tecnología es avanzada y su diseño es patentado. Su software original con la computadora hace el control total sobre la máquina. Esto le hace posible que el operario defina todas las características de la imagen en el cristal.
Fuente : http://www.laser3dcrystal.es/ceglogo_tech.php
Os subo mas fotos del congreso:
Os paso fotos del congreso de Rumania. 4th International Conference on. COMPUTATIONAL MECHANICS AND VIRTUAL. ENGINEERING.
Se estan completando los trabajos de CAD para poder genera los ficheros STL.
Aqui os pongo un video del proceso de Z-Corp.
Hoy hemos finalizado el capítulo de extrusión. Comenzamos el capítulo de inyección.
os pongo un video de los que vimos ayer.
Geometry Generation
We will create this model by first tracing out the cross section of the pulley and then sweeping this area about the y axis.
Creation of Cross Sectional Area
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > Rectangle > By 2 Corners
BLC4, XCORNER, YCORNER, WIDTH, HEIGHT
The geometry of the rectangles:
|
Rectangle 1 |
Rectangle 2 |
Rectangle 3 |
|
| WP X (XCORNER) |
2 |
3 |
8 |
| WP Y (YCORNER) |
0 |
2 |
0 |
| WIDTH |
1 |
5 |
0.5 |
| HEIGHT |
5.5 |
1 |
5 |
You should obtain the following:
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Boolean-) Add > Areas
AADD, ALL
ANSYS will label the united area as AREA 4 and the previous three areas will be deleted.
Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Circle > Solid circles
CYL4,XCENTER,YCENTER,RAD
The geometry of the circles:
|
Circle 1 |
Circle 2 |
|
| WP X (XCENTER) |
3 |
8.5 |
| WP Y (YCENTER) |
5.5 |
0.2 |
| RADIUS |
0.5 |
0.2 |
Preprocessor > Operate > Subtract > Areas
ASBA,BASE,SUBTRACT
Preprocessor > (-Modeling-) Copy > Areas
You should obtain the following
Preprocessor > Operate > Add > Areas
AADD,ALL
Preprocessor > Create > (-Lines-) Line Fillet
Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > By Lines
Preprocessor > Operate > Add > Areas
AADD,ALL
Sweep the Cross Sectional Area
Now we need to sweep the area around a y axis at x=0 and z=0 to create the pulley.
Create keypoints at (0,0,0) and (0,5,0) and number them 1001 and 1002 respectively. (K,#,X,Y,Z)
Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) About axis
You should now see the following in the graphics screen.
Create Bolt Holes
By default, the working plane in ANSYS is located on the global Cartesian X-Y plane. However, for us to define the bolt holes, we need to use a different working plane. There are several ways to define a working plane, one of which is to define it by three keypoints.
|
X |
Y |
Z |
|
|
#2001 |
0 |
3 |
0 |
|
#2002 |
1 |
3 |
0 |
|
#2003 |
0 |
3 |
1 |
Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Keypoints +
Just click on ‘Next’ until the one selected is 2001.
Utility Menu > WorkPlane > Show WP Status
note the origin of the working plane. By default those values would be 0,0,0.
We will now copy this volume so that we repeat it every 45 degrees. Note that you must copy the cylinder before you use boolean operations to subtract it because you cannot copy an empty space.
Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical Y
This will allow us to copy radially about the Y axis
Preprocessor > Copy > Volumes
Youi should obtain the following model,
Command File Mode of Solution
The above example was solved using a mixture of the Graphical User Interface (or GUI) and the command language interface of ANSYS. This problem has also been solved using the ANSYS command language interface that you may want to browse. Open the .HTML version, copy and paste the code into Notepad or a similar text editor and save it to your computer. Now go to ‘File > Read input from…’ and select the file. A .PDF version is also available for printing.
Problem Description B
We will be creating a solid model of the Spindle Base shown in the following figure.
Geometry Generation
We will create this model by creating the base and the back and then the rib.
Create the Base
|
WP X (XCORNER) |
WP Y (YCORNER) |
WIDTH |
HEIGHT |
|
0 |
0 |
109 |
102 |
|
X |
Y |
Z |
|
| Keypoint 5 |
-20 |
82 |
0 |
| Keypoint 6 |
-20 |
20 |
0 |
| Keypoint 7 |
0 |
82 |
0 |
| Keypoint 8 |
0 |
20 |
0 |
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Lines-) Arcs > By End KPs & Rad
(Alternatively, type LARC,4,5,7,20 followed by LARC,1,6,8,20 into the command line)
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Lines-) Lines > Straight Line
L,5,6
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > By Lines
AL,4,5,6,7
Main Menu > Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Volumes
AADD,1,2
We will make use of the ‘copy’ feature in ANSYS to create all 4 holes
(AGEN,# Copies (include original),Area#,Area2# (if 2 areas to be copied),DX,DY,DZ)
(ASBA,3,ALL)
You should obtain the following:
Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) Along Normal
The following window will appear once you select the area
(Alternatively, type VOFFST,6,26 into the command line)
Create the Back
As in the previous example, we need to change the working plane. You may have observed that geometry can only be created in the X-Y plane. Therefore, in order to create the back of the Spindle Base, we need to create a new working plane where the X-Y plane is parallel to the back. Again, we will define the working plane by aligning it to 3 Keypoints.
|
X |
Y |
Z |
|
|
#100 |
109 |
102 |
0 |
|
#101 |
109 |
2 |
0 |
|
#102 |
159 |
102 |
sqrt(3)/0.02 |
Recall when defining the working plane; the first keypoint defines the origin, the second keypoint defines the x-axis orientation, while the third defines the orientation of the working plane.
(Alternatively, type KWPLAN,1,100,101,102 into the command line)
Preprocessor > (-Modeling-) Operate > Extrude > (-Areas-) Along Normal
VOFFST,27,26
Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Volumes
VADD,1,2
You should now have the following geometry
Note that the planar areas between the two volumes were not added together.
Preprocessor > (-Modeling-) Operate > (-Booleans-) Add > Areas
AADD, Area 1, Area 2, Area 3
Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Volumes-) Cylinder > Solid Cylinder
CYL4,51,180,32, , , ,60
You should now have the following geometry:
Create the Rib
Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian
(Alternatively, type WPCSYS,-1,0 into the command line)
|
X |
Y |
Z |
|
|
#200 |
-20 |
61 |
26 |
|
#201 |
0 |
61 |
26 |
|
#202 |
-20 |
61 |
30 |
Recall when defining the working plane; the first keypoint defines the origin, the second keypoint defines the x-axis orientation, while the third defines the orientation of the working plane.
(Alternatively, type KWPLAN,1,200,201,202 into the command line)
We now need to update the coordiante system to follow the working plane changes (ie make the new Work Plane origin the active coordinate)
Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane
CSYS,4
|
X |
Y |
Z |
|
|
#203 |
129-(0.57735*26) |
0 |
0 |
|
#204 |
129-(0.57735*26) + 38 |
sqrt(3)/2*76 |
0 |
Preprocessor > (-Modeling-) Create > (-Areas-) Arbitrary > Through KPs
A,200,203,204
You should obtain the following:
Quitting ANSYS
To quit ANSYS, select ‘QUIT’ from the ANSYS Toolbar or select ‘Utility Menu’/’File’/’Exit…’. In the dialog box that appears, click on ‘Save Everything’ (assuming that you want to) and then click on ‘OK’.
Extrusión:
– Extrusión con un sólo husillo
o Extrusores convencionales o típicos
o Extrusores con ventilación (o venteo) o degasificación
o Extrusores co-mezcladores (del inglés kneader)
– Extrusores sin husillo
o Bombas
o Extrusores de discos
– Extrusores de husillo múltiple
o Extrusores de doble husillo
o Husillos que no engranan
o Husillos que engranan
§ Rotación en el mismo sentido
§ Rotación en sentido inverso
o Extrusores con más de dos husillos
§ Rodillos planetarios
§ De 4 husillos (construcción particular para cada máquina)
Extrusores de un sólo husillo
Los extrusores más comunes utilizan un sólo husillo en el cañón. Este husillo tiene comúnmente una cuerda, pero puede tener también 2 y este forma canales en los huecos entre los hilos y el centro del husillo, manteniendo el mismo diámetro desde la parte externa del hilo en toda la longitud del husillo en el cañón.
La división más común para extrusores de un sólo husillo consiste en 4 zonas, desde la alimentación hasta la salida por el dado del material,
Zona de alimentación: En esta parte ocurre el transporte de gránulos sólidos y comienza la elevación de temperatura del material
Zona de compresión: En esta zona, los gránulos de polímero son comprimidos y están sujetos a fricción y esfuerzos cortantes, se logra una fusión efectiva
Zona de distribución: Aquí se homogeniza el material fundido y ocurren las mezclas.
Zona de mezcla: En esta parte que es opcional ocurre un mezclado intensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede causar degradación del material.
Los husillos pueden tener también dentro de algunas de sus zonas principales elementos dispersivos y elementos distributivos.
Distribución: Logra que todos los materiales se encuentren igual proporción en la muestra
Dispersión: Logra que los componentes no se aglomeren sino que formen partículas del menor tamaño posible.
Extrusores de doble husillo
Los extrusores de doble husillo proporcionan un empuje mucho mayor que el de un sólo husillo, aceleraciones de material mucho mayores, esfuerzos cortantes relativamente altos y mezclado intensivo. Para algunos materiales este proceso es demasiado agresivo, por lo cual resulta inadecuado, existe la creencia de que los concentrados de color se realizan en su mayoría en este tipo de extrusores, sin embargo, la mayoría de los pigmentos sufren degradación debida a las condiciones tan agresivas del proceso, por ello, la mayoría de los fabricantes de concentrados utilizan un cañón largo de un solo husillo.
Existen 2 tipos de doble husillo: los que engranan y los que no engranan, de los que engranan existen dos posibilidades, los co-rotativos y los contra rotativos, según las direcciones en las que estos giran.
El flujo generado en un doble husillo que engrana y es contra rotativo genera un flujo en forma de C el cual tiene las características de un bombeo positivo, disminuyendo drásticamente la influencia de la viscosidad del material para su transporte y generando un bombeo muy eficiente. Las desventajas de este proceso es que los husillos son empujados por el material hacia las paredes del cañón, lo que evita el huso de altas velocidades; también existe el problema del mezclado ineficiente, mientras más rápido se transporta el material, menos eficiente es el mezclado.
En los husillos que si engranan y son co-rotativos, el flujo tiene mayor dependencia en la viscosidad del material, aunque mucho menor que en los extrusores de un solo husillo. En este tipo de arreglo los husillos no son empujados hacia la pared del cañón, por ello se permiten altas velocidades, además el material pasa de un husillo a otro logrando un flujo alternante que ayuda a una mezcla más homogénea.
Fusión del polímero
El polímero funde por acción mecánica en combinación con la elevación de su temperatura por medio de calentamiento del cañón. La acción mecánica incluye los esfuerzos de corte y el arrastre, que empuja el polímero hacia la boquilla e implica un incremento en la presión.
La primera fusión que se presenta en el sistema ocurre en la pared interna del cañón, en forma de una delgada película, resultado del incremento en la temperatura del material y posteriormente también debida a la fricción. Cuando esta película crece, es desprendida de la pared del cañón por el giro del husillo, en un movimiento de ida y vuelta y luego un barrido, formando un patrón semejante a un remolino, o rotatorio sin perder el arrastre final. Esto continúa hasta que se funde todo el polímero.
Fusión y arrastre: Si el material se adhiere al husillo y resbala sobre la pared del cañón, entonces el arrastre es cero, y el material gira con el husillo. Si en cambio, el material no resbala con la pared del cañón y resbala con el husillo, entonces el arrastre es máximo y el transporte de material ocurre.
En la realidad el polímero experimenta fricción tanto en la pared del cañón como en el husillo, las fuerzas de fricción determinan el arrastre que sufrirá el polímero
Advertencia: Algunos polímeros funden exactamente en el sentido opuesto debido a sus características moleculares, esto ha dado origen al diseño de algunos husillos específicos. Revisar referencias para mayor información.
El dado
La matriz en el proceso de extrusión es análogo al molde en el proceso de moldeo por inyección, a través del dado fluye el polímero fuera del cañón de extrusión y gracias a éste toma el perfil deseado. La matriz se considera como un consumidor de presión, ya que al terminar el husillo la presión es máxima, mientras que a la salida de la matriz la presión es igual a la presión atmosférica.
La presión alta que experimenta el polímero antes de la matriz, ayuda a que el proceso sea estable y continuo, sin embargo, el complejo diseño de llas matrices es responsable de esta estabilidad en su mayor parte.
El perfil de la mattriz suele ser diferente del perfil deseado en el producto final, esto debido a la memoria que presentan los polímeros, esfuerzos residuales y orientación del flujo resultado del arrastre por el husillo.
Existen matrices para tubos, para láminas y perfiles de complicadas geometrías, cada uno tiene características de diseño especiales que le permite al polímero adquirir su forma final evitando los esfuerzos en la medida de lo posible.
Las matrices para extruir polímeros consideran la principal diferencia entre materiales compuestos por macromoléculas y los de moléculas pequeñas, como metales. Los metales permiten ser procesados con esquinas y ángulos estrechos, en cambio los polímeros tienden a formar filos menos agudos debido a sus características moleculares, por ello es más eficiente el diseño de una geometría final con ángulos suaves o formas parabólicas e hiperbólicas.
Orientación y cristalización
Láminas o perfiles formados a la salida de la matriz comienzan a disminuir su temperatura inmediatamente, en ese momento puede ser que el extruido sea jalado, con esto se logra una mayor orientación longitudinal de las moléculas, que se ordenan en la dirección que es aplicada la fuerza de extensión.
A la salida del dado también comienza la cristalización, la cual puede ser controlada de acuerdo con la extensión y la tasa de enfriamiento.
La cristalización puede aumentar por extensión gracias a rodillos que tiran del material, esta fuerza causa que las moléculas se orienten en la dirección en que el material es forzado y esta orientación incrementa el grado de cristalinidad y por lo tanto el grado de resistencia del material. Esta técnica es utilizada típicamente en extrusión de láminas, películas y fleje.
Coextrusión de láminas y películas
La coextrusión de láminas y películas es una de las aplicaciones más importantes de la extrusión de polímero, por medio de esta tecnología es posible extruir una película con un color de fondo y otro de cara o como un sandwich en el cual un material se encuentra en la capa intermedia y otro u otros en las exteriores. Láminas multicapa han sido comercialmente utilizadas de entre 2 y 5 capas, aunque es posible utilizar más capas, las aplicaciones no han exigido este desarrollo con mayor amplitud.
La coextrusión de lámina puede llevarse a cabo por 2 técnicas,
Dado para extrusión multicapa. Que permite 2 o hasta 3 capas de polímero, pero presenta baja eficiencia y poca estabilidad.
Flujos que se encuentran en el dado por medio de canales dosificadores. Por esta técnica es posible obtener diferentes capas con buena distribución y homogeneidad.
Principales problemas en coextrusión de láminas
*Efecto encapsulamiento: Cuando se extruyen dos polímeros en forma de lámina o película de un grosor muy pequenio en comparación con el ancho de la misma, ocurre frecuentemente un problema de encapsulamiento debido a la diferencia en viscosidades de los materiales implicados, el material de menor viscosidad tiende a fluir con menor rapidez que el de menor viscosidad y por ello este segundo material «encapsula al primero», en un caso práctico no es completamente encapsulado, sino que se obtiene una diferencia importante de calibres de los materiales en el centro con respecto a las orillas. Este tipo de problemas se suele solucionar con el uso de
*Diferencias de calibre debido a problemas de ajuste del dado: Los dados modernos tienen sistemas piezoeléctricos u otros sistemas mecánicos unidos a una computadora que analiza las diferencias de calibre en línea. Una lámina extruida es ajustada en el dado a un mismo calibre, sin embargo, el polímero tiende a presionar este dado y a permitir un mayor flujo de material en el centro con respecto a las orillas, esto debido al carácter viscoelástico de las macromoléculas.
Coloración en la extrusión
La coloración de los perfiles en extrusión, láminas y películas tienen una problemática particular aunque similar a la coloración en moldeo por inyección, la belleza de la parte, la identificación y las funciones ópticas dependen de este proceso, básicamente existen tres formas de colorear un polímero en extrusión:
1. Utilizar plástico del color que se necesita (precoloreados).
2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o colorante líquido.
3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color.
La elección más barata y eficiente es el uso del concentrado de color (en inglés Masterbatch), el cual se diseña con características de Índice de fluidez y viscosidad acordes al polímero que se desea procesar, con los concentrados de color se pueden cambiar de un color a otro de manera rápida, sencilla y limpia. Los pigmentos en polvo presentan mayores problemas de coloración que los concentrados de color y estos más que los precoloreados, sin embargo los precoloreados son los más caros y presentan una historia térmica mayor. Los problemas de procesamiento más comunes con relación al color de una pieza son: líneas de color más o menos intenso, pigmento que se acumula en el dado, distribución no homogénea de pigmento, burbujas, puntos de aguja, disminución o aumento excesivo de la viscosidad, puntos negros, y piel de naranja.
Los colores pueden ser cualquier opaco y si el polímero es transparente, se permiten colores translúcidos. Es importante que el proveedor de los concentrados de color sea consciente de la aplicación final de la parte para utilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie. En polioleofinas no debe utilizarse colorantes porque migran, este error es muy común en la industria ya que son baratos, pero este ahorro merma la calidad de la parte y puede resultar en una reclamación por parte del cliente.
En coextrusión se pueden utilizar capas de pigmentos opacos en el medio y de translúcidos en los extremos, o también puede ser todo opaco o completamente translúcido. Es común utilizar en láminas una capa interna de material reciclado y en los extremos del material se controla el color final, esto ayuda a reducir costos manteniendo una apariencia adecuada. En aplicaciones de contacto con alimentos, algunos países permiten que los pigmentos de capas internas no sean aprobados para alimentos (mientras no sean metales pesados), siempre y cuando todos los materiales que tienen contacto con alimentos sean aprobados, una guía para decidir que pigmentos están aprobados o no es la de la FDA de los Estado Unidos.
Los colores pueden ser translúcidos, sólidos, pasteles, metálicos, perlados, fosforescentes, fluorescentes, etc. Sin embargo, polímeros como el ABS son más difíciles de colorear por su alta temperatura de proceso y color amarillento que el polietileno
El experto en diseño de un color es una persona con una habilidad visual impresionante, sus ojos están entrenados para reconocer colores con diferencias mínimas, esto requiere una habilidad natural y experiencia, debe tomarse en cuenta también la teoría del color, los pigmentos son substractivos y la luz es aditiva, además si como color objetivo se tiene una pieza de metal, vidrio, líquido, papel o polímero diferente al polímero final, es posible que bajo diferente luz sea igual o distinto el color final del objetivo, por ello debe decidirse cual será la luz bajo la cual los colores deben ser observados. Para personas que no son expertas en identificación de color son muy útiles los colorímetros, aunque su grado de confianza no llegue al 100%.
Tomado el 22 de Octubre de 2006 de: http://es.wikipedia.org