Exercicis: Tècniques de fabricació

La imatge mostra una impressora 3D fabricant una peça, amb els seus elements numerats. Identifica cada element i explica amb les teves paraules com construeix la impressora l'objecte, capa a capa.

Explica la diferència entre fabricació manual i fabricació mecànica (amb màquines eina), i posa un exemple de producte fet amb cadascuna.

Explica què és la fabricació digital i anomena dues màquines habituals en una aula taller que la permeten, indicant què fa cadascuna.

Anomena l'eina adequada per a cada operació: serrar un llistó de fusta, foradar una xapa de metall, polir un cantell i cargolar dues peces entre si.

Explica què significa fabricació «additiva» i en què es diferencia de la fabricació «sustractiva» (serra, trepant, fresadora), posant un exemple de cadascuna.

Ordena les operacions per fabricar un marc de fusta senzill: encolar, tallar a mida, polir, marcar les mides i presentar les peces sense cola per comprovar.

Explica què és una plantilla en fabricació i per què estalvia temps i errors quan cal fer diverses peces iguals.

Escriu dues normes de seguretat del taller (ulleres, cabells recollits, proteccions de les màquines...) i explica quin accident concret evita cadascuna.

Tria la tècnica de fabricació més adequada per a cada cas i justifica-la: (a) un únic prototip d'una peça amb forma complexa, (b) mil volanderes metàl·liques idèntiques, (c) un cartell de fusta gravat a mà.

La figura resumeix el procés de fabricació d'una peça per impressió 3D, però hi falta una etapa. Indica quina és i què s'hi fa.

Per fabricar les peces planes d'una maqueta, el teu equip dubta entre la impressió 3D i el tall per làser. Compara totes dues tècniques per a aquesta feina concreta i raona quina triaries.

En tallar peces que han d'encaixar entre si es treballa amb un marge o tolerància. Explica què significa això i què passa si una peça es talla per l'extrem gran del marge i l'altra per l'extrem petit.

Compara el tall d'una placa de fusta de $3\ \text{mm}$ amb serra de marqueteria i amb tall per làser: precisió, velocitat i acabat dels cantells. Quina triaries per a 40 peces iguals amb corbes tancades?

En impressió 3D, explica què són l'«alçària de capa» i el «farciment» (infill), i com afecta cada paràmetre al temps d'impressió i a la resistència de la peça.

Una peça impresa en 3D es desenganxa de la base a mitja impressió i queda inservible. Analitza dues causes freqüents (falta d'adherència de la primera capa, corrents d'aire) i com prevenir cadascuna.

Descriu el procés de doblegat en calent del metacrilat: quin equip s'utilitza al taller, com s'escalfa i es doblega la planxa i quines precaucions de seguretat s'han de prendre.

A l'aula taller voleu construir 20 esquadres metàl·liques de reforç ($50\times 50\times 3\text{ mm}$) i un eix cilíndric de revolució amb dos diàmetres escalonats per a una politja. Un company proposa imprimir totes dues peces en 3D en PLA per «no cansar-se amb les eines manuals». Rebat tècnicament la seva proposta: prediu quines fallades mecàniques o funcionals presentarà cada peça impresa respecte a una d'elaborada amb tècniques tradicionals (conformat/mecanització de xapa i torn) i justifica quina tècnica tradicional és l'adequada en cada cas.

Fabricaràs un suport per a auriculars a partir d'una làmina plana de metacrilat de $4\text{ mm}$ mitjançant tall i conformat tèrmic (plegat). Durant els primers assajos al taller, el material s'ha estellat en tallar-lo amb la serra de calar i han aparegut bombolles i deformacions irregulars a l'aresta de doblegat. Diagnostica les causes tècniques d'ambdues fallades i dissenya un full de procés corregit, justificant els paràmetres crítics (tipus de fulla i velocitat de tall, temperatura i radi de curvatura) per assegurar un acabat òptim i resistent.

Una empresa debat si fabricar un lot de carcasses plàstiques mitjançant emmotllament per injecció centralitzat a gran distància o mitjançant impressió 3D FDM distribuïda sota demanda a prop del client. Analitza el cicle de vida d'ambdues opcions comparant l'energia consumida per unitat, les mermes de material i el transport. Prediu com canvia l'opció més sostenible si el tiratge és de $50.000$ unitats idèntiques en comparació amb si només es requereixen $25$ recanvis personalitzats, justificant el llindar de conveniència de cada tecnologia.

A l'aula taller heu de produir un lot de 40 clauers de fusta en una sessió de 90 minuts. El procés consta de quatre estacions successives amb un alumne per estació: Marcatge i tall ($3\text{ min/ud}$), Trepat ($1\text{ min/ud}$), Poliment ($4\text{ min/ud}$) i Envernissat ($1,5\text{ min/ud}$).

1. a) Identifica el coll d'ampolla actual i calcula quantes unitats completes podreu acabar realment en el temps disponible.
2. b) Dissenya una redistribució de tasques o recursos per equilibrar la línia de manera que arribeu a les 40 unitats sense generar acumulació intermèdia de peces, justificant els nous temps de cicle.

Per fabricar 100 plaques quadrades idèntiques de $10\times 10\text{ cm}$ i $3\text{ mm}$ de gruix amb quatre forats passants, un company insisteix que la impressió 3D FDM és l'opció més eficient i neta «perquè no genera ferritja ni retalls de rebuig». Rebat la seva postura comparant la fabricació additiva amb el tall per làser sobre planxa: avalua el temps total de producció, el consum energètic acumulat i explica com la tècnica d'imbricació (nesting) minimitza el residu en el tall.

En el control de qualitat d'un lot de 50 peces impreses en 3D amb un orifici que ha de mesurar exactament $20,0\text{ mm}$ (tolerància admissible $\pm 0,15\text{ mm}$), mesures les 5 primeres i obtens: $19,65\text{ mm}$, $19,70\text{ mm}$, $19,65\text{ mm}$, $19,68\text{ mm}$ i $19,67\text{ mm}$.

1. a) Interpreta les dades: es tracta d'un error aleatori o sistemàtic? Diagnostica dues possibles causes lligades a la retracció tèrmica del plàstic o a la configuració del laminador (slicer).
2. b) Dissenya un pla d'actuació: quin ajust has d'aplicar abans de reprendre el tiratge i quin criteri seguiràs per decidir si les peces ja fabricades es descarten o es poden retreballar.

Un grup proposa construir una caixa reductora on dos eixos d'acer han de girar recolzats directament sobre orificis foradats a mà en els laterals d'una caixa de fusta contraplacada, exigint una tolerància de $\pm 0,05\text{ mm}$ perquè els engranatges engranin a la perfecció.

1. a) Justifica per què és tècnicament inviable aconseguir i mantenir aquesta tolerància a l'aula-taller fent servir fusta i eines manuals (considera tant les limitacions del mecanitzat com el comportament higromètric del material).
2. b) Redissenya la solució constructiva proposant quins elements comercials o modificacions de disseny permetrien el funcionament precís del mecanisme sense exigir mitjans de fabricació inabastables.

Per organitzar els components del taller necessiteu un moble classificador de paret. Un kit comercial d'aglomerat laminat costa $38\text{ €}$. Fabricar-lo vosaltres mateixos amb tauler contraplacat costa $30\text{ €}$ en fusta, $6\text{ €}$ en cargoleria i adhesiu, requereix comprar una fresadora de cantells bàsica ($42\text{ €}$) i comporta 8 hores de treball de taller.

1. a) Realitza una anàlisi comparativa de costos immediats i amortitzats (considerant el cicle de vida de l'eina i la durabilitat dels materials).
2. b) Justifica tècnicament en quines condicions (personalització dimensional, resistència a la humitat, reparabilitat o volum de producció futur) compensa la fabricació pròpia enfront de la compra del kit estàndard.

Repte del tema. Redissenya un producte domèstic cap a la sostenibilitat i l'economia circular. Imagina que treballes en una consultoria tècnica i has d'optimitzar un objecte d'ús diari (un suport per a mòbil, una perxa o un portallapis).

1. Diagnosi i mesurament: Selecciona l'objecte a casa. Mesura la seva massa amb una bàscula de cuina (anota el valor exacte amb coma decimal, per exemple $m = 45,5\text{ g}$) i identifica el material actual i la seva tècnica de conformat original (injecció, extrusió, estampació...).

2. Cicle de vida i dades reals: Consulta al web de Red Eléctrica de España (REE) el percentatge de generació renovable del dia (ex. $58,3\,\%$). Estima l'impacte de la fase d'ús/fabricació segons aquesta matriu energètica i analitza la viabilitat del reciclatge d'aquest material al teu contenidor groc o deixalleria.

3. Redisseny tècnic: Selecciona un material alternatiu més sostenible (com ara un bioplàstic o fusta certificada), justificant les seves propietats mecàniques enfront de l'original. Modela la peça optimitzada a Tinkercad considerant la seva nova tècnica de fabricació.

4. Síntesi: Genera una breu fitxa tècnica a LibreOffice amb la comparativa del cicle de vida de tots dos materials i captures del model 3D.

Es valorarà:

• Rigor en la presa de dades reals (mesurament de massa i consulta del mix elèctric a REE).

• Justificació tècnica coherent en la selecció del nou material i el seu procés de fabricació.

• Qualitat i viabilitat tècnica del redisseny modelat a Tinkercad.