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 a 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 chapa de metal, lijar un canto 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: encolar, cortar a medida, lijar, marcar las medidas y presentar las piezas sin cola 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 (lentes, cabello recogido, guardas 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 cartel 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 sierra de marquetería 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 metacrilato: qué equipo se usa en el taller, cómo se calienta y pliega la plancha y qué precauciones de seguridad hay que tomar.

En el aula-taller queréis 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 chapa y torno) y justifica qué técnica tradicional es la adecuada en cada caso.

Vas a fabricar un soporte para auriculares a partir de una lámina plana de metacrilato 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 de calar y han aparecido burbujas y deformaciones irregulares en la arista de doblado. 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.

En el aula-taller debéis producir un lote de 40 llaveros de madera en una sesión de 90 minutos. El proceso consta de cuatro estaciones sucesivas con un alumno por estación: Marcado y corte ($3\text{ min/ud}$), Taladrado ($1\text{ min/ud}$), Lijado ($4\text{ min/ud}$) y Barnizado ($1.5\text{ min/ud}$).

1. a) Identifica el cuello de botella actual y calcula cuántas unidades completas podréis terminar realmente en el tiempo disponible.
2. b) Diseña una redistribución de tareas o recursos para equilibrar la línea de modo que alcancéis las 40 unidades sin generar acumulación intermedia de piezas, justificando los nuevos tiempos de ciclo.

Para fabricar 100 placas cuadradas idénticas de $10\times 10\text{ cm}$ y $3\text{ mm}$ de grosor con cuatro taladros 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 plancha: evalúa el tiempo total de producción, el consumo energético acumulado y explica cómo la técnica de anidamiento (nesting) minimiza el residuo en el corte.

En el control de calidad de un lote de 50 piezas impresas en 3D con un orificio que debe medir exactamente $20.0\text{ mm}$ (tolerancia admisible $\pm 0.15\text{ mm}$), mides las 5 primeras y obtienes: $19.65\text{ mm}$, $19.70\text{ mm}$, $19.65\text{ mm}$, $19.68\text{ mm}$ y $19.67\text{ mm}$.

1. a) Interpreta los datos: ¿se trata de un error aleatorio o sistemático? Diagnostica dos posibles causas ligadas a la retracción térmica del plástico o a la configuración del laminador (slicer).
2. b) Diseña un plan de actuación: qué ajuste debes aplicar antes de reanudar la tirada y qué criterio seguirás para decidir si las piezas ya fabricadas se descartan o se pueden retrabajar.

Un diseño exige piezas con una precisión de $0.1\ \text{mm}$. Explica qué técnicas del taller escolar pueden acercarse a esa precisión y cuáles no, y qué consecuencias tiene pedir tanta precisión (tiempo, costo, herramientas).

Valora «hazlo tú mismo» frente a «cómpralo hecho» para un estante de pared: tiempo, costo real (incluyendo herramientas y material desechado), calidad del resultado y aprendizaje. ¿Cuándo conviene cada opción?