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Estudios de casos de educación

La impresión 3D supone un aprendizaje práctico y un futuro más brillante

Con la impresión 3D en el laboratorio y en el aula, los investigadores de hoy y los científicos, ingenieros y diseñadores del mañana están solucionando los desafíos a los que se enfrenta el mundo.

Uso de modelos 3D de Objet para ir más allá del CAD

Componente robótico

El interés de BRML en la cinemática y el diseño de mecanismos está motivado por la creencia de que muchos diseñadores dependen demasiado de las herramientas de diseño asistidas por ordenador y de los resultados de software. Por su parte, BRML se centra en plantear preguntas clave y en la búsqueda de una comprensión fundamental de los problemas y procesos que se están estudiando. Fascinados por la profundidad y la complejidad del arte del análisis y de la síntesis de cuerpos en movimiento y del diseño de mecanismos, el Dr. Wolf y su equipo utilizan herramientas de cinemática tales como modelos 3D para obtener una visión perspicaz de sus modos de funcionamiento.

BRML desarrolla estructuras mecánicas, estrategias de control y planificación de movimientos para mecanismos hiperredundantes. Un robot redundante tiene al menos un grado de libertad superior al necesario, para compensar restricciones sencillas, por ejemplo, utilizar una configuración de codo arriba en lugar de codo abajo para alcanzar la posición objetivo. Los robots hiperredundantes tienen muchos más grados de libertad que los necesarios, lo que les permite hacer frente a más restricciones, como las que se suelen presentar en volúmenes muy intrincados, mientras que al mismo tiempo permiten llevar a cabo diversas tareas. BRML utiliza la impresora 3D Connex350 de Objet para crear modelos robustos plenamente funcionales que investigan la cinemática, criterios de diseño y estrategia de control de estos mecanismos complejos. Se centran en robots hiperredundantes que van montados sobre una base fija (como una grúa) o sin restricciones (como un robot serpiente).

El laboratorio se centra en la cinemática y robótica de áreas que puedan tener impacto y contribuir directamente a la ciencia y sociedad. Por ejemplo, su trabajo en robótica y dispositivos médicos mejora y permite la ejecución de nuevos procedimientos médicos que antes no eran posibles y su trabajo en robótica de salvamento permite una detección más rápida y mejor de supervivientes además de reducir el riesgo de lesiones en el personal de salvamento. Para estas y otras aplicaciones, BRML utiliza la impresora 3D Connex350 de Objet para crear los modelos robóticos de alta calidad que necesitan.

La impresora 3D de materiales múltiples Connex350 hace frente a las necesidades exigentes de BRML

La avanzada impresora 3D de materiales múltiples Connex350 se está sometiendo a prueba actualmente en la escuela de ingeniería mecánica, principalmente para la investigación de una amplia variedad de campos, atendiendo a todos los investigadores de la escuela y a investigadores de otras facultades de Technion. Otros campos en los que ya se ha utilizado la Connex350 son la robótica médica, biorrobótica y biomecánica y aeronáutica. Diversos alumnos también utilizan la Connex350 como herramienta en sus proyectos y para una serie de usos educativos.

Tras un completo estudio de las tecnologías de impresión 3D disponibles en todo el mundo, BRML descubrió que la impresora 3D Connex350 de Objet era el sistema que mejor se ajustaba a su amplio abanico de áreas de investigación. Esto obedece a la gran resolución de capa y a las superficies suaves de la impresora. Combinando estas características con una amplia gama de propiedades mecánicas tales como la resistencia a la tracción, a la flexión y a los impactos, en un único proceso de producción se consigue una resistencia notablemente mayor de los materiales de impresión. Esta resistencia adicional ha permitido a BRML crear piezas resistentes para usos funcionales y pruebas físicas en el mundo real.

El sistema Connex350 ha permitido a BRML imprimir estructuras complejas que cubren la mayor parte de los requisitos estructurales y de diseño en un único proceso de fabricación. Por ejemplo, el laboratorio tenía que fabricar una carcasa rígida con un revestimiento protector, así que utilizó el material FullCure720 para la carcasa y el material TangoPlus similar al caucho para el revestimiento, para conseguir el coeficiente de absorción de impactos, resistencia a golpes y fricción dinámica necesario (figura 1). De acuerdo al amplio estudio del equipo, la Connex350 es el único sistema de impresión 3D del mundo que puede ofrecer esta clase de combinación de propiedades físicas en una única pasada.

La tecnología Objet mejora los métodos de investigación

Según Oded Salomon, ingeniero de investigación de biorrobótica, es importante “hacer hincapié en el enorme avance en la forma en que estamos llevando a cabo las investigaciones actualmente respecto a hace un año. El sistema Connex350 de Objet nos permite crear modelos funcionales, para un ensayo físico real, en cuestión de días. Esto nos permite alcanzar los resultados deseados en el plazo más breve y con los costes más bajos.”

Actualmente BRML es capaz de fabricar piezas que antes requerían mucho tiempo a través de los talleres de fresado convencionales. El diseño para fabricación mediante la tecnología Objet es totalmente diferente al CNC convencional, ya que permite modelos complejos y sobremoldeados que no se podían fabricar mediante otras tecnologías. Como explica Oded Salomon, “Diseñar mediante CAD está bien, pero realmente no se puede comparar con tener en las manos un modelo funcional hecho en la Connex350.”

Hoy día BRML puede plantear en sus diseños consideraciones de fabricación más complejas, como resultado de la “asombrosa tecnología matricial” de Objet.

Ahorrar tiempo y dinero además de conseguir mejores resultados

La tecnología de Objet permite reducir la cantidad de tiempo que BRML necesita para llegar al producto final, lo que en la investigación robótica se traduce en poder poner a prueba más conceptos y un plazo mucho más reducido en comparación. Esto permite crear modelos mejores más rápidamente, lo que a su vez supone un ahorro de costes. En consecuencia BRML ahora es capaz de disponer del diseño de modelo elegido, ajustado en un período de tiempo más corto, creando mejores resultados globales.

El uso de la Connex350 permite a BRML localizar errores mucho antes en la fase de diseño, lo cual es útil al diseñar un robot serpiente que consta de muchas vértebras. Encontrar todos los errores en el diseño es crucial, la localización temprana de tales errores supone un gran ahorro de dinero en el proceso global. Además, tener un sistema de prototipado rápido que no requiera de ninguna infraestructura especial permite a BRML localizarlo en un área muy accesible. Otros sistemas requerirían una sala independiente conforme a requisitos medioambientales específicos. El Dr. Alon Wolf explica que BRML está encantado con que la tecnología Objet no esté sometida a estas restricciones. “Montar la Connex350 en una oficina normal es incluso más atractivo y da un sentido más profundo a la expresión «reducción de tiempo» y accesibilidad.”

La tecnología Objet Connex convierte en ganador a BRML

BRML provocó un gran impacto cuando presentó sus robots serpiente, fabricados con la ayuda de la tecnología de Objet, en la pasada Conferencia Israelí sobre Robótica (ICR 2008). Esto aportó al laboratorio una valiosa publicidad y ha suscitado la atención de varios programas de ciencia en la TV y radio de Israel. Además, algunos de los robots que se han enviado a los concursos de proyectos de pregraduados en Technion han ganado prestigiosos premios.

Los científicos también han conseguido premios gracias al uso de modelos de Objet. Su investigación ha conseguido una gran promoción y algunos de los descubrimientos se han patentado gracias a los prototipos funcionales que se fabricaron mediante esta tecnología. Un factor principal para conseguir que esto fuera posible ha sido disponer in situ de la Connex350, donde la confidencialidad evita problemas.

El Dr. Wolf resume las ventajas que supone disponer de las capacidades de prototipado 3D de Objet internamente: “Tener esta clase de tecnología es una OBLIGACIÓN cuando se trata de investigación robótica. En investigación robótica no hay nada comparable a tener en las manos por la mañana la idea loca que se te ocurrió la noche anterior.”

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