Sinterizado selectivo por láser

“El sinterizado selectivo por láser es una técnica de fabricación aditiva que usa un láser de gran potencia (por ejemplo, un láser de dióxido de carbono) para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal (sinterizado directo de metal por láser), cerámica o polvos de vidrio en una masa con la forma tridimensional deseada.”(1)

“También conocido en inglés como Selective Laser Sintering (SLS), esta tecnología se nutre del láser para imprimir los objetos en 3D. Nació en los años 80 y pese a tener ciertas similitudes con la tecnología SLA, esta permite utilizar un gran número de materiales en polvo (cerámica, cristal, nylon, poliestireno, etc.). El láser impacta en el polvo, funde el material y se solidifica. Todo el material que no se utiliza se almacena en el mismo lugar donde inició la impresión por lo que, no se desperdicia nada.
Una de las impresoras 3D más famosas que utilizan esta tecnología de impresión 3D es la EOS. Con las dos últimas tecnologías se consigue una mayor precisión de las piezas impresas y mayor velocidad de impresión.”(2)

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

(2) Tema 1 Diseño 3D. Curso experto en robótica programación e impresión 3D. UNIR

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=607 (Consultado el 09-04-2019)

Modelado por deposición fundida

El modelado por deposición fundida funciona según un principio “aditivo” por el que el material se coloca en capas. Un filamento plástico o un cable metálico se desenrolla de una bobina y suministra material a una boquilla de extrusión que puede activar o cortar el flujo. La boquilla se calienta para fundir el material y se puede mover horizontal y verticalmente mediante un mecanismo de control numérico, directamente dirigido por un paquete de software de fabricación asistida por computador.”(1)

La impresión por deposición de material fundido (FDM)También conocida por FFF (Fused Filament Fabrication, término registrado por Stratasys).
La técnica aditiva del modelado por deposición fundida es una tecnología que consiste en depositar polímero fundido sobre una base plana, capa a capa. El material, que inicialmente se encuentra en estado sólido almacenado en rollos, se funde y es expulsado por la boquilla en minúsculos hilos que se van solidificando conforme van tomando la forma de cada capa.
Se trata de la técnica más común en cuanto a impresoras 3D de escritorio y usuarios domésticos se refiere. Aunque los resultados pueden ser muy buenos, no suelen ser comparables con los que ofrecen las impresoras 3D por SLA, por ejemplo. La ventaja principal es que esta tecnología ha permitido poner la impresión 3D al alcance de cualquier persona con impresoras como la CubeX, Prusa o cualquier impresora de RepRap.
Actualmente se utilizan una gran variedad de materiales, entre los que predominan ABS y PLA.“(2)

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

(2) Tema 1 Diseño 3D. Curso experto en robótica programación e impresión 3D. UNIR

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=607 (Consultado el 09-04-2019)

Fabricación de objetos laminados

“La fabricación de objetos laminados toma los datos fragmentados de diseño asistido por computador de un modelo en 3D y corta cada capa de un material mediante un láser o un plóter de corte. Estas capas cortadas se pegan entre sí para formar el modelo, que se construye en una plataforma móvil bajo la máquina o en los pasadores de posicionamiento.”(1)

A pesar de ser una de las técnicas menos usadas en la industria y menos conocidas en el mundo del prototipado rápido, está llena de posibilidades, y es muy intuitiva.

La Fabricación por corte y laminado, conocida por las siglas LOM (laminated object manufacturing): utiliza el material en estado sólido. En lugar de partir de un líquido como vimos en la estereolitografía , o de un material en polvo como en el sinterizado selectivo por láser (SLS), en este caso se parte del material en estado sólido, en una pieza, a la cual se le va a mecanizar.

CÓMO FUNCIONA
La técnica está basada en la creación de prototipos rápidos a través de superponer y pegar sucesivamente láminas de material cortadas por láser.
La máquina se compone de los siguientes componentes:

  • Un láser
  • Dos rodillos que van moviendo el papel para ir renovando las capas
  • Un rodillo guía para presionar los papeles antes de ser cortados
  • Una plataforma móvil

PROCEDIMIENTO

  • El láser corta los contornos de la pieza en la capa en la que se sitúe,
  • Las zonas en las que no hay material de pieza se cortan en cuadrículas para facilitar su eliminación más tarde.
  • Se coloca otra nueva capa de papel y se repite el proceso hasta tener nuestro prototipo

MATERIALES
El material que se usa en un principio es el papel, pero en realidad existen máquinas que utilizan desde cartón, madera, e incluso plástico laminado en rollos. Todos estos materiales simularán el material final que se usará en nuestro proyecto.

VENTAJAS E INCONVENIENTES
Es una técnica que no necesita soportes, por lo que el acabado de las superficies donde se dejen voladizos tendrán un buen acabado. No habrá problemas de diseño para este tipo de prototipado como sucede ne la impresion 3D FDM, tal y como se tenga el 3D se introduce en la máquina y se imprime.
No es una técnica muy conocida, y uno de sus contras es la cantidad de residuo que genera, al estar obligado a cortar toda la superficie de trabajo. De todas maneras es una forma muy rápida de obtener piezas con acabados muy curiosos y atractivos.“(2)

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

(2) Fabricación por corte y laminado (Extraído de https://lafabricadeinventos.com/fabricacion-por-corte-y-laminado/ Consultado el 09-04-2019)

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=607 (Consultado el 09-04-2019)

Estereolitografía

“La estereolitografía, también conocida como fabricación óptica, fotosolidificación, fabricación sólida de forma libre y creación de imágenes sólidas, es una tecnología de fabricación aditiva (o impresión en 3D) usada para producir modelos, prototipos, patrones y piezas de producción.”(1)

Imagen creada por Materialgeeza

La estereolitografía utiliza una cuba de resina fotosensible y una plataforma que se mueve verticalmente. Utiliza un rayo láser, dirigido hacia la superficie de la resina fotosensible, para imprimir el patrón de la capa del modelo actual endureciendo la resina fotosensible. Luego, la plataforma se mueve hacia abajo por el grosor de una capa para que se pueda imprimir la siguiente capa. También conocido como fabricación óptica, foto-solidificación, fabricación de formas libres sólidas e imágenes sólidas. Se utiliza para producir modelos y prototipos, modelos de fundición, piezas de producción y productos.

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=607 (Consultado el 09-04-2019)

T3.5 Creación rápida de prototipos

Idea fundamental:

La creación rápida de prototipos es la producción de un modelo físico de un diseño a partir de los datos tridimensionales de un diseño asistido por computadora.

Naturaleza del diseño:

El aumento de la potencia de las computadoras ha tenido un impacto fundamental en el modelado mediante la fabricación asistida por computadora. El rápido desarrollo de hardware y software propicia la aparición de nuevas oportunidades, y que las nuevas tecnologías puedan crear modelos dinámicos de una complejidad cada vez mayor. Para simular modelos, los diseñadores pueden usar software que los pruebe virtualmente antes de ser enviados a una variedad de máquinas periféricas para la fabricación del prototipo, usando una gama de materiales cada vez amplia. La facilidad para enviar estos datos digitales de un continente a otro para fabricar los prototipos tiene consecuencias importantes en la protección de los datos y del diseño. (1.19)

¿Qué es el diseño?

1.19. Los diseñadores deben ser conscientes de que con el avance de la tecnología surgen problemas de seguridad con los datos personales que deben tratarse en la mayoría de contextos.

Objetivos:

Objetivo general 10: El uso del diseño asistido por computadora para simular las condiciones en que se utilizará un producto permite que el usuario obtenga datos valiosos a bajo costo. Por ejemplo, simular el flujo de aire en el exterior de un automóvil permite prescindir de este y de un túnel de viento.

Guía de Tecnología del Diseño – Primeros exámenes: 2020

3.5 Creación rápida de prototipos (Resumen guía Tecnología del Diseño)

Idea fundamental:La creación rápida de prototipos es la producción de un modelo físico de un diseño a partir de los datos tridimensionales de un diseño asistido por computadora.

3.5 Creación rápida de prototipos

Naturaleza del diseño:

El aumento de la potencia de las computadoras ha tenido un impacto fundamental en el modelado mediante la fabricación asistida por computadora. El rápido desarrollo de hardware y software propicia la aparición de nuevas oportunidades, y que las nuevas tecnologías puedan crear modelos dinámicos de una complejidad cada vez mayor. Para simular modelos, los diseñadores pueden usar software que los pruebe virtualmente antes de ser enviados a una variedad de máquinas periféricas para la fabricación del prototipo, usando una gama de materiales cada vez amplia. La facilidad para enviar estos datos digitales de un continente a otro para fabricar los prototipos tiene consecuencias importantes en la protección de los datos y del diseño. (1.19)

Conceptos y principios:

  • Estereolitografía
  • Fabricación de objetos laminados
  • Modelado por deposición fundida
  • Sinterizado selectivo por láser

Orientación:

  • Distintos tipos de técnicas de impresión en 3D
  • Ventajas y desventajas de las técnicas de creación rápida de prototipos

Mentalidad internacional:

  • Los elevados costes de algunos procesos novedosos no permiten que se expandan rápidamente a nivel global.

Teoría del Conocimiento:

  • ¿Qué formas de conocimiento usamos para interpretar las pruebas indirectas que se obtienen al utilizar la tecnología?

Utilización:

  • Temas 4, 7 y 10 de Tecnología del Diseño
  • Evaluación interna de Tecnología del Diseño

Objetivos generales:

  • Objetivo general 10: El aumento en la eficacia de las técnicas de creación rápida de prototipos en términos de costo y velocidad permite que los diseñadores puedan crear modelos físicos complejos para realizar pruebas.

Guía de Tecnología del Diseño – Primeros exámenes: 2020

Análisis de elementos finitos

“El análisis de elementos finitos requiere el cálculo y simulación de factores desconocidos en productos que usan sistemas de diseño asistido por computador, por ejemplo, simulaciones de tensiones en una pieza soldada de un vehículo.”(1)

El análisis de elementos finitos (FEA) implica el cálculo y simulación de factores desconocidos en productos que utilizan sistemas CAD, por ejemplo, simulando tensiones dentro de una pieza de automóvil soldada. FEA consiste en un modelo de ordenador de un material o diseño que se analiza para obtener datos específicos. FEA analiza el estrés, la tensión o la transferencia de calor en diseños de modelos sólidos de forma irregular. El diseño tridimensional se subdivide en pequeños rectángulos, llamados elementos, sobre los cuales se aplican las fórmulas de tensión estándar.

El rojo representa normalmente un área de preocupación (es decir, mayor calor o más estrés). Del naranja al amarillo va bajando el estrés. El azul es igual a bajo estrés.

Análisis de diseño de silla mediante FEA

El análisis de fatiga ayuda a los diseñadores a predecir la vida de un material o estructura. Este análisis muestra las áreas donde es más probable que ocurra la propagación de grietas.

El análisis de transferencia de calor modela la conductividad o la dinámica del fluido térmico del material o estructura. Esto puede predecir la temperatura de la superficie en una nave espacial o el flujo de plástico en un molde.

FEA se ha convertido en una solución para la tarea de predecir fallas debido a tensiones desconocidas al mostrar áreas problemáticas en un material y permitir a los diseñadores ver todas las tensiones teóricas dentro de ellas. Este método de diseño y prueba del producto es mucho más eficiente en comparación con los costos de fabricación, que se acumularían si cada muestra se construyera y probara.

 

 

Humanos digitales: captura del movimiento, tecnología táctil, realidad virtual y animación

Humanos digitales

“Los humanos digitales son simulaciones por computador de varios aspectos mecánicos y biológicos del cuerpo humano. Se pueden usar para interactuar con un prototipo virtual. La simulación humana en el diseño de productos permite desarrollar un producto más rápidamente, ya que puede haber más iteraciones de diseño en menos tiempo. Así, se consigue un producto de mayor calidad que cumple los requisitos del usuario con mayor precisión. Los prototipos digitales son más baratos de generar que los prototipos físicos. Los productos son más seguros debido a un análisis más exhaustivo de los aspectos de seguridad. Una mayor productividad tiene como consecuencia una mejora en la automatización del proceso de desarrollo.

Los humanos digitales permiten que las plantas de fabricación se desarrollen más rápidamente y que el flujo de trabajo se optimice. Aumentan la seguridad en el trabajo y reducen los costos de indemnización derivados de los accidentes. Se puede disponer de máquinas y otros equipos para optimizar el tiempo del ciclo y evitar riesgos. Con el fin de eliminar ineficiencias y garantizar una productividad óptima se pueden diseñar procesos de fabricación. Estos procesos se pueden usar para asegurarse de que las personas pueden acceder a las piezas y equipamiento necesarios para ensamblar productos, para comprobar que los trabajadores pueden usar eficazmente cualquier herramienta en sus tareas manuales y para verificar que todas las tareas se pueden realizar en un entorno seguro sin la necesidad de emplear una fuerza excesiva o exponer a las personas a un riesgo de lesión.

El uso de humanos digitales permite a los diseñadores garantizar espacio suficiente para realizar tareas de mantenimiento, por ejemplo, espacio para las manos, brazos y herramientas, así como para instalar y quitar piezas. Los diseñadores pueden comprobar que los técnicos ven lo que están haciendo cuando realizan tareas específicas de mantenimiento y que pueden usar las herramientas manuales necesarias. Los humanos digitales permiten capacitar a personas que se encuentran en distintas ubicaciones sin la necesidad de contar con los prototipos físicos o equipos reales, reduciendo de esa manera el costo en capacitación de personal para la fabricación y el mantenimiento.”(1)

Los humanos digitales se pueden desarrollar y usar de muchas formas para interactuar con los productos.

Artículo de Siemens sobre humanos virtuales.

ACTIVIDAD:

Discute cómo los humanos digitales pueden mejorar la investigación de factores humanos.

Los seres humanos digitales se pueden usar para representar la resistencia de las articulaciones, la incomodidad y los campos visuales. Se pueden usar, por ejemplo, para medir el impacto de la ropa en el desempeño humano, como trajes especiales para bomberos.

Captura de movimiento

“La captura de movimiento es la grabación del movimiento humano y animal por cualquier medio, por ejemplo, a través de dispositivos de vídeo, magnéticos o electromecánicos. Una persona lleva puestos en cada articulación un conjunto de marcadores acústicos, inerciales, LED, magnéticos o reflectantes. Los sensores trazan la posición de los marcadores a medida que la persona se mueve para desarrollar una representación digital del movimiento.

La captura del movimiento puede reducir el costo de la animación, que de otra manera requeriría que el animador dibujara cada cuadro (fotograma) o cuadros clave que posteriormente habría que interpolar. La captura de movimiento ahorra tiempo y crea movimientos más naturales que la animación manual, pero se limita a los movimientos que son anatómicamente posibles. Algunas aplicaciones, como las artes marciales de superhéroes animados, requerirían movimientos adicionales imposibles.

Una sesión de captura de movimiento registra el movimiento del actor, no su aspecto visual. Los movimientos capturados se trasladan a un modelo en 3D (por ejemplo, un robot gigante o humano) creado por un artista informático, para mover el modelo de la misma forma. Capturar los movimientos de los usuarios permitirá a los profesionales diseñar productos más ergonómicos. La captura de movimiento permite al diseñador comprender los requisitos fisiológicos de los usuarios.”(1)

Tecnología táctil

“La tecnología táctil permite que el usuario interactúe mediante el sentido del tacto. También conocida como tecnología de respuesta de fuerza, la tecnología táctil funciona mediante activadores mecánicos que aplican fuerzas al usuario. Al simular la física del mundo virtual del usuario, es posible calcular estas fuerzas en tiempo real. La tecnología táctil permite al usuario formar parte de una simulación informática y actuar con ella, permitiendo que el diseñador observe el desempeño del usuario y obtenga un mejor resultado en el diseño. También se puede usar en situaciones en las que sea difícil impartir capacitación en el entorno real. La tecnología táctil también se usa en dispositivos de respuesta que se emplean en las videoconsolas domésticas.“(1)

La tecnología táctil es una tecnología que interconecta al usuario a través del sentido del tacto. La tecnología táctil (o háptica) funciona mediante el uso de transmisores mecánicos (actuadores) para aplicar fuerzas al usuario. Al simular la física del mundo virtual del usuario, es posible calcular estas fuerzas en tiempo real.

Las nuevas tecnologías en tecnología táctil del área de realidad virtual (VR) ahora permiten a los usuarios de ordenadores usar su sentido del tacto para sentir objetos virtuales. El tacto es un sentido muy poderoso, pero hasta ahora se ha descuidado en la informática.

Los dispositivos táctiles (o de retroalimentación forzada) de última generación permiten a los usuarios sentir y tocar objetos virtuales con un alto grado de realismo. Las propiedades de la superficie de un artefacto pueden modelarse de modo que alguien que use un dispositivo táctil pueda sentirlo como un objeto sólido tridimensional con diferentes texturas, dureza o suavidad. Algunos juegos de ordenador ya se benefician de los primeros dispositivos táctiles, como los volantes de respuesta de fuerza que se activan y vibran en las carreteras llenas de baches. Los científicos usan los ordenadores para simular no solo el impacto de un palo de golf golpeando la pelota, sino también la elasticidad de un riñón debajo de las pinzas.

Hay muchas oportunidades potenciales para la tecnología táctil:

  • Entretenimiento: hay posibilidades extremadamente emocionantes en el campo de los juegos y el entretenimiento. El desafío será bajar esta tecnología a un precio razonable, junto con una interfaz de usuario comprensible y dinámica.
  • Robots: la tecnología táctil podría ayudar enormemente a las personas con problemas de control motor o personas mayores que han perdido o degradado sus funciones.
  • Hápticas que puedes vestir: con los ajustes de movimiento (cinéticos) de la Google Glass, parece que estamos entrando en toda una era de sensores corporales portátiles y redes de ordenadores. Dispositivos como estos podrían modificarse para crear un paradigma completamente nuevo de interacción entre humanos y ordenadores, brindando orientación para personas ciegas, información y ayuda para personas con necesidades especiales, o incluso interacción adicional mientras se realizan otras tareas: cocinar, conducir, en una reunión. etc.
  • Pantallas táctiles: nuestras pantallas táctiles ahora ofrecen vibraciones y sonido, pero ¿qué hay de ir más allá de eso a una experiencia de pantalla táctil que nos permite acercarnos y “sentir” imágenes en una pantalla, o un teclado de pantalla táctil que hace que se sienta como si estuviéramos escribiendo en teclas reales levantadas?

Realidad Virtual

“La realidad virtual es la capacidad de simular una situación real en la pantalla e interactuar con ella de forma casi natural.”(1)

Algunas empresas automovilísticas, como Seat o Ford, utilizan la realidad virtual para probar y analizar las cabinas de sus vehículos. Las unidades de VR utilizan dispositivos táctiles, además, para proporcionar una sensación real del espacio.

La realidad virtual les proporciona información valiosa a los ingenieros con respecto al diseño y la asignación de controles. Proporciona información sobre la ergonomía del interior y sobre los aspectos de visión del automóvil, lo que se puede ver alrededor y fuera de la cabina.

Animación:

“La animación es la capacidad de enlazar pantallas gráficas entre sí de forma que simulen movimiento o procesamiento.”(1) La animación se puede utilizar para simular varios contextos de diseño utilizando seres humanos digitales para permitir que se prueben diferentes escenarios.

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593 (Consultado el 08-04-2019)

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

http://www.nodocast.com/industria-4-0/ (Consultado el 08-04-2019)

 

Modelado ascendente y descendente

La mayoría de los modelados de ensamblaje combinan las estrategias de diseño ascendente y descendente. Se puede conocer parte de los requisitos y utilizarse algunos componentes estándar, pero los nuevos diseños siempre se deben crear de modo que cumplan los objetivos específicos del proyecto.“(1)

“Cuando se diseña usando una estrategia ascendente, el diseñador crea una pieza geométricamente independiente del ensamblaje o de cualquier otro componente. Aunque algunos criterios de diseño se suelen definir antes de modelar la pieza, esta información no se comparte entre modelos. Una vez que se terminan todos los modelos de piezas, se unen por primera vez en el ensamblaje. Por ejemplo, el proceso usado para crear el astromóvil Curiosity que viajó a Marte siguió una estrategia ascendente.”(2)

Se insertan las piezas y los subensamblajes existentes en un archivo de ensamblaje, y se colocan los componentes aplicando restricciones de ensamblaje, como Coincidencia y Nivelación. Si es posible, los componentes deben insertarse en el mismo orden que se utilizaría para ensamblarlos en la fase de fabricación.(1)

Un diseñador crea una geometría de pieza independiente del ensamblaje o de cualquier otro componente. Aunque a menudo hay algunos criterios de diseño establecidos antes de modelar la pieza, esta información no se comparte entre los modelos. Una vez que se completan todos los modelos de piezas, se juntan por primera vez en el ensamblaje.

Imagen extraída de Autodesk

“El diseño descendente es un proceso de desarrollo de productos que usa 3D y sistemas paramétricos y CAD asociados. La principal característica de este método es que el diseño se produce como concepto y evoluciona gradualmente hasta un producto completo formado por componentes y subconjuntos.”(2)

Imagen extraída de Autodesk

El diseño descendente es un proceso de desarrollo de productos obtenido a través de sistemas de CAD 3D, paramétricos y asociativos. Se realiza la adición de componentes o partes nuevas a partes existentes. La característica principal de este nuevo método es que el diseño se origina como un concepto y gradualmente se convierte en un producto completo que consta de componentes y subconjuntos. Esto permite una base de datos de partes que podrían usarse en otros lugares. 

“Se comienza con los criterios de diseño y se crean componentes que cumplen dichos criterios. Los diseñadores enumeran los parámetros conocidos y crean un boceto de ingeniería. El boceto puede ser un diseño 2D que se desarrolla en todo el proceso de diseño tal como se muestra en la siguiente imagen.”(1)

Referencias:

(1) Diseño descendente, ascendente y mixto. Autodesk. (Consultado el 08-04-2019)

(2) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593 (Consultado el 08-04-2019)

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

Creación virtual de prototipos

“La creación virtual de prototipos implica el uso de modelado sólido y en superficie para desarrollar modelos interactivos fotorrealistas. Estos se pueden considerar como maquetas digitales.”(1)

El prototipado virtual es un proceso de modelado dirigido por software que simula productos y entornos imitando comportamientos del mundo real. Se está encontrando cada vez más aplicación en el desarrollo, prueba y evaluación de productos. Debido a la falta de la necesidad de un producto físico, la creación de prototipos virtuales en ocasiones ha reemplazado a la creación rápida de prototipos para el desarrollo iterativo de nuevos productos o aquellos que requieren renovación.

Los diseñadores e ingenieros pueden simular visual y matemáticamente el diseño, el montaje y el uso en funcionamiento de productos complejos en una variedad de entornos y escenarios de trabajo. Las modificaciones también pueden evaluarse rápidamente de una manera efectiva en el tiempo, en la que participen diseñadores, clientes y gerentes de negocios de múltiples puntos. El proceso no solo es más rápido que los métodos tradicionales, sino que también reduce los costos, minimiza el uso de los materiales y acorta los ciclos de diseño.

Ventajas del prototipado virtual:

  • Los diseñadores pueden simular un diseño visual y / o matemáticamente.
  • Puede reducir los plazos de entrega Puede reducir los costes de desarrollo de los productos.
  • Puede reducir o eliminar errores (ya que los humanos no están involucrados).
  • Puede mejorar calidad de los productos finales al estar estos más evaluados en diferentes situaciones.
  • Fácilmente escalable, como en nanotecnología o aviones.

ACTIVIDAD:

  1. Enumera al menos 4 ventajas de usar prototipos virtuales en comparación con prototipos físicos.
  2. ¿El uso de prototipos virtuales significa que los diseñadores / ingenieros no harán también prototipos físicos? Explica por qué / por qué no.

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593  (Consultado el 08-04-2019)

 

Modelado de datos que incluyen modelado estadístico

Un modelo de datos determina explícitamente la estructura de los datos o los datos estructurados. Entre los modelos de datos típicos se incluyen las bases de datos y los sistemas de información. Los desarrollos en las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) hacen que un modelo sea importante para las aplicaciones que usan e intercambian datos.

“Una base de datos es un conjunto de datos pertenecientes a un mismo contexto y almacenados sistemáticamente para su posterior uso.”(1)

Los desarrollos en la tecnología de la información y la comunicación (TIC) hacen que un modelo de datos sea importante para las aplicaciones que usan e intercambian datos. Los ejemplos incluyen GPS, escaneo 3D, pruebas digitales, materiales, etc.

Ejemplos:

Modelos estadísticos: Un modelo estadístico queda especificado por un conjunto de ecuaciones que relacionan diversas variables aleatorias, y en las que pueden aparecer otras variables no aleatorias. Como tal “un modelo es una representación formal de una teoría”​. Un modelo estadístico es la forma que pueden tomar un conjunto de datos obtenidos de muestreos de datos con comportamiento que se supone aleatorio. Es un modelo matemático.

Sistemas de información Geográfica GIS: se utilizan en Urbanismo: “En el sentido más estricto, es cualquier sistema de información capaz de integrar, almacenar, editar, analizar, compartir y mostrar la información geográficamente referenciada. En un sentido más genérico, los SIG son herramientas que permiten a los usuarios crear consultas interactivas, analizar la información espacial, editar datos, mapas y presentar los resultados de todas estas operaciones.

Por otro lado, un sistema de información geográfica puede ser concebido como un modelo que representa el mundo real. (F. Bouillé1​ 1978)”(2)

Microsoft Access: programa que te permite gestionar muchas bases de datos cruzando sus informaciones, se utilizan en gestión de empresa, producción, urbanismo…

 

Referencias:

(1) Definición de base de datos extraída de Wikipedia https://es.wikipedia.org/wiki/Base_de_datos (Consultado el 03-04-2019)

(2) Definición de GIS extraída de Wikipedia https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_informaci%C3%B3n_geogr%C3%A1fica (Consultado el 03-04-2019)

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593 (consultado el 03-04-2019)

Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Modelos en superficie y sólidos

Los modelos en superficie son imágenes fotorrealistas de un producto que ofrecen algunos datos sobre la mecanización pero no sobre el interior del producto.

Los modelos sólidos son representaciones tangibles del producto final. Ofrecen un conjunto completo de datos para el producto que se va a materializar, incluidas las dimensiones internas y el volumen.

Explicar las diferencias entre las técnicas de modelado de sólidos y superficies:

Las técnicas de modelado de sólidos contienen más información para el diseñador y sirven para producir un modelo 3D físico utilizando las tecnologías CNC (control numérico informático) o RP (creación rápida de prototipos como por ejemplo cuando imprimimos en 3D)

El modelado de superficies no tiene espesor de pared.

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593 (consultado el 03-04-2019)

Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Tipos de software para diseño asistido por computadora

Existen en ele mercado una gran variedad de tipos de software de diseño asistido por computadora (CAD) dependiendo de la finalidad con la que pretendamos utilizarlo. Cada uno de los tipos presenta su propia lógica interna que debe ser entendida por los diseñadores.

2D CAD

El CAD bidimensional, o 2D, se utiliza para crear dibujos planos de productos y estructuras. Trabaja en los ejes x e y. Los objetos creados en CAD en 2D están formados por líneas, círculos, óvalos, curvas… Los programas de CAD 2D generalmente incluyen una biblioteca de figuras geométricas; la capacidad de crear curvas Bezier, splines y polilíneas; la capacidad de definir patrones de sombreado; y la capacidad de generar una lista de materiales. Entre los programas CAD 2D más populares se encuentran: Autodesk AutoCAD, Adobe Illustrator, Inkscape, FreeCad, Onshape… Todos ellos generan gráficos vectoriales, lo que significa que producen dibujos que se pueden escalar para su impresión sin perder precisión en sus líneas.

2.5D CAD

Entre 2D y 3D CAD es 2.5-D CAD. Los modelos creados en este tipo de CAD son prismáticos, es decir, representan la profundidad de los objetos. Al igual que el CAD 2D, estos objetos están compuestos de objetos geométricos. Se utiliza para operaciones de definición de piezas para fresado y operaciones de mecanizado CNC (mecanizado de piezas por control numérico). Un ejemplo es SolidCAM.

Imagen extraída de SolidCAM

3D CAD

Los programas de CAD tridimensionales (3D) vienen en una amplia variedad de tipos, diseñados para diferentes aplicaciones y niveles de detalle. En general, los programas de CAD en 3D crean un modelo realista de cómo se verá el objeto de diseño, permitiendo a los diseñadores resolver problemas potenciales antes y con menores costos de producción. Algunos programas de CAD en 3D incluyen Autodesk Inventor, OpensCAD, TinkerCad, CoCreate Solid Designer, Pro / Engineer SolidEdge, SolidWorks, Unigraphics NX y VX CAD…

Modelado 3D alámbrico y en superficie

Los programas CAD que cuentan con modelado de superficie y alambre en 3D crean una estructura interna similar a un esqueleto del objeto que se está modelando. Los programas de modelado alámbrico construyen sus modelos cara a cara para producir una representación 3D del objeto.  Se añade una superficie más tarde. Estos tipos de modelos CAD son difíciles de traducir a otro software y, por lo tanto, a día de hoy no se utilizan mucho. Los programas de modelado alámbrico construyen sus modelos cara a cara para producir una representación 3D del objeto. 

Imagen extraída de Willr0y Water

Bibliografía:

https://www.ruthtrumpold.id.au/destech/?page_id=593 (Consultado el 11-03-2019)

https://www.techwalla.com/articles/types-of-cad-software (Consultado el 11-03-2019)

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

Ventajas y desventajas de usar modelos físicos

Ventajas

  • Explora y prueba ideas
  • Fácilmente comprensible
  • Comunicación con los clientes
  • Comunicación con los miembros del equipo
  • Habilidad para manipular ideas mejor que con dibujos
  • Es tangible
  • Puede alcanzar diferentes públicos: desde clientes que no tienen una visión técnica hasta ingenieros
  • Pueden tratarse consideraciones de diseño antes de llegar a la producción lo que significa que el “aspecto verde” (ecológico) del producto puede ser mejorado
  • Puede ser utilizado en pruebas e investigación de usuarios más fácilmente.
  • Facilita la comunicación con el cliente:
    • pueden manipularse manualmente por lo que favorece las pruebas por parte de consumidores, considerando aspectos del diseño relacionado con la ergonomía
    • los consumidores potenciales pueden ver la forma, proporciones y color del producto fácilmente
    • es fácilmente entendible por un público no especializado

Desventajas

  • Los diseñadores pueden hacer fácilmente suposiciones sobre la precisión con la que un modelo representa la realidad/ puede no ser preciso
  • Puede que no funcione como el producto final
  • Podría no estar hecho del mismo material
  • Lleva tiempo realizarlos
  • Puede ser costoso (prototipos)
  • Se requieren ciertas habilidades para producir el modelo, en ocasiones altas.
  • Se necesitan recursos: maquinaria, materiales, y equipamiento
  • Se gasta materia prima, energía, cuya eliminación no es amable con el medio ambiente

T3.4 Diseño Asistido por Computadora (CAD)

CAD Modeling
Imagen creada por Nicola L.K.

Idea fundamental:

Un diseño asistido por computadora es la generación, creación, desarrollo y análisis de un diseño o sistema mediante software informático.

Naturaleza del diseño:

A medida que las tecnologías mejoran y los programas informáticos son más potentes, aumentan las oportunidades de los diseñadores de crear nuevos y excitantes productos, servicios y sistemas. Una mayor libertad de adaptación y personalización de los productos conlleva un impacto considerable en el usuario final. La capacidad para crear prototipos virtuales, visualizar y compartir diseños, mejora todo el ciclo de diseño, desde el análisis de datos hasta los diseños finales. (1.14)

¿Qué es el diseño?

1.14. El aumento de la capacidad de la informática ha hecho que el modelado sea mucho más potente y eficaz. La creación de prototipos digitales permite crear modelos dinámicos de situaciones complejas. Las simulaciones que implican cantidades considerables de datos, un gran número de variables y cálculos complejos aceleran el proceso de diseño y aumentan las posibles soluciones.

Objetivos:

Objetivo general 10: El uso del diseño asistido por computadora para simular las condiciones en que se utilizará un producto permite que el usuario obtenga datos valiosos a bajo costo. Por ejemplo, simular el flujo de aire en el exterior de un automóvil permite prescindir de este y de un túnel de viento.

Guía de Tecnología del Diseño – Primeros exámenes: 2020

3.4 Diseño asistido por computadora (CAD) (Resumen guía Tecnología del Diseño)

Idea fundamental: Un diseño asistido por computadora es la generación, creación, desarrollo y análisis de un diseño o sistema mediante software informático.

3.4 Diseño asistido por computadora (CAD)

Naturaleza del diseño:

A medida que las tecnologías mejoran y los programas informáticos son más potentes, aumentan las oportunidades de los diseñadores de crear nuevos y excitantes productos, servicios y sistemas. Una mayor libertad de adaptación y personalización de los productos conlleva un impacto considerable en el usuario final. La capacidad para crear prototipos virtuales, visualizar y compartir diseños, mejora todo el ciclo de diseño, desde el análisis de datos hasta los diseños finales. (1.14)

Conceptos y principios:

  • Tipos de software para diseño asistido por computadora
  • Modelos en superficie y sólidos
  • Modelado de datos que incluyen modelado estadístico
  • Creación virtual de prototipos
  • Modelado ascendente y descendente
  • Humanos digitales: captura del movimiento, tecnología táctil, realidad virtual y animación
  • Análisis de elementos finitos

Orientación:

  • Ventajas y desventajas de usar modelado asistido por computadora
  • Cómo los modelos de datos estructuran datos mediante modelos de bases de datos
  • Diseño de sistemas de información para intercambio de datos
  • Cómo se puede usar la tecnología táctil, la captura de movimiento, la realidad virtual y la animación para simular escenarios y contexto de diseño
  • Comparación del análisis de elementos finitos con modelos físicos de prueba
  • Uso de sistemas de análisis de elementos finitos durante el diseño y el desarrollo de productos

Mentalidad internacional:

  • Mejorar las tecnologías de la comunicación permite que equipos globales realicen desarrollos colaborativos de diseño 24 horas al día, siete días a la semana.

Teoría del Conocimiento:

  • ¿Cómo se adquiere el nuevo conocimiento a través del uso de modelos digitales?
  • ¿Permite la tecnología adquirir conocimientos que nuestros sentidos son incapaces de captar?

Utilización:

  • Temas 4, 7 y 10 de Tecnología del Diseño
  • Evaluación interna de Tecnología del Diseño
  • Artes Visuales

Objetivos generales:

  • Objetivo general 10: El uso del diseño asistido por computadora para simular las condiciones en que se utilizará un producto permite que el usuario obtenga datos valiosos a bajo costo. Por ejemplo, simular el flujo de aire en el exterior de un automóvil permite prescindir de este y de un túnel de viento.

 

Modelos instrumentados

“Los modelos físicos instrumentados tienen la capacidad de tomar medidas con el objetivo de ofrecer información cuantitativa exacta con la que poder realizar análisis. Estos modelos se pueden usar eficazmente para investigar numerosos fenómenos como el flujo de los fluidos en sistemas hidráulicos o en túneles de viento, la tensión en las estructuras y la interacción del usuario con un producto. Por ejemplo, un modelo instrumentado de un teclado puede registrar las acciones del usuario y ofrecer datos de la frecuencia de uso de las teclas y el número de errores que comete el usuario (esto es, el número de veces que se pulsan la teclas Retroceso o Suprimir). Estos modelos se pueden escalar en términos de geometría y fuerzas importantes.”(1)

Los modelos instrumentados son modelos que tienen sensores conectados para tomar medidas. Dependiendo del propósito del modelo, el diseñador puede medir diferentes cosas como fuerza, velocidad, temperatura, etc. Los datos se utilizan para validar que el producto podrá funcionar correctamente y / o para informar decisiones sobre cambios en el diseño.

 

 

 

Usar modelos instrumentados para medir el nivel de rendimiento de un producto y facilitar la evaluación y pruebas formativas en curso

Los modelos físicos instrumentados están equipados para tomar medidas y proporcionar respuestas cuantitativas precisas para su análisis posterior. Se pueden usar de manera efectiva para investigar muchos fenómenos como los flujos de fluidos en sistemas hidráulicos o en túneles de viento, estrés dentro de estructuras e interacción del usuario con un producto. Por ejemplo, un modelo instrumentado de un teclado puede registrar las acciones del usuario y proporcionar datos sobre la frecuencia con que se usan las teclas y la cantidad de errores que comete un usuario (es decir, la cantidad de veces que se usa la tecla de retroceso o de eliminación). Estos modelos se pueden escalar en términos tanto en tamaño como en fuerzas importantes.

Los modelos instrumentados pueden simular las dimensiones, las proporciones de peso y la articulación de un objeto, y generalmente se equipan para registrar datos sobre el comportamiento dinámico del producto. Estos datos pueden incluir variables como la velocidad, la fuerza, la flexión, el plegado o la torsión del producto. Estos son modelos que contienen en ellos equipos de prueba y permiten que los datos se registren para analizarlos mientras el modelo está en uso. Los datos se pueden analizar y las decisiones de diseño/fabricación se pueden tomar a partir de esto.

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

Modelos básicos y Prototipos

“Los modelos básicos se usan para probar ideas. Son representaciones a escala o a tamaño real de un producto que se usan para obtener comentarios y opiniones de los usuarios. Un modelo básico se puede considerar un prototipo si incluye alguna funcionalidad.”(1)

Los términos modelo básico y prototipo se utilizan a menudo indistintamente, sin embargo presentan diferencias:

Un modelo básico es un modelo tridimensional a escala o también a escala real, están realizados habitualmente en materiales distintos a los que se emplearán en el producto final y se utilizan para ahorrar tiempo y dinero con respecto al desarrollo de prototipos más precisos. Se realizan para detectar defectos de diseño en las fases más tempranas de diseño. No tienen funcionalidades pero se pueden utilizar para evaluar la estética y la ergonomía de los productos. Deben realizarse varios para poder pasar a la siguiente fase.

Imagen extraída de : Design Tech for IB Students

“Un prototipo es un ejemplo o modelo construido para probar un concepto o proceso, o para actuar como un objeto que se va a replicar o del que se quiere obtener alguna información. Los prototipos se usan para probar y validar ideas durante todo el desarrollo del diseño. Se pueden emplear para ofrecer especificaciones sobre un producto real y funcional en lugar de uno teórico. Los prototipos se desarrollan para trabajar a partir de dos perspectivas: el punto de vista del equipo de desarrollo, que puede aprender creando el producto, y el punto de vista del usuario, del cual puede aprender el equipo de desarrollo interactuando con el usuario y a través de sus comentarios y opiniones. Un prototipo se puede desarrollar con distintos grados de fidelidad, dentro de una variedad de usuarios y contextos ambientales.

El rango de fidelidad es:

  • Fidelidad baja: representación conceptual análoga a la idea
  • Fidelidad media: representación de aspectos de la idea
  • Fidelidad alta: modelo básico de la idea, lo más parecido posible al producto final

El rango de contextos es:

  • Restringido: en un entorno controlado
  • General: cualquier usuario, cualquier entorno
  • Parcial: usuario o entorno final
  • Total: usuario y entorno final

La combinación de fidelidad y contexto permite validar una idea y conocimientos adicionales para el desarrollo.”(1)

Los prototipos son modelos que también incluyen aspectos funcionales del diseño. Los prototipos se ven y se sienten como el artículo de producción real, pero se producen para proporcionar una evaluación final completa antes de la producción en masa. Permiten también a los departamentos de marketing comenzar las campañas de publicidad antes de que comience el proceso de producción.

Prototipo del IMX Huro es un crossover eléctrico con un sistema de conducción totalmente autónoma (Robert Hradil / Getty). Imagen extraída de: Los concept cars más interesantes del salón de Ginebra

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía:

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press

Modelos estéticos

“Los modelos estéticos se desarrollan para que tengan el tacto y la apariencia del producto final. Se usan con múltiples propósitos, como probar la ergonomía y evaluar el atractivo visual. Los modelos estéticos se parecen al producto final, pero no funcionan igual. Los modelos estéticos pueden ser relativamente simples, formados por trozos sólidos de espuma y pintados como el objeto real, o más complejos, simulando el peso, equilibrio y propiedades de los materiales.

Normalmente, los modelos estéticos se diseñan solo para ser mostrados, no para manipularse excesivamente. Ofrecen a los no diseñadores una buena representación del tacto y la apariencia de un objeto. Por ejemplo, los ingenieros de producción pueden tomar datos y evaluar la viabilidad a fin de adaptar los sistemas de fabricación. Los modelos estéticos son caros de generar, ya que necesitan tener un buen acabado superficial y un tamaño real.”(1)

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

 

Información adicional sobre el concepto de la estética:

Extraída de: BREVE HISTORIA DE LA ESTETICA – Carlos Castillo

“La palabra “estética” no hizo su aparición hasta el siglo XVIII al emplearla Baumgarten (1714-1762). Conforme a la etimología del término griego aisthesis, significa “teoría de la sensibilidad”. Sin embargo la estética, aún sin llevar todavía ese nombre, existe desde tiempos de la antigüedad e incluso desde la prehistoria.  La estética siempre ha estado mezclada con la reflexión filosófica, con la crítica literaria o con la historia del arte. Es a partir del renacimiento donde comienzan diferentes vertientes y reflexiones sobre la misma.  Más adelante las vanguardias serán las que marcarán los patrones de belleza que rigen hasta nuestros días.  Es de vital importancia conocer estos cambios en las tendencias artísticas para entender también los cambios estéticos.

“La estética es el campo de conocimiento que estudia los fenómenos, acontecimientos y acciones humanas en relación con el modo que tiene el ser humano de percibirlas, comprenderlas, expresarlas o comunicarlas.  Como rama de la filosofía tradicionalmente se ha dedicado a reflexionar y debatir en torno a los conceptos que se han hallado de un modo u otro en las obras de arte.  La estética como ámbito de estudio procede de la experiencia de conocimiento estético que el ser humano tiene de lo que le rodea.  Su definición deriva de aquélla, y por tanto, estaría constituido por el conjunto de fenómenos, acontecimientos, hechos culturales y acciones humanas que nos muestran en algún aspecto un modo de percepción, de comprensión, de interpretación, de expresión o de comunicación.  En el caso del arte, lo estético está relacionado con las reflexiones que genera una obra, con sus modos de percibirla, comprenderla e interpretarla.  Todo ello se concreta en objetos o situaciones en que notamos elementos que no se refieren primariamente a la existencia física de los objetos sino a su existencia cultural, al espacio comunicativo que se les otorga en una sociedad o en una época, o a sus aportaciones a la comprensión del mundo y de la experiencia humana.”(2)

(2) Ricardo, Marín Viadel. Didáctica de la Educación Artística, Editorial Pearson, Madrid, España, 2003, p.149.

Modelos a escala

“Un modelo a escala es una copia física mayor o menor que un objeto. Los modelos a escala permiten visualizar, a partir de un examen del modelo, información representada por el modelo. Un buen ejemplo de modelos a escala se puede ver en la arquitectura, donde un edificio se modela a escala muy reducida. Esto permite que los diseñadores visualicen la estructura del edificio, pero también la estética y las líneas exteriores e interiores.

En el entorno real en que se va a utilizar el producto o sistema se pueden resaltar los factores imprevistos.

El propósito de un modelo a menor escala puede ser, por ejemplo, tener una mejor visión de conjunto para poder realizar pruebas.

El propósito de un modelo a mayor escala puede ser ver la estructura de las cosas que normalmente son demasiado pequeñas para verse bien o porque simplemente no se pueden ver, por ejemplo, un modelo de un insecto o de una molécula.”(1)

Los modelos arquitectónicos (maquetas) son una herramienta de diseño rápida y barata utilizada por los arquitectos para visualizar los espacios, considerar las relaciones entre el edificio y su entorno o su impacto en el paisaje y también son útiles para mostrar a los clientes. Los modelos utilizados para mostrar grandes desarrollos pueden realizarse a escala 1/100 , mientras que los de viviendas unifamiliares que requieran más detalle pueden realizarse a 1/20. Se realizan en multitud de materiales aunque los más comunes son: cartón, cartón pluma, cartón corrugado, cartulinas, madera de balsa, acetato, DM…

Actualmente estos modelos arquitectónicos (maquetas) han sido sustituidos por el modelado en CAD pero algunos arquitectos siguen considerando que las maquetas son un modo muy eficaz de visualizar el desarrollo de sus diseños.

En la industria automovilística es tradicional la recreación de modelos de arcilla de los vehículos a la hora de realizar modelos físicos. Algunos estudios han transferido estas actividades de modelado físico en arcilla a sus departamentos de CAD al igual que en la arquitectura pero otros siguen considerando que el modelado en arcilla es el mejor medio de visualizar sus desarrollos en 3D. Esos modelos pueden servir para examinar cuestiones estéticas mientras que los que están a escala real pueden servir para pruebas aerodinámicas, encajes de lunas, cierres. Los procesos de escaneado en 3D permiten digitalizar esos modelos físicos permitiendo a los ingenieros configurar virtualmente otros de sus elementos con prototipos simulados.

Referencias:

(1) Material de ayuda al profesor de Tecnología del Diseño (ibo.org)

Bibliografía: 

Peter and Roger Metcalfe, Design and Technology 2nd Edition, 2015 IBID Press