Infraestructura y equipos – Sistemas de digitalización 3D

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En los meses pasados el Departamento de Ingeniería Mecánica realizó la adquisición y puesta en funcionamiento de un sistema de escaneo 3D, compuesto por un escáner ARTEC® Space Spider, un escáner ARTEC® EVA, y licencias del software ARTEC® Studio 11; este nuevo sistema nos permitirá, a través de tecnologías ópticas, realizar la identificación de superficies y recrear la geometría de diversos elementos.  El principal uso que tendrá será el apoyo procesos de ingeniería dimensional a la inversa, dentro del que se reconoce la revisión de piezas manufacturas a través de procesos de manufactura aditiva e impresión 3D.

Su adquisición derivó de las conclusiones arrojadas por el proceso de vigilancia tecnológica que desarrolla el Departamento de Ingeniería Mecánica, y la evaluación experta del Comité de laboratorios de este Departamento.  Allí se evidenció que el sistema de escaneo debía permitir el escaneo de piezas de variados tamaños (piezas del orden de magnitud de centímetros y hasta una decena de metros), de diferentes tipologías (piezas de máquinas, equipos completos, piezas arqueológicas, entre otros),  para diferentes funcionalidades (ingeniería a la inversa, verificación metrológica), y con una adecuada portabilidad para trabajar en laboratorio o en campo. Por lo tanto, la elección de la máquina fue el resultado de un proceso evaluativo de ofertas de las mejores marcas de sistemas de escaneo (tanto técnicas como económicas),  escogiendo aquella que cumplió con todos los requisitos técnicos solicitados, garantizó todos los requerimientos técnicos establecidos, y presentó el mejor balance costo / beneficio.

El potencial de uso de este sistema de escaneo, se puede verificar en el siguiente caso de éxito desarrollado por el personal de los laboratorios de ingeniería mecánica:

Proceso de ingeniería dimensional a la inversa: Repuestos sistema de mezclado de polímero

En el laboratorio de procesamiento de polímeros (ML036), contamos con un equipo de mezclado que permite el desarrollo de mezclas de diversos tipos de materiales de una manera homogenea.  El impacto asociado al uso de este equipo es alto, puesto que cada semestre tiene asociadas por lo menos unas 5 tesis (entre pregrado y maestría), que generan una carga promedio mínima de 10 horas por semana.

Por las agresivas condiciones de uso y el alto uso del equipo, los ejes mezcladores de este equipo sufrieron un desgaste excesivo en toda su geometría, lo cual disminuyó la funcionalidad del equipo, y llevo a este a fallo catastrófico.  La reposición de estos elementos, en conjunto con otros asociados y que sufrieron daño irreversible, fueron cotizados con un orden de magnitud de 90 millones de pesos. Ahora bien, la solución integrada desarrollada por el laboratorio de manufactura del Departamento de Ingeniería Mecánica, y proveedores de manufactura externos a la Universidad, desarrollaron esta solución con un orden de magnitud de 15 millones de pesos, manteniendo completamente la funcionalidad del sistema.

La actividad técnica asociada, involucró técnicas de ingeniería a la inversa (con el uso del sistema de digitalización adquirido), diseño de componentes mecánicos, verificación geométrica con manufactura aditiva, manufactura de componentes con control numérico computarizado, y verificación metrológica dimensional, siguiendo el siguiente proceso:

1. Escaneo de la pieza desgastada con la maquina escáner 3D Artec® Space Spider y el software Artec® Studio 11 para recrear toda la geometría existente.  Como resultado se obtiene una nube de puntos que recrea la superficie

2. Refinar la geometría de la nube de puntos a través del software Autodesk® Netfabb (academic) que procesa información de la superficie y elimina las imperfecciones de la superficie. 

3. Transformar la superficie en una pieza sólida a través del Software Autodesk ® Inventor (academics).

4. Reajustar la pieza sólida para generar la geometría en condiciones ideales (sin desgaste, con tolerancias de diseño).

5. Prototipar las piezas a través de impresión 3D, para realizar verificación física y funcional de los elementos diseñados. Gracias a este paso se pueden evitar problemas de concepción de diseño funcional.

6. Planificar la rutina de manufactura asistida por computador, a través del software MasterCAM®.  El software genera una simulación de la manufactura, con base en los parámetros escogidos para la ejecución de la misma. 

7. Ejecutar la manufactura en nuestros equipos de control numérico computarizado (torno paralelo y centro de mecanizado vertical). 

8. Inspeccionar la pieza terminada, utilizando el software GOM® Inspect Standard donde se compara el objeto sólido y el sólido generado en el proceso de diseño.  En este punto se se hace una verificación metrológica y este análisis arroja las desviaciones existentes entre la pieza inicial (diseñada) y la final (manufacturada). 

“Para hacer uso de este sistema, por favor tomar contacto con nuestro técnico de laboratorio Jhon Hernández, en el laboratorio ML027”

Como mención especial en el Departamento de Ingeniería Mecánica queremos agradecer a todo el equipo del laboratorio de manufactura (Andrés Salgado, Carolina Coy, Jorge Reyes, José Nieto, Ramiro Beltrán y Jhon Hernández), por su compromiso con el desarrollo de este proyecto, y la integración de todas las tecnologías disponibles en el laboratorio ML027.