Ingeniería inversa en ventilas de ABS reciclado
Alberto Hernández Ruiz*, Francisco Javier Velázquez Bocanegra, V. L. González-Ajuech, C.G. Flores-Hernández, M. B. Ortuño-López.
Tecnológico Nacional de México Campus Querétaro.
RESUMEN.
Se aplica la tecnología de impresión 3D y herramientas de software para el rediseño y manufactura de una pieza de ABS perteneciente al sector de las refacciones automotrices. Se plantea el estudio de la viabilidad del uso material reciclado para la manufactura de ventilas de aire acondicionado, a partir de la caracterización y comparación de sus propiedades de degradación acelerada, con las que presenta una pieza fabricada con material virgen.
PALABRAS CLAVE
Ingeniería inversa, manufactura aditiva, impresión 3D, ABS
ABSTRACT.
3D printing technology and software tools are applied for the redesign and manufacturing of an ABS part belonging to the automotive spare parts sector. The study of the feasibility of using recycled material for the manufacture of air conditioning grilles is proposed, based on the characterization and comparison of its accelerated degradation properties, with those of a piece manufactured with virgin material.
KEY´S WORDS
Reverse engineering, additive manufacturing, 3D printing, ABS
INTRODUCCION.
La ingeniería inversa o reconstructiva es una técnica de copiado/escaneo de geometrías para la innovación. De acuerdo con Monroy et al. (2013), el diseñador parte de un sistema, elemento, o aplicación de ingeniería de geometrías complejas, para realizar de forma eficiente la creación del diseño de un nuevo producto. La industria automotriz se ve beneficiada por el diseño e innovación de elementos mecánicos. El desarrollo de nuevos productos de este sector industrial depende de la integración en los procesos creativos de dichos elementos, de herramientas de ingeniería para el diseño, simulación y manufactura como los sistemas: CAD, CAM y CAE respectivamente (Morales, 2014) Convencionalmente el proceso de inyección y el de mecanizado CNC, han sido tecnologías utilizadas para llevar a cabo el desarrollo de piezas para la industria automotriz.
Hoy en día se abren nuevas necesidades en la manufactura para la industria, que no necesariamente requieren la producción en masa y que tienen mayores necesidades en la reproducción de piezas de geometría complejas. Como respuesta, surge la tecnología de manufactura aditiva, también conocida como impresión 3D. La impresión 3D es una técnica típica de fabricación aditiva para fabricar productos de diversas estructuras y geometrías (Gonzalo Casado Llordén, 2022) La impresión 3D no se llevaría a cabo sino fuera los adelantos tecnológicos en el diseño de softwares que se especializan en características precisas de la topología. Esto permite a los ingenieros rediseñar para proponer innovaciones, reduciendo costos y tiempo. La impresión 3D ha permitido hasta cierto punto, mantener una competitividad en el mercado de fabricación de piezas automotrices y de otras industrias, ya que no utiliza en su proceso moldes y
es posible fabricar piezas especiales por sus geometrías intrincadas. Sin embargo, los procesos convencionales como el moldeo por inyección seguirán siendo la mejor opción para la manufactura en masa. General Motors® es una compañía automotriz que ha apostado por aplicación de la manufactura aditiva como complemento o herramienta para sus procesos producción;
recientemente firmó un contrato con la empresa Autodesk para la utilización de sus nuevos sofwares de diseño. Entre los materiales poliméricos de uso común para la manufactura de componentes automotrices, por sus excelentes propiedades mecánicas destaca el ABS, este material combina propiedades mecánicas de rigidez y resistencia al impacto. Las ventilas de algunos automóviles como las de la camioneta Chevrolet Tornado, están fabricadas de este material, sin embargo, pueden tener fallas mecánicas antes de lo habitual, ya que estos son vehículos de trabajos expuestos a condiciones de uso extremas, por lo que se hacer necesario el remplazo constante de estos componentes plásticos. El uso indiscriminado de materiales sintéticos tiene al mundo en una crisis medioambiental sin precedentes, según la National Geographic 8 000 000 toneladas de residuos plásticos, terminan siendo arrojadas en los océanos cada año, estos llegan mediante vía fluvial a través de los grandes ríos de todo el mundo. (López Estrada, 2022). Por lo anterior el desarrollo de tecnologías sustentables ya no es una opción sino una demanda que es necesario atender de inmediato. Una alternativa es la incorporación de materiales plásticos reciclados en los procesos productivos de elementos mecánicos automotrices, adoptando al menos insipientemente la filosofía de una economía circular. Con el presente trabajo se demuestra que es factible otra alternativa para la fabricación de ventilas de aire acondicionado con propiedades comparables, pero de ABS reciclado.
Mediante la aplicación de SolidWork se recreará la pieza en 3D, para posteriormente realizar la impresión a escala 1:1. Se comparará la
degradabilidad de este material con otra de material virgen, mediante condiciones de intemperismo en cámara de envejecimiento acelerado, controlando parámetros de temperatura, humedad y radiación UV.
METODOLOGIA.
Diseño
Se realizó el diseño de la pieza en SolidWork 2021 partiendo de planos de una ventila de aire
acondicionado vistos en el manual del propietario de la camioneta Chevrolet tornado 2012. Se trabajó con una escala 1:1, reconstruyendo la ventila en tres partes para lograr un ensamble que permitiera movimientos y este elemento pudiera ser funcional.
Manufactura Aditiva
Se realizarán dos impresiones de la pieza automotriz, una pieza con material virgen y una pieza con material reciclado de un solo uso. La impresora empleada fue una CREATOR PRO. Los parámetros temperatura de trabajo para ambos casos fueron 250 a 270 °C, y de 90 a 105 °C para la base. Para la pieza de material virgen se utilizó un filamento de ABS de la marca Polymaker y diámetro de 1.75 mm.
Filamento de ABS reciclado
Se realizó la molienda de una pieza de ABS virgen, hasta alcanzar un tamaño de partícula homogéneo de aproximadamente de 3 a 5 mm.
Para la extrusión se utilizó un extrusor de marca Filabot, con una boquilla a una temperatura superior a la temperatura de fusión del material (210°C aproximadamente), controlando en la extensión el diámetro de filamento entre 1.4 a 1.7mm.
Pruebas de tensión
Para la prueba de tensión se utilizó la maquina universal. Se fabricaron 5 probetas de ABS virgen
y 5 probetas de ABS reciclado para hacer la comparación. Las 10 probetas en total fueron realizadas bajo la norma ASTM-638-03 que es la norma estándar para dichas pruebas.
Figura 1. La probeta tipo V fue la utilizada.
Tabla 1. Dimensiones de los distintos tipos de probetas de tensión.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Diseño
Se diseñó el cuerpo principal de la ventila y las dos puertas por separado. En las figuras 1 se muestran las secciones diseñadas para el ensamble de la ventila, constituidos por un cuerpo principal y dos puertas.
Figura 2. Diseño del ensamble de la ventila.
Impresión 3D
La impresión se llevó un tiempo de 4 horas 49 minutos para el cuerpo principal y un total de 21.6 metros de filamento. Por otro lado cada una de las puertas se imprimió en 19 minutos usando 1.6 metros de filamento. En la figura 3 se muestra la parte principal modelada antes de ser impresa.
Figura 3. Pieza modelada antes de imprimirla
Figura 4. Pieza de ABS virgen en proceso de impresión
Con un total de 5 horas y 30 minutos de impresión y 24.8 de filamento total, se obtuvieron las tres piezas sin defectos de relleno. En la figura 5 se muestra el resultado de la impresión 3D para el material virgen.
Figura 5. Piezas finales de material virgen.
Prueba de Tensión
Los resultados en la prueba de tensión arrogaron un desplazamiento similar del ABS virgen y ABS reciclado, obteniendo los siguientes datos:
ABS VIRGEN ABS
RECICLADO
PROBETA 1 12.49% 13.17%
PROBETA 2 12.47% 13.07%
Tabla 2. Porcentaje de desplazamiento en las probetas
Figura 6. Probetas después de la prueba
Figura 7. Maquina Universal.
Impresión de ABS reciclado En la impresión con ABS reciclado
existieron complicaciones con la continuidad de impresión, como consecuencia de una variación en el diámetro del filamento, se lograron obtener las dos compuertas con problemas de relleno y defectos en la geometría, no se logró imprimir el cuerpo principal, por la falta de continuidad de impresión.
Figura8. Puerta con 1% de avance
Figura 9. Puerta impresa con pausa en 88% de proceso y posterior reanudación.
Figura 10. Puerta impresa con pausa en 55% del proceso y posterior reanudación
Figura 11. Las dos compuertas impresas con material reciclado
CONCLUSIONES.
Se logró diseñar e imprimir una ventila completamente funcional mediante ingeniería inversa usando ABS virgen.
La obtención de filamento de ABS reciclado mediante extrusión muestra ciertos defectos, como una diferencia de diámetro en el filamento además de ciertas deformaciones en el filamento que complican la impresión continua, pero que con un control de calidad mayor en la extrusión se puede lograr un diámetro con variaciones máximas de 0.1mm.
Para la impresión de la ventila se ha logrado imprimir las puertas con muchos defectos de relleno y geometría, por otro lado el cuerpo principal no se ha logrado imprimir debido a los problemas de continuidad en la impresión.
En el ensayo de tensión se puede observar que existe una baja diferencia entre el porcentaje de alargamiento del ABS virgen y El ABS reciclado.
REFERENCIAS.
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Alternativa para la construcción de autopartes vehicular por medio de la ingeniería inversa e impresión 3D. Caso de estudio tapa de distribución inferior del
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Evaluación de las tecnologías de impresión 3D, modelado de fusión por deposición UPDM) y tecnología polyjet, aplicada a la fabricación de conductos de aire de la camioneta Toyota Stout 2200.
https://repositorio.uisek.edu.ec/handle/123 456789/2628
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Implementación de laboratorio de ingeniería inversa para la manufactura de piezas mecánicas. Tamayo Pérez | Pistas Educativas.
https://pistaseducativas.celaya.tecnm.mx/in dex.php/pistas/arti cle/view/2274/1823
De Armentia Hernández Sara, L. (2022).
Reciclado por extrusión de materiales para
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http://hdl.handle.net/11531/61750
López Estrada, o. A., & Mantilla Quinto, (2022). Pavimento asfáltico en caliente usando plástico de polipropileno y policarbonato. Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil, Pag. 2.
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Opinautos. (s. f.).
https://www.opinautos.com/mx/chevrolet/t ornado/info/manual es/2012
