Prototipado rápido de un álabe mediante impresión 3D por deposición de fundido

Abstract

La fabricación aditiva tiene un gran potencial y puede llegar a tener una elevada importancia en la industria de los procesos de fabricación. Una de sus principales aplicaciones es el ''Rapid Prototyping'' que consiste en la creación de prototipos de forma rápida para la evaluación y validación de un diseño en el menor tiempo posible. En este proyecto se evalúa, mediante un caso práctico, la calidad superficial y dimensional que puede conseguirse con una de las tecnologías de fabricación aditiva: el modelado por deposición de fundido, conocido por sus siglas en inglés FDM (fused deposition modeling) o FFF (fused filament fabrication). La aplicación práctica consiste en la fabricación de un álabe de geometría compleja a partir de su modelo CAD. Para ello se realiza un estudio a partir de una serie de impresiones de la pieza, con diferentes valores de los parámetros de impresión, hasta conseguir las mejores características superficiales posibles de tolerancias y acabado superficial. El estudio incluye el digitalizado mediante técnicas de escáner 3D de algunos de los prototipos fabricados y el posterior análisis de desviaciones dimensionales en comparación con el modelo CAD original. En base a los resultados obtenidos, se proponen y estudian soluciones para mejorar la calidad superficial de las piezas fabricadas, como disminuir las mayores desviaciones observadas en el plano horizontal de impresión y suavizar las marcas superficiales entre capa y capa. El trabajo concluye con una serie de pautas y consejos para una impresión 3D de calidad, fruto de la experiencia obtenida durante la realización de este proyecto.

The additive manufacturing has a great potential and it is able to achieve high importance in manufacturing processes´ industry. One of its applications is the known as “Rapid Prototyping” that consists in the quick creation of prototypes in order to the evaluation and validation of a design as fast as possible. In this project, the superficial and dimensional quality that can be achieved by one of the additive manufacturing technologies such as the “Fused deposition modeling” or ''Fused filament fabrication'' also known by their acronyms “FDM” and ''FFF'', is assessed through a practical case. The practical application consist in the manufacturing of a geometrically complex blade from its CAD model. For that purpose, an study from a series of impressions of the piece is performed with different values for the print parameters till the best superficial characteristics of tolerances and surface finish are achieved. The study also includes the 3D scanner digitalization of some of the manufactured prototypes as well as the later analysis of dimensional deviations comparing to the original CAD model. According to the obtained results, some solutions with the target of improving the manufactured pieces´ superficial quality are proposed and studied. Some examples of these are decreasing the biggest deviations observed in the horizontal plane of impression, or softening the superficial marks between layers. The works concludes with an ensemble of guidelines and advices for a high quality 3D impression, which is the result of the experience obtained during this project performing.