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Tema 1. Introducción al dibujo técnico Introducción Los dibujos artísticos tienen una fuerte impresión con sus colores, formas y otros elementos, mientras que el dibujo técnico, como lenguaje universal, se utiliza para comunicar información técnica. Mediante este lenguaje estandarizado se pueden representar ideas gráficamente para convertirlas en realidad. Las ramas de la industria que actualmente hacen uso de esta importante herramienta son cada vez más, abarcando las áreas de ingeniería, arquitectura, medicina, entre otras, por lo que es de suma importancia conocer todos los aspectos que se ven relacionados con el dibujo técnico. Dado el nivel de globalización en que vivimos hoy en día, en el que una idea o producto puede concebirse en alguna parte del mundo alejado del lugar de fabricación, y este a su vez puede ser diferente al punto de venta o de uso del producto, la forma de comunicar la intención del diseño a lo largo de toda esta cadena de suministro adquiere una importancia muy relevante. Para ello, se han desarrollado una serie de estándares cuya finalidad es eliminar la subjetividad al momento de generar y recibir la información. Explicación 1.1 Rol de los dibujos técnicos Los detalles involucrados en la fabricación, ensamble y mantenimiento de un producto son controlados por medio de los dibujos técnicos de fabricación y especificaciones. Ya sea que estos dibujos hayan sido desarrollados a mano alzada o por medio de un programa de computadora, la capacidad de entender y aplicar los diversos conceptos, normas y estándares para lograr una exitosa transmisión de información técnica es muy valiosa en el mercado global. Existe una variedad de diversos tipos de dibujos técnicos, dependiendo de la aplicación en la que se han usado, entre las que destacan bosquejos de cálculo, bosquejos de diseño, dibujos de diseño, planos de fabricación de piezas, planos de ejecución o construcción, esquemas eléctricos, planos de instalación, esquemas de ensamblado, entre otros. Algunas de las formas que se tienen de dibujo técnico son las siguientes (Giesecke, 2017):

Bosquejos: se plantean ideas que posteriormente se van desarrollando.

I m a g e n o b t e n i d a d e h t t p : / / g o o . g l/ f 2 R M 6 w S ó l o p a r a

Figura 2. Bosquejo

fi n e s e d u c a ti v o s

Dibujo CAD en 2D: (por sus siglas en inglés) es el diseño asistido por computadora representado en dos dimensiones y también conocido como dibujo de fabricación o ensamble.

Figura 3. Dibujo CAD en 2D Dibujo CAD en 3D: (por sus siglas en inglés) es el diseño asistido por computadora en tres dimensiones que permite la visualización de piezas y ensambles, identificando la interacción entre ellas, así como las diversas características que se pueden diseñar sobre una pieza, dependiendo de su uso específico deseado. Figura 4. Dibujo CAD en 3D En general, hay tres propósitos principales en el uso de dibujos técnicos:   

Visualización Comunicación Documentación

1.2 Dibujos artísticos y técnicos 

Mediante la representación gráfica se comunican diferentes ideas y formas de pensar, esta se ha desarrollado a lo largo de dos caminos distintos: el artístico y el técnico.

Áreas

Actividades

Productos

Áreas d especializa

Mecánico    

Diseño  Pruebas  Manufactura  Mantenimiento

Materiales  Máquinas Dispositivos   

Generac electricidad Transpo Manufac Disposit



Construcción  

electrónico Energía Embarca marítimas

Arquitectónico   

Planeación Diseño Supervisión

Construcción  Paisajes Habitáculos 

  



Constru comerciales Constru residenciale Urbanism

Eléctrico    

Diseño  Investigacion y  desarrollo Supervisión  Programación

Computadora  s Electrónicos  Dispositivos     

Generac electricidad Transpo Iluminac Electrón industriales Comunic Instrume Electrón militares

Aeroespacial   

Planeación Diseño Pruebas

   

Misiles Aviones Satélites Cohetes

   

Aerodin Diseño estructural Instrume Sistema propulsión

  

Materiale Pruebas mecánicas Métodos producción

Tuberías     

Diseño Pruebas Manufactura Mantenimiento Construcción

   

Edificios Hidráulica Neumática Tuberías

 

Transpo de líquidos Manufac Servicio eléctricos Hidráulic Neumáti

Materiales  Construccion es  Máquinas  Vehículos  Puentes   

Diseño estructural Constru Planos Barcos Aviones Automóv Puentes

  

Estructural    

Planeacion  Diseño  Manufactura Construcción   

  

Promoción Diseño Ilustración

Ilustrativo Técnico   

Catálogos Revistas Displays

 

Nuevos productos Instructi ensamblaje

1.3 Tipos y usos del dibujo técnico en ingeniería Con los avances tecnológicos y el desarrollo industrial, el dibujo técnico se ha aplicado en diversas áreas. Estos son los principales tipos de dibujo que se usan en ingeniería:

Dos factores muy importantes en el diseño son la estética y la funcionalidad. Por un lado, la estética comprende expresiones personales o culturales de diseño, por el otro, la funcionalidad se enfoca en el desarrollo de un producto y su eficiencia, por lo que la combinación de estos dos factores forma un valor agregado en el diseño de una misma idea, teniendo un fuerte papel en todo esto el desarrollo de la creatividad. Cierre En este tema se vio la diferencia entre dibujo artístico y dibujo técnico, así como sus orígenes y evolución a través de los años, resaltando el rol y la importancia del dibujo técnico en todo lo que nos rodea. El dibujo técnico es una herramienta de comunicación gráfica que permite la expresión de ideas y el desarrollo de nuevas tecnologías de innovación. Referencias bibliográficas  

Giesecke, F. (2017). Dibujo técnico con gráficas de ingeniería (15ª ed.). México: Pearson. Jensen, C., Helsel, J., y Short, D. (2007). Engineering Drawing & Design (7ª ed.). Estados Unidos: McGraw-Hill.

Tema 2. Etapas del diseño de ingeniería Introducción Mediante el proceso de diseño es posible resolver problemas de forma más ordenada y organizada; por eso en ingeniería, aplicando los principios científicos, la experiencia obtenida a través de los años y la creatividad, se toman en cuenta las necesidades, deseos y problemas de la sociedad para proponer soluciones factibles (Giesecke, 2013). En la mayoría de los proyectos, los costos de desarrollo y fabricación de los productos se determinan mediante las fases de diseño inicial, así como los tiempos determinados para cada una de las etapas del proyecto. Cabe mencionar que si se trata de un proyecto con el que ya se ha trabajado anteriormente los costos disminuyen considerablemente, ya que una gran parte de la ingeniería del proyecto ya se tiene y no es necesario invertirle tanto tiempo.

Explicación El procedimiento para el diseño de un producto nuevo o para la producción de un producto conocido con mejoras puede variar, dependiendo de la forma en que la empresa en específico tenga fundamentados sus procesos; aún así, hay etapas principales dentro del proceso que se deben resolver para poder llevar a cabo la producción exitosa de algún producto.

Etapas de diseño Giesecke, F. (2013). Dibujo técnico con gráficas de ingeniería (14ª ed.). México: Pearson. Solo para fines educativos.

2.1 Identificación del cliente y del problema La solución de los problemas, además de la satisfacción de las necesidades o deseos del cliente, es la función básica del diseño en ingeniería, aplicado a productos, servicios o sistemas. Por ello, el inicio de cada proyecto consiste en captar e identificar las necesidades y la viabilidad económica de una solución que satisfaga al cliente. Como se vio anteriormente, haciendo un gran uso de la creatividad se pueden integrar la estética y la funcionalidad en una misma solución, por lo que un buen diseño satisface los deseos del cliente y resuelve el problema. Aunado a esto, existen estándares y regulaciones del gobierno, así como normas y códigos de organizaciones profesionales que los productos y procesos deben de cumplir. Todo esto se toma en cuenta antes de proponer una solución final. En las diferentes industrias (aeroespacial, automotriz, de electrodomésticos, construcción, electrónica, etc.) existen diferentes estándares para detectar las necesidades de los clientes y transformarlas en especificaciones técnicas que afectan directamente a la calidad del producto. Un ejemplo es el Despliegue de la Función Calidad o QFD, por sus siglas en inglés (Quality Function Deployment).

2.2 Generación de conceptos y soluciones consensuadas Generación de conceptos Una vez identificado el problema y la necesidad, el equipo de diseño es el encargado de generar posibles soluciones, a esta etapa también se le llama ideación y consiste en una lluvia de ideas reales e irreales que ayudan a llegar a una solución factible. En esta etapa es muy común el uso de bocetos para representar ideas y se puede llevar a cabo en grupo o de forma individual; posteriormente, se reúne a todo el equipo relacionado con desarrollar una solución y se analizan todas las ideas, las ideas descartadas en su mayoría son utilizadas como trampolín para nuevas ideas.

Los bocetos técnicos ayudan a la comunicación de ideas entre colaboradores, también son de gran utilidad para el registro de patentes, por lo que es necesaria la documentación de todo este tipo de dibujos técnicos con fechas y firmas. Esta etapa también es conocida como ingeniería conceptual.

Soluciones consensuadas Después de haber considerado varias posibles soluciones, el equipo de diseño se concentra en una o dos, evaluando cuál podría ser la mejor solución y simplificando todas sus características, de tal modo que sea un diseño robusto. El equipo empieza a desarrollar la solución seleccionada, tomando en cuenta la viabilidad económica, seleccionando y cotizando piezas comerciales a grandes rasgos y utilizando también la experiencia para aproximar costos de piezas maquinadas, siempre considerando las características y restricciones del proyecto, y cómo influyen en los costos finales. A esta etapa también se le conoce como ingeniería de detalle. Posteriormente, se pasa de un boceto técnico a una posible propuesta en CAD que permita analizar todas las implicaciones del proyecto desde un panorama más amplio. Esto va desde materiales, tipos de movilidad y libertad de movimiento, ensamble, alimentación de energía (neumática, eléctrica, etc.), hasta cálculos básicos de velocidad, aceleración, esfuerzos principales, entre otros. Es importante tener en mente los costos de cada cosa que se está implementando o cambiando, ya que independientemente del funcionamiento del proyecto, lo cual es una suposición directa, se debe obtener una utilidad considerable de este, de lo contrario, el tiempo y los costos de desarrollo del proyecto serían una pérdida.

Una forma de economizar en los costos es buscar hacer el máximo uso de piezas estándar, ya que su costo es menor que el de las piezas hechas a la medida, y en cuanto a las piezas maquinadas o hechas a la medida, al momento de diseñarlas se debe considerar cuál va a ser su proceso de manufactura, pues de esto dependerá su costo de fabricación. 2.3 Modelos, prototipos y dibujos de producción o de funcionamiento Modelos y prototipos Ocasionalmente los equipos de diseño construyen modelos a escala o en dimensiones reales, dependiendo de las dimensiones y el análisis que se quiera hacer, para poder estudiar, analizar y depurar el diseño. Esta etapa también es llamada pruebas y depuración, en ella se somete el modelo a todo tipo de pruebas, desde ensamblado, funcionamiento, e incluso pruebas destructivas. Toda esta información es recolectada como parte de la documentación de un proyecto y, con base en el comportamiento general del modelo en cuanto a las diversas pruebas, se hace un rediseño integrando todas las mejoras requeridas. En la actualidad, son cada vez menos las empresas que hacen uso del prototipo de modelos para hacer estas pruebas, ya que mediante programas de diseño y haciendo uso de un modelo CAD en 3D preciso, es posible hacer un análisis completo de todas y cada una de las características y funcionamiento del modelo. Esto con el mismo concepto, pero menos costos, se transforma en un prototipo virtual. Este prototipo virtual le permite al diseñador observar los espacios, hacer cálculos de masa reales, y hacer representaciones realistas del modelo sin la necesidad de hacer muchos cálculos en esta etapa. Modelos inteligentes En el modelado paramétrico el diseñador puede restringir dimensiones geométricas, movimientos, relación entre componentes y materiales, lo cual crea un modelo inteligente cuando se modifica, pues se actualiza todo lo que está relacionado con dicho componente y nuevamente muestra resultados actualizados en tiempo real. Dentro de este tipo de modelos es posible analizar la movilidad de componentes e interacción entre componentes, considerando materiales, fuerzas, fricciones, gravedad, etcétera. El análisis de elementos finitos (FEA, por sus siglas en inglés) nos permite predecir el comportamiento de las estructuras cuando se les aplican distintos factores ambientales como fuerzas, temperatura y vibraciones, y la creación de dibujos de fabricación para su posterior manufactura. Por otro lado, es una realidad el hecho de prototipos rápidos manufacturados mediante impresoras en 3D, que permiten generar prototipos funcionales de manera veloz a partir de un modelo 3D para hacer maquetas y probarlas. Algunos de los usos que se le dan a este prototipado rápido es la facilidad de uso para el hombre y la exploración de reacciones de clientes en grupos de enfoque, entre otros.

Ahora que estamos hablando de estos prototipos, es importante saber qué es la manufactura aditiva. Este proceso de manufactura produce objetos de tres dimensiones derivados de información que procesan los softwares 3D, que se encarga de unir las capas seccionales de los objetos con la información que estos softwares proporcionan. A la manufactura aditiva también se le conoce como fabricación aditiva, fabricación de capas, prototipaje rápido e impresión 3D. Un prototipo rápido tiene tres características básicas: 1. 2. 3.

Forma: visualización, forma real y atributos. Ajuste: tamaño, ergonomía y precisión. Función: funcionalidad y desempeño.

Muchas compañías que diseñan y manufacturan productos utilizan manufactura aditiva desde la ideación hasta la implementación en las etapas del diseño del producto, y esta herramienta sirve para acortar el ciclo de desarrollo de este. Otra gran ventaja es que la tecnología, que no necesita herramentales, puede personalizar los productos.

Imagen obtenida de https://www.walmart.com.mx. Sólo para fines educativos.

El comité internacional ASTM (American Society of Testing Materials) ha categorizado estos procesos de la siguiente forma:

1.

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Extrusión de material: es un proceso de manufactura aditiva en el cual el material es insertado, estratégicamente, a través de un agujero según las coordenadas que se mande. Material a chorro: es un proceso de manufactura aditiva en el cual pequeñas gotas se van depositando, estratégicamente, según coordenadas. Aglutinamiento: es un proceso de manufactura aditiva en el cual un adhesivo líquido se deposita, estratégicamente, para unir polvos de diferentes materiales. Laminación: es un proceso de manufactura aditiva en el cual las muchas hojas del material se van uniendo para formar el objeto. Fotopolimerización: es un proceso de manufactura aditiva en el cual un fotopolímero líquido es transformado por medio de la polimerización con luz activada. Fusión de polvos: es un proceso de manufactura aditiva en el cual la energía térmica fusiona, estratégicamente, áreas de una cama de polvo. Deposición de energía directa: es un proceso de manufactura aditiva en el cual se enfoca energía térmica hacia los materiales para que se fusionen al derretirlo cuando se está depositando en la mesa de trabajo.

Existen también diferentes tecnologías comercializándose actualmente, las cuales revisaremos a continuación. Estereolitografía: Esta tecnología usa un líquido que se endurece cuando se expone a luz ultravioleta y también es conocida como SLA. Su más grande vendedor es 3D Systems, aunque también hay fabricantes en Japón, China y Europa, pero de menor escala. Con esta tecnología se puede imprimir en espacios de 10 x 10 x 10, y 59 x 30 x 22. Ventajas

Resolución

Acabado

Materiales transparentes

Debilidades

Detallado postimpresión

Dureza

Materia prima costosa

Tecnología de estereolitografía

Variedad de materiales

Velocidad

FDM (Fused Deposition Modelig) Opciones de material

Partes funcionales

Acabado final

Velocidad

Ventajas Debilidades

Fortaleza en partes mecánicas

Operación fácil

Materiales de bajo costo

Muchas máquinas de bajo costo usan esta tecnología, sin embargo, hay máquinas de muy alta precisión fabricadas por Stratasys. Esta tecnología puede imprimir en espacios de 5 x 5 x 5, y 36 x 24 x 36.

FDM (Fused Deposition Modelig)

SLS (Selective Laser Sintering) Esta tecnología domina el sector de impresión con polvos y su principal ventaja es que puede imprimir objetos bastante grandes y también durables. El principal fabricante es 3D Systems, aunque hay algunos competidores en Asia y Europa. Esta tecnología puede imprimir en espacios de 15 x 13 x 18, y 22 x 22 x 30. Objetos grandesFlexibles pero resistentes

Velocidad

Soporte automático

Polvo que ensucia

Opciones de material

Deformación

Ventajas Debilidades

Acabado final

Instalaciones

SLS (Selective Laser Sintering)

Polyjet Es una tecnología que va en aumento, se basa en la fotopolimerización y es capaz de inyectar varios materiales en una sola impresión, sus materiales pueden tener diferentes propiedades como la flexibilidad y el color. Puede imprimir en espacios de 10 x 10 x 6, y 39 x 31 x 19. Velocidad

Resolución

Costo del material

Fotopolímero

Acabado final

Impresión de material digital

Full color

Ventajas Debilidades

Polyjet Sólo para fines educativos.

Inkjet Esta tecnología imprime dos materiales, uno de construcción y otro que sirve de soporte, utilizando siempre el proceso de extrusión. Hay mucha competencia en el mercado de esta tecnología, pero las empresas que destacan son 3Dsystems, ZPrinter y Solidscape.

Inkjet Sólo para fines educativos.

Máquinas de Hobby En los últimos dos años este tipo de impresoras ha obtenido mucho auge y actualmente se tienen más de 1500 diferentes tipos de máquinas, todo esto debido a los bajos costos en inversión y materia prima. En su mayoría utilizan tecnología FDM y su mejor representante es la marca MakerBot. Son muy populares en incubadoras y escuelas, ya que permiten crear prototipos rápidos muy fácilmente y sin mucho soporte técnico. Todo esto les ha dado muchas ventajas y han creado una revolución en internet hasta el punto de que ahora existen impresoras 3D para niños. Sin embargo, la calidad de las impresiones es muy baja, por lo que no sirven para competir en la industria.

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