Maquetas en 3D

Estamos en este momento en el mismo estado en que se encontraban al final del siglo XIX en relación a la reproducción de imágenes. Hay el equivalente al daguerrotipo en 3D. Una rápida visita, (en inglés), al departamento especializado del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) nos puede poner al día de l que se ha avanzado en este área.,

Para realizar una copia en 3D de un objeto inanimado necesitamos dos aparatos un scanner 3D y una impresora 3D.

El scanner 3D

El scanner 3D rastrea con un rayo laser la superficie de los objetos midiendo, no solo el color, sino las distancias. Usando la técnica de medición de los metros laser, se miden las diferencias de un punto en relación a los puntos de alrededor guardando digitalizada toda esta información para su posterior reproducción.

El sistema es bastante efectivo, pero para rastrear un objeto del tamaño de una busto necesita algo de tiempo, entre dos y tres minutos, y al igual que en fotografía, es necesario que el objeto permanezca ese rato absolutamente inmóvil para no aparecer "movido" en la representación, ello imposibilita,(de momento), el scanneo de seres vivos, al igual que el tiempo de exposición imposibilitaba reproducir seres vivos con el daguerrotipo, a medida que en el futuro el tiempo de exposición se reduzca, será posible reproducir objetos animados hasta llegar quizá en el futuro a poder reproducir el colibrí en pleno vuelo como hoy le podemos fotografiar..

En esta dirección hay un video, (en inglés y publicitario, lo siento), del modo de uso de estos scanner 3D sobre diferentes objetos, que puede aclarar más sobre su uso, (a pesar de estar en inglés), que todo lo que yo pueda escribir sobre los scanner en 3D. El video muestrea además las áreas donde mayor uso se da a estos aparatos, ingeniería, medicina, dibujos animados, museística, la industria del embalaje y unas más que yo añadiría, arquitectura, modelado molecular y el extenso área relacionada con los moldes de fundición, tanto industrial, como la matricería de hierro, bronce o plásticos, como la artística, estatuaria o joyería/bisutería.

Ficheros de volúmenes en tres dimensiones

Procesada toda la información recogida con el scanner se genera un fichero que contiene la información sobre el sólido escaneado, semejante a los ficheros gráficos como los jpg o los gif que tiene la información sobre una imagen. Como siempre ocurre, han aparecido varios tipos de ficheros de volúmenes en tres dimensiones stl, vrml y ply entre otros, que luchan por alcanzar la categoría de estándar indiscutible.

A mi juicio parece que el que tiene más posibilidades de triunfo el de terminación stl, (sterolitographia), pues se corresponde al fichero que divide una superficie en múltiples triángulos o facetas de las que se guarda una dirección perpendicular y los vértices del triángulo, el color. Desde hace tiempo, son los ficheros más usados en los programas de realidad virtual en 3D como los manejados por los videojuegos. Si habéis visto el vídeo, una de las figuras que se escaneaban era precisamente un muñeco de un video juego, para posteriormente darle vida y movimiento con los motores de juego especializados para ello..

Pero nos apartamos de nuestro objetivo que era crear sólidos que fueran reproducción en 3D de los objetos escaneados. Los ficheros stl no son solo producidos por scanner 3D, pueden obtenrse a partir de otras fuentes como AutoCad, Pro/ENGINNER, SolidWorks, Unigraphics, Catia o Rino 3D, por tanto no solo aparece como consecuencia del escaneado de un sólido, sino directamente como interpretacion espacial de los planos 2D diseñados por los proyectistas.

Maquinas de modelado

Partiendo de los ficheros 3D hay máquinas que utilizan técnicas para crear dichos los sólidos. Las técnicas utilizadas giran normalmente al rededor de tres sistemas, el corte en un sólido del sobrante mediante planos de corte, el esculpido de un sólido mediante una fresa mecánica, y la mas moderna, la imprenta 3D por capas sucesivas.

Corte por Hilo Caliente

El primer sistema y el más antiguo se basa en el corte mediante un hilo conductor de electricidad caliente de un bloque de porespán, el conocido embalaje de "corcho" blanco, o un producto similar que funda a baja temperatura.

Una hilo caliente gobernado por el ordenador corta el porespán como un escultor que elimina poco a poco del bloque inicial el sobrante de la figura que desea obtener. Este método se considera hoy anticuado, aunque sigue teniendo usos en muchas industrias. Su mayor ventaja es la economía, pues la materia prima, el porespán, es barato, y su mayor problema, es que, así como reproduce bien las figuras convexas no lo hace igualmente bien en las cóncavas, pues el arco que contiene el hilo caliente ha de introducirse completo para sacarla "tajada".de porespan y ello hace que se encuentren limitaciones a la hora de eliminar el material de los recovecos de la figura. Por ejemplo, se usa mucho para hacer embalajes a la medida de obras de arte u otras piezas delicadas pues corta a la perfeccion chapas de porespan dejando la silueta del objeto, pero en maquetas de arquitectura, la máquina creará el sólido del edificio, sin vaciar puertas y ventanas ni entrar en el delicado detalle de las tejas del tejado. En este caso, lo que estas máquinas realizan es la pre maqueta, dejando a los artesanos maquetistas el trabajo de finalizarla a mano.

Aunque pueda parecer poco, eliminan la fase donde el maquetista es más propenso a cometer errores en tomas de medidas o efectuar adecuados, mientras que el vaciar el espacio de una ventana o marcar unos surcos y simular un tejado lo hacen con mayor facilidad.

Fresado digital

En el segundo sistema una fresa similar a la de un dentista irá gobernada por el ordenador tallando un sólido, generalmente plástico, de mayor resistencia que el porespan.. Aunque esta máquina también se encuentra con dificultades a la hora de vaciar huecos cóncavos, su trabajo es mucho más completo pues la fresa puede orientarse casi en cualquier dirección del espacio con lo que resulta mucho mas fácil introducirse por los recovecos para limar el fondo. Por otra parte al ser el material de trabajo mas resistente que el porespan, puede hacer talla de objetos más delicados estando su límite en grosores de uno o dos milímetros. En una maqueta de arquitectura, podría grabar la balaustrada de una terraza, aun que no los barrotes de una ventana.

El mayor inconveniente de esta máquina es que necesita que las piezas creadas se apoyen en algo sólido. Por ejemplo, si vamos a copiar una cadena, no podremos hacerlo directamente con esta máquina, pues al tallar el primer eslabón de la cadena queda sueltos moviéndose por la zona de trabajo, entorpeciendo a la fresa durante la talla de los siguientes eslabones, habrá pues que establecer una serie de "columnas" que mantengan las piezas en su sitio y posteriormente eliminarlas a mano.

Impresoras 3D

El último invento de la serie es la Impresora 3D, el principio en que se basa es el siguiente. La máquina esparce un finísimo "talco" de plástico, Un rayo laser recorre el talco fundiendo y pegando el talco allí donde se corresponde a la sección de las superficies con el plano a ese nivel. Se añade otra finísima capa de talco y se repite el proceso una vez más., Se obtiene así un sólido formado por múltiples hojas de talco troqueladas según los estratos de distinto nivel, sustentadas por talco no utilizado que sirve de relleno y sostén.

Acabado el proceso la máquina aspira todo el "talco" que queda en el exterior de la pieza, reciclándolo para el siguiente objeto. La pieza formada por una finísima capa exterior que encierran el en su interior el talco que no ha podido escapar en el proceso de aspirado. Este sólido ya es copia fiel del original pero no puede tocarse por ser extremadamente delicada, pues solo las superficies exteriores tienen consistencia sólida, mientras que en el interior solo hay polvo de talco plástico.

Comienza in proceso de consolidacion de la pieza, para ello se sumerge en un líquido que se infiltra en el interior de la pieza y axtúa como adhesivo, incrementando la dureza y resistencia de la pieza para que puede ser manipulado sin especial precaución.l.

Obtenemos asi una pieza color crema pálido, pero las máquias más perfeccionadas añaden color mediante el efecto combinado de 4 cabezales de tinta La distribución del color permite etiquetar el modelos con textos o marcas comerciales, colorear zonas para diferenciarlas, etc.

El tiempo que se tarda en crear una pieza de tamaño y complejidad razonable es de unas 6 horas, lo que supone un ahorro de tiempo abismal comparado con el tiempo que se tardaba en hacer unos prototipos por medios manuales y cuatro o cinco veces más rápido que otros procedimientos de tallado mecánico de prototipos.

Los materiales de impresión son de precio razonablemente caros por lo que una máquina de este tipo, una reproducción tiene un valor aproximado de 100 euros realmente poco cuando hablamos de la maqueta de un prototipo z de producir modelos de calidad con un gran valor de mercado es sumamente rentable.. Una máquina capaz de producir un par de modelos al dia a ese precio, dado el valor de mercado del producto elaborado, es terriblemente productiva.

Este sistema de prototipado es el que mejores resultados dimensionales permite, de forma que se pueden hacer a la vez distintas piezas encajadas unas en otras como puede ser unos engranajes y conseguirse incluso una simulación funcional. La precisión de la pieza resultante permite incluso el montaje y desmontaje del conjunto El material soporta temperaturas moderadas,(menores de 180º ), y tiene cierta resistencia mecánica

Dentro del apartado de los inconvenientes, está en que sin un control absoluto de la temperatura generada por el rayo laser y de la calida y espesor de la capa de talco depositada, pueden producirse desviaciones dimensionales a la hora de generar el prototipo, por aparición de dilataciones o contracciones imprevistas. Las partes mas delicadas pueden resultar afectadas por el calor desprendido por las partes mas gruesas por lo que en la medida de lo posible estas partes deben formarse alejadas de las otras. Las paredes mas finas no deben ser menores de un milímetro para conservar cierta resistencia al manejo. El resultado final es algo rugoso debido a que se han formado por consolidación de pequeñas partículas.