Producción de prototipos de alta precisión para relojes mecánicos mediante la impresión 3D

Los relojes, así como sus movimientos, son instrumentos precisos de medición. Deberían tener buen aspecto y adaptarse a los gustos del cliente. No siempre es fácil combinar ambos requisitos. 

Petra Möller (la jefa de Gestión de Productos en Sinn Spezialuhren) y su equipo se enfrentan a menudo a la hazaña de transformar las ideas para los productos en realidad. Para conseguirlo, hace poco empezaron a usar la impresora 3D de estereolitografía (SLA) Form 3 para crear prototipos de sus diseños de relojes.

Durante casi 60 años, Sinn Spezialuhren ha sido sinónimo de relojes mecánicos con múltiples funciones. Su catálogo de productos cubre desde relojes de piloto hasta relojes de buceo, cronógrafos y cronómetros de misión como los que llevan pilotos, buzos y la unidad táctica de élite GSG 9 de la Policía Federal de Alemania. Durante el proceso de desarrollo, el diseño de un reloj está muy influenciado por la funcionalidad que se espera de él, lo que suele plantear retos para el equipo.

Nils Hunder trabaja en el equipo de Petra Möller en el desarrollo y la ingeniería de las carcasjas, los movimientos y las correas de los relojes. El trabajo del equipo es impulsar el desarrollo de productos hacía la producción en serie y colaborar con todos los departamentos. 

Las piezas de los relojes suelen ser pequeñas, con detalles precisos que influyen significativamente en el aspecto y funcionalidad de un dispositivo de relojería. Algunas de las preguntas fundamentales durante el proceso de desarrollo eran si las proporciones del reloj eran correctas, qué aspecto tiene la caja sobre el brazo o como puede unirse mejor la correa a la caja. 

A menudo, los dibujos digitales o a mano no transmiten de forma óptima la realidad del producto final llevado en el brazo. Para que el desarrollo de productos sea un éxito, es muy útil crear prototipos antes de que el reloj entre en la fase de producción en serie.

Hasta ahora, Sinn encargaba la producción de prototipos a un proveedor de servicios externo. Al principio, los modelos de reloj se hacían mediante impresión 3D SLA con una resina sintética, muy delicada y fácil de romper. No era el material apropiado para modelos que también necesitaban probarse en el brazo para encontrar el aspecto y el tacto correcto. El equipo después cambió a la impresión 3D con impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) y un material parecido a la cera. Sin embargo, estos modelos aún tenían que fundirse en aluminio, lo cual costaba mucho tiempo y dinero. "Antes, los prototipos se usaban mucho más tarde en el proceso de desarrollo. Todo ya estaba terminado en ese momento y antes de presionar el botón de inicio en la máquina CNC, miramos el reloj por última vez", dijo Hunder.

El deseo del equipo de imprimir en 3D in situ hizo que Hunder siguiera a Formlabs durante mucho tiempo. Estaba entusiasmado con la calidad del acabado liso de las impresoras 3D SLA, aunque la Form 1 y Form 2 no lo convencieron de su valor añadido. Como el uso de estructuras de soporte suele ser necesario con la tecnología SLA, el equipo estuvo indeciso durante mucho tiempo sobre si una impresora FDM con estructuras de soporte limpiables y una superficie más áspera seria la mejor elección. Al final, la calidad de la superfície y la facilidad a la hora de eliminar las estructuras de soporte en la Form 3 fue lo que convenció a Petra Möller y Nils Hunder de comprar la impresora junto con las herramientas de posacabado Form Wash y Form Cure. Desde entonces, su nueva impresora Low Force Stereolithography (LFS) se ha usado con regularidad para el desarrollo de prototipos. 

Gracias al láser de alta precisión de la Form 3, se pueden imprimir detalles precisos como los grabados o las ondulaciones en la corona de la caja del reloj. Su material preferido es la Black Resin, para imprimir cajas de reloj. Los detalles salen mejor con un grosor de capa de 25 micras. Casi no es necesario posacabado y la caja puede acabarse más adelante. Por ejemplo, puede aerografiarse más tarde para conseguir el color deseado.

El equipo descubrió que usar la Form Wash y el proceso de lavado correcto para las piezas impresas en éter monometílico de tripropilenglicol con un enjuagado en alcohol isopropílico era esencial. Las correas tienen canales finos que pueden obstruirse y dejar resina atrapada en su interior durante el poscurado si los modelos no se han lavado adecuadamente. 

Aparte de este detalle, la puesta en práctica de la impresión 3D en Sinn Spezialuhren fue como un juego de niños. La impresión 3D ahora se usa en las primeras etapas del desarrollo de prototipos y modelos. Los modelos suelen imprimirse por la noche para que cualquier modificación o nueva iteración necesaria pueda hacerse pronto.

Gracias a la evolución constante del catálogo de materiales de las impresoras 3D de Formlabs, el equipo también recibe regularmente sugerencias para ideas nuevas que probar durante la creación de prototipos. Por ejemplo, la nueva Flexible 80A Resin tiene la misma dureza Shore que la silicona que se usa para correas de reloj reales, así que el equipo de Sinn ya ha usado el material para imprimir en 3D prototipos similares a la silicona.

Después de comprar su primera impresora 3D, el equipo de Sinn pronto descubrió otros posibles usos valiosos para la impresora aparte de la creación de prototipos. La versatilidad y fiabilidad de la Form 3 en la producción de impresiones de alta calidad se presta a diferentes aplicaciones tanto en el desarrollo de productos como en la producción.

Lee el próximo artículo para saber cómo la empresa aprovechó la impresión 3D para producir herramientas de fabricación, como soportes, sujeciones y equipo de pruebas.