Calidad superficial en el prototipado rápido, proceso FDM

Surface quality in rapid prototype MMD process

Este artículo es una síntesis de la tesis de maestría en el Posgrado de Materiales y Procesos de Manufactura, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica. El paper muestra la interacción de los parámetros del proceso, distancia de la deposición (Gap) y la velocidad del cabezal de extrusión, para la máquina Titán SH-1 de prototipado rápido, proceso de modelado por deposición fundida de material (FDM), del CEIF (Centro de tensión de los prototipos y la caracterización del material. El proyecto aplica criterios del diseño experimental para orientar la selección de los parámetros experimentales del proceso. Previamente se realiza la caracterización mecánica y físico-química del Acrilinitrilo-Butadieno-Estireno (ABS) material utilizado en el proceso FDM.

Introducción

Los ingenieros de diseño usan el proceso de prototipado rápido para crear prototipos tangibles de sus diseños, para ayudar a visualizar y entender sus ideas en las primeras fases del proceso de desarrollo. Los prototipos ayudan a descubrir problemas potenciales en una área donde no son aparentemente legibles, en papel o en una pantalla de computador. También, permiten obtener partes completamente funcionales para ser sometidas a pruebas bajo uso de condiciones reales, para estimar las características de forma, manufacturabilidad y acabado. Un buen acabado de la superficie de los modelo ayuda a eliminar la inexactitud dimensional y reduce los costos producidos por los pos-procesados realizados.

Caracterización del Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS)

Las propiedades mecánicas de los prototipos son dependientes de las propiedades del material y de la calidad del resultado de la unión entre las capas. El ensayo mecánico permite la determinación de los datos específicos del material termoplástico ABS (resistencia y módulo elástico) necesarios para su aplicación en el diseño de ingeniería o en el control de calidad.

La Figura 1 muestra que el material es rígido y resistente, ya que presenta un módulo de elasticidad alto (1.893,47 MPa) y el área debajo de la curva es grande (6,537 MPa).  La Tabla 1 muestra una comparación de las características mecánicas del material ABS utilizado en el proceso de FDM, con el comercial y el extruido.

El valor de la resistencia a la tensión y del módulo elástico para el ABS utilizado en el prototipado rápido se encuentra dentro del rango de las propiedades del ABS comercial. La resistencia y el módulo elástico para el ABS extruido disminuye con respecto al ABS sin extruir, debido a la creación de poros en la estructura durante el proceso de fabricación, por el comportamiento anisotrópico del material y debido a la forma como se aplicó la carga a la probeta para realizar el ensayo de tensión, que fue a 45º con respecto a la dirección de la deposición del material.