Ejercicios: Técnicas de fabricación

La imagen muestra una impresora 3D fabricando una pieza, con sus elementos numerados. Identifica cada elemento y explica con tus palabras cómo construye la impresora el objeto, capa por capa.

Explica la diferencia entre fabricación manual y fabricación mecánica (con máquinas herramienta), y pon un ejemplo de producto hecho con cada una.

Explica qué es la fabricación digital y nombra dos máquinas habituales en un aula-taller que la permiten, indicando qué hace cada una.

Nombra la herramienta adecuada para cada operación: serrar un listón de madera, taladrar una lámina de metal, lijar un borde y atornillar dos piezas entre sí.

Explica qué significa fabricación «aditiva» y en qué se diferencia de la fabricación «sustractiva» (sierra, taladro, fresadora), poniendo un ejemplo de cada una.

Ordena las operaciones para fabricar un marco de madera sencillo: pegar con colbón, cortar a medida, lijar, marcar las medidas y armar las piezas sin pegante para comprobar.

Explica qué es una plantilla en fabricación y por qué ahorra tiempo y errores cuando hay que hacer varias piezas iguales.

Escribe dos normas de seguridad del taller (gafas de seguridad, cabello recogido, protecciones de las máquinas...) y explica qué accidente concreto evita cada una.

Elige la técnica de fabricación más adecuada para cada caso y justifícala: (a) un único prototipo de una pieza con forma compleja, (b) mil arandelas metálicas idénticas, (c) un aviso de madera grabado a mano.

La figura resume el proceso de fabricación de una pieza por impresión 3D, pero falta una etapa. Indica cuál es y qué se hace en ella.

Para fabricar las piezas planas de una maqueta, tu equipo duda entre la impresión 3D y el corte láser. Compara ambas técnicas para ese trabajo concreto y razona cuál elegirías.

Al cortar piezas que deben encajar entre sí se trabaja con un margen o tolerancia. Explica qué significa eso y qué ocurre si una pieza se corta por el extremo grande del margen y la otra por el extremo pequeño.

Compara el corte de una placa de madera de $3\ \text{mm}$ con segueta y con corte láser: precisión, velocidad y acabado de los cantos. ¿Cuál elegirías para 40 piezas iguales con curvas cerradas?

En impresión 3D, explica qué son la «altura de capa» y el «relleno» (infill), y cómo afecta cada parámetro al tiempo de impresión y a la resistencia de la pieza.

Una pieza impresa en 3D se despega de la base a mitad de la impresión y queda inservible. Analiza dos causas frecuentes (falta de adherencia de la primera capa, corrientes de aire) y cómo prevenir cada una.

Describe el proceso de plegado en caliente del acrílico: qué equipo se usa en el taller, cómo se calienta y se pliega la lámina y qué precauciones de seguridad hay que tomar.

En el aula-taller quieren construir 20 escuadras metálicas de refuerzo ($50\times 50\times 3\text{ mm}$) y un eje cilíndrico de revolución con dos diámetros escalonados para una polea. Un compañero propone imprimir ambas piezas en 3D en PLA para «no cansarse con las herramientas manuales». Rebate técnicamente su propuesta: predice qué fallos mecánicos o funcionales presentará cada pieza impresa frente a una elaborada con técnicas tradicionales (conformado/mecanizado de lámina y torno) y justifica qué técnica tradicional es la adecuada en cada caso.

Vas a fabricar un soporte para audífonos a partir de una lámina plana de acrílico de $4\text{ mm}$ mediante corte y conformado térmico (plegado). Durante los primeros ensayos en el taller, el material se ha astillado al cortarlo con la sierra caladora y han aparecido burbujas y deformaciones irregulares en la arista de doblez. Diagnostica las causas técnicas de ambos fallos y diseña una hoja de proceso corregida, justificando los parámetros críticos (tipo de hoja y velocidad de corte, temperatura y radio de curvatura) para asegurar un acabado óptimo y resistente.

Una empresa debate si fabricar un lote de carcasas plásticas mediante moldeo por inyección centralizado a gran distancia o mediante impresión 3D FDM distribuida bajo demanda cerca del cliente. Analiza el ciclo de vida de ambas opciones comparando la energía consumida por unidad, las mermas de material y el transporte. Predice cómo cambia la opción más sostenible si la tirada es de $50.000$ unidades idénticas frente a si solo se requieren $25$ repuestos personalizados, justificando el umbral de conveniencia de cada tecnología.

Para fabricar 100 placas cuadradas idénticas de $10\times 10\text{ cm}$ y $3\text{ mm}$ de grosor con cuatro perforaciones pasantes, un compañero insiste en que la impresión 3D FDM es la opción más eficiente y limpia «porque no genera viruta ni recortes de desecho». Rebate su postura comparando la fabricación aditiva con el corte por láser sobre lámina: evalúa el tiempo total de producción, el consumo energético acumulado y explica cómo la técnica de anidamiento (nesting) minimiza el residuo en el corte.

Un grupo propone construir una caja reductora donde dos ejes de acero deben girar apoyados directamente sobre orificios taladrados a mano en los laterales de una caja de madera contrachapada, exigiendo una tolerancia de $\pm 0,05\text{ mm}$ para que los engranajes engranen a la perfección.

1. a) Justifica por qué es técnicamente inviable conseguir y mantener esa tolerancia en el aula-taller usando madera y herramientas manuales (considera tanto las limitaciones del mecanizado como el comportamiento higrométrico del material).
2. b) Rediseña la solución constructiva proponiendo qué elementos comerciales o modificaciones de diseño permitirían el funcionamiento preciso del mecanismo sin exigir medios de fabricación inalcanzables.

Reto del tema. Rediseña un producto doméstico hacia la sostenibilidad y la economía circular. Imagina que trabajas en una consultoría técnica y debes optimizar un objeto de uso diario (un soporte para celular, un gancho para ropa o un portalápices).

1. Diagnóstico y medición: Selecciona el objeto en casa. Mide su masa con una báscula de cocina (anota el valor exacto con coma decimal, por ejemplo $m = 45,5\text{ g}$) e identifica el material actual y su técnica de conformado original (inyección, extrusión, estampación...).

2. Ciclo de vida y datos reales: Consulta en la web de XM (operador del sistema eléctrico colombiano) el porcentaje de generación renovable del día (ej. $58,3\,\%$). Estima el impacto de la fase de uso/fabricación según esa matriz energética y analiza la viabilidad del reciclaje de dicho material en tu caneca blanca o en un punto de acopio.

3. Rediseño técnico: Selecciona un material alternativo más sostenible (como un bioplástico o madera certificada), justificando sus propiedades mecánicas frente al original. Modela la pieza optimizada en Tinkercad considerando su nueva técnica de fabricación.

4. Síntesis: Genera una breve ficha técnica en LibreOffice con la comparativa del ciclo de vida de ambos materiales y capturas del modelo 3D.

Se valorará:

• Rigor en la toma de datos reales (medición de masa y consulta de la matriz eléctrica en XM).

• Justificación técnica coherente en la selección del nuevo material y su proceso de fabricación.

• Calidad y viabilidad técnica del rediseño modelado en Tinkercad.