Cómo la impresión 3D de prototipos, sujeciones con guía y fijaciones permite a UbeCube llevar la fabricación a EE. UU.
Para UbeCube, una startup que crea un sistema de almacenamiento plegable, apilable y modular para diversos entornos de trabajo y aplicaciones, la rentabilidad y el tiempo de comercialización son fundamentales. Para alcanzar sus objetivos, no solo han trasladado el prototipado funcional de gran tamaño a su propia empresa, sino que también están llevando la fabricación a EE. UU.
"Actualmente estamos trabajando en la transición de la fabricación en el extranjero a nuestra planta de fabricación aquí en Grand View, Misuri. Nuestro prototipado es cada vez más importante, ya que disponemos de utillaje a mayor velocidad".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
Las piezas, que abarcan desde prototipos funcionales hasta dispositivos de sujeción para la fabricación, deben producirse a gran velocidad y cumplir requisitos exigentes. Con una impresora 3D de estereolitografía (SLA) Form 4L de Formlabs, UbeCube ha podido imprimir rápidamente en 3D los robustos prototipos que necesita, así como las sujeciones con guía y fijaciones que permitirán automatizar su nueva fábrica de EE. UU.
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Cómo incorporar el prototipado de gran formato in situ
Cuando el diseñador industrial Isaiah Tarwater empezó a trabajar en UbeCube, el laboratorio de impresión de la empresa incluía dos impresoras 3D de resina de bajo coste. Él añadió dos impresoras 3D FDM P1S de Bambu Lab, pero los prototipos grandes que debían imprimirse mediante SLA se externalizaban a China o, cuando los plazos de entrega eran más cortos, de forma más local en EE. UU. Aunque la impresión en el extranjero es menos cara que externalizar la impresión 3D en EE .UU., el tiempo de espera podía ser cuatro veces mayor. Tarwater vio el impacto que podría tener una impresora 3D SLA de gran formato, rápida y fiable si hubiera una en la empresa.
El prototipado de piezas funcionales y de piezas para fotos se realiza en la Form 4L.
La Form 4L es lo suficientemente grande como para que en su interior se puedan prototipar las cajas de UbeCube.
"Antes de conseguir la Form 4L, teníamos que prototipar objetos de gran tamaño y necesitábamos tenerlos listos con relativa rapidez. A veces, esos lotes de piezas se enviaban a EE. UU. en un mes y costaban entre 3000 y 4000 dólares. Que una empresa de impresión estadounidense te haga esas mismas piezas es aún más caro, entre cinco y seis mil dólares. Llegados a ese punto, la Form 4L ni siquiera era una inversión a largo plazo para nosotros: se amortizó en dos tiradas de piezas".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
Costes de prototipado
| Coste por lote | Tiempo de producción | |
|---|---|---|
| Externalización a China | 3000-4000 $ | ~1 mes |
| Externalización en EE. UU. | 5000-6000 $ | Más de 7 días |
| Impresión in situ en la Form 4L | 15-70 $/pieza* | Menos de 1 día |
*En función del tamaño, y sin incluir los costes de la máquina.
Tarwater, que ya había utilizado impresoras 3D de la serie Form, eligió la Form 4L por su volumen de impresión, su fiabilidad y el catálogo de materiales de Formlabs.
"Las impresoras de resina de Formlabs son, con diferencia, las más estables y las más fiables. Esa fiabilidad, y no tener que solucionar problemas antes de usarlas, nos ahorra muchísimo tiempo".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
La impresión 3D FDM se utiliza para los primeros prototipos, pruebas de ajuste y pruebas de ergonomía en la mano.
"Pasamos a la Form 4L en cuanto necesitamos prototipos con la suficiente calidad para fotos o en los que podamos ver realmente los ángulos de desmoldeo y medirlos de forma fiable. Y si se trata de una pieza que tiene que funcionar como lo haría una pieza salida de una máquina de moldeo por inyección, la hago mediante SLA".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
Este prototipo de la caja de herramientas Utility Box se imprimió con la White Resin, con una tapa de policarbonato moldeada por inyección.
En el prototipado en la Form 4L se utiliza la Black Resin, una Resina de Uso General, para piezas que no necesitan soportar tensión ni torsión, pero que podrían requerir un cuarto de vuelta para fijarlas. "A ese precio", dice Tarwater, "la inversión tiene sentido". Otra Resina de Uso General, la Clear Resin, se utiliza para el prototipado visual de tapas que se fabricarán en policarbonato.
Pruebas independientes de la fiabilidad de la Form 4 y otras impresoras 3D de resina
La Form 4 de Formlabs obtuvo un índice de éxito de la impresión del 98,7 %, según las mediciones de una entidad independiente, líder mundial en ensayo de productos. Lee una descripción completa de la metodología de ensayo y consulta los resultados en nuestro libro blanco.
Cierres a presión con la Tough 1500 Resin
"La gran mayoría de nuestros productos son de polipropileno y la Tough 1500 Resin nos permite emularlo muy bien".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
Este prototipo del diseño del armazón de una caja se imprimió con la Tough 1500 Resin en una Form 4L.
Para el prototipado funcional, se utiliza la Tough 1500 Resin. La mayoría de los moldes de UbeCube son de dos piezas, sin piezas correderas. Esto significa que se centran en la moldeabilidad de delante hacia atrás con cierres a presión. Por lo tanto, la capacidad de producir ángulos de desmoldeo y ajustes a presión en prototipos es importante, así como poder conseguir prototipos grandes individuales de un día para otro.
Un prototipo impreso con la Tough 1500 Resin. Los componentes secundarios de la Utility Box son de polipropileno moldeado por inyección.
La Tough 1500 Resin es un material robusto, resiliente y dúctil, con propiedades comparables a las del polipropileno. Tarwater había utilizado la Tough 1500 Resin V1, pero ha descubierto que la formulación actualizada aguanta ciclos repetidos sin marcas de esfuerzo ni deformaciones.
Los prototipos impresos con la Tough 1500 Resin resisten los ciclos repetidos que se exigen a un prototipo y tienen el mismo aspecto que el producto final, moldeado por inyección.
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La Tackle Box
La Tackle Box de UbeCube es un producto de aproximadamente 32 x 32 x 10 cm prototipado en la Form 4L con la Tough 1500 Resin. La Tackle Box utiliza todo el volumen de impresión de 35,3 x 19,6 x 35,0 cm (24,2 l) de la Form 4L: antes de que llegara la Form 4L, habría sido imposible prototiparla in situ. Que se imprima con la Tough 1500 Resin significa que se trata de un prototipo funcional.
Este prototipo de la Tackle Box se imprimió con la Tough 1500 Resin, que resiste ciclos repetidos sin marcas de esfuerzo ni deformaciones.
Los componentes secundarios son de polipropileno moldeado por inyección.
La tapa de la caja tiene un punto intermedio que la mantiene levantada antes de abrirla por completo. Disponer de un prototipo funcional permite a Tarwater "poner a prueba la fricción y la protuberancia que tiene en cada iteración". Un cuarto de milímetro puede ser la diferencia entre que la tapa se mantenga levantada, que se caiga o que cueste demasiado abrirla en el resto de su recorrido. Es algo que estamos afinando ahora mismo y que hemos estado probando con impresiones 3D".
Fabricación rentable en EE. UU. con sujeciones con guía y fijaciones impresas en 3D
La Tackle Box será el primer producto de UbeCube desarrollado y fabricado íntegramente en Estados Unidos. Se fabricará mediante moldeo por inyección en las nuevas instalaciones de fabricación de UbeCube, utilizando sujeciones con guía y fijaciones también impresas en 3D en la Form 4L.
"No tenemos tiempo de esperar entre nueve meses y un año a que una herramienta esté terminada en una fábrica en el extranjero. La necesitamos cuanto antes. Por eso, estamos dispuestos a realizar ese gasto extra al principio si supone ahorrar a la hora de llevar nuestro producto al mercado".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
UbeCube está trabajando actualmente para llevar la fabricación a Estados Unidos, construyendo en unas instalaciones que se encuentran cerca de su sede principal. La mano de obra es el componente más costoso de la fabricación en EE. UU., por lo que UbeCube está automatizando la mayor parte posible del proceso.
"Si contratáramos mucha mano de obra estadounidense para el montaje y para supervisar las máquinas, no nos resultaría rentable: lo dejaríamos en el extranjero, incluso con los aranceles. Es uno de los mayores pasos que hemos dado, y el motivo por el que nos ha costado un poco llegar a la fabricación completa en EE. UU. es que estamos utilizando un proceso de fabricación que está automatizado en su mayoría. Utilizamos muchas sujeciones con guía de alineación y componentes neumáticos de colocación. Con la Rigid 4000 Resin, podemos imprimir componentes fiables que durarán cientos de ciclos".
Isaiah Tarwater, diseñador industrial de UbeCube
Desarrollar esta automatización incluye imprimir sujeciones con guía y fijaciones capaces de resistir cientos de ciclos. Para estas piezas, Tarwater utiliza la Rigid 4000 Resin, una resina reforzada con vidrio que ofrece una rigidez similar a la de los termoplásticos de PEEK y PEKK y que es muy resistente al calor y a los productos químicos.
Cómo imprimir en 3D in situ sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación
Este libro blanco describe los principios que hay detrás de crear in situ sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación que sean eficaces.
Avanzar a toda velocidad
Lanzar los productos al mercado lo antes posible es clave para una startup ágil como UbeCube. Además del prototipado rápido de prototipos estéticos y funcionales, Tarwater ha estado trabajando para añadir textura a las piezas, imitando los efectos del agente espumante que se usa para dar textura a algunos de los productos moldeados por inyección. "Poder producir un producto que tenga el aspecto que debería tener su versión final en lugar de ser un prototipo impreso en 3D es bastante importante", dice Tarwater. Con un prototipo estético, se pueden hacer fotos antes de tener el producto en la mano, lo que tiempo de comercialización.
La impresión 3D de sujeciones con guía y fijaciones en la Form 4L también está incrementando la velocidad de UbeCube, ayudando a automatizar su fabricación en EE. UU. a la vez que ahorra costes de mano de obra y el tiempo que se tarda en conseguir herramientas.
Al realizar la impresión 3D en sus propias instalaciones, UbeCube puede controlar los tiempos, aumentar el ahorro de costes y reducir al mínimo el tiempo necesario para sacar sus productos al mercado.
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