Uso de diseño de experimentos como herramienta para evaluar la impresión 3D por estereolitografía (SLA)

PALLA, CAMILA; COTABARREN, IVANA; HART, JOHN

San Rafael

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas; 2018

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es el proceso de fabricación de objetos a partir de modelos digitales tridimensionales. Entre los métodos existentes, la estereolitografía (SLA) consiste en la utilización de un láser para curar capa por capa una resina fotopolimerizable y se destaca por ser la metodología más adecuada para producir piezas pequeñas y lisas con un alto nivel de detalle y precisión. Si bien el uso de tecnologías de impresión 3D para producir componentes industriales y productos de consumo está creciendo rápidamente, existe un gran desconocimiento respecto al efecto de los parámetros del proceso sobre la calidad de las piezas. En tal sentido, la metodología de Diseño de Experimentos (DoE) es una herramienta eficaz para obtener resultados precisos y de bajo costo experimental, que puede ser aplicada en el estudio de este tipo de sistemas a fin de optimizar su performance. En el presente trabajo se evaluó el efecto de los parámetros de impresión más importantes asociados a una impresora de escritorio SLA Form2 empleando un diseño factorial incompleto de 5 factores con 3 niveles. Los parámetros seleccionados fueron: espesor de capa de impresión (0.025, 0.05 y 0.1 mm), ángulo de orientación de impresión en dirección X (0, -22.5, -45 º), ángulo de orientación de impresión en dirección Y (0, -22.5, -45 º), posición en la plataforma de construcción en la coordenada espacial X (-1, 0, 1) y posición en la plataforma de construcción en la coordenada espacial Y (-1, 0, 1). A fin de evaluar la performance de la impresora, se diseñó mediante un programa CAD una pequeña pieza de prueba conteniendo elementos geométricos (EG) de diferentes tamaños tales como orificios de distinto diámetro y profundidad, cilindros verticales de diferente diámetro, paredes soportadas y no soportadas con espesor o altura variable, etc. Estos fueron medidos empleando un calibre y mediante análisis de imágenes obtenidas con un microscopio óptico. Las respuestas seleccionadas para analizar el efecto de los parámetros de impresión sobre los EG fueron las desviaciones respecto de la medida especificada o el tamaño mínimo logrado con correcta definición.Como resultado del DoE propuesto, fueron impresas y medidas 81 piezas. En general, el espesor de capa de impresión resultó ser el parámetro del proceso más significativo en la mayoría de las respuestas evaluadas. Asimismo, los ángulos de orientación mostraron ser factores determinantes en los EG conformados por superficies no soportadas tales como puentes, cilindros verticales y paredes, mientras que la ubicación de la pieza en la plataforma de construcción fue el factor que menos influenció el proceso de impresión. Es importante destacar que las interacciones entre factores, que solo pueden evaluarse mediante un enfoque de DoE, resultaron significativas para algunas de las respuestas.Mediante este estudio fue posible analizar sistemáticamente el proceso de impresión SLA a fin de determinar los valores de los parámetros más adecuados para fabricar con éxito un objeto de determinadas características geométricas. Asimismo, la pieza de prueba diseñada resultó ser un objeto apropiado para evaluar las capacidades y limitaciones de este sistema de impresión.