Fabricación del prototipo

Con el fin de recrear la  apariencia del prototipo propuesto, se empleó diversas actividades con el fin de elaborar una figura a escala 1:5,  con apariencia similar a la generada por medio del renderizado en SolidWorks.

La elaboración de los elementos que constituyen este espacio requieren de un trabajo manual realizado por las integrantes del grupo, empleando diversas metodologías que aportan aprendizajes en el campo del diseño poco abordados por los estudiantes de ingeniería.

En procesos anteriores se obtuvo una imagen fotorrealista a la propuesta de diseño a partir de la selección de apariencias y juego de luces por medio de SolidWorks. Esta propuesta junto con el diseño de detalle, enfocan el diseño a la elaboración del lavamanos y adicionalmente fue ubicado dentro de un espacio para mejorar la percepción y contextualización del observador.

Figura 1. Representación fotorrealista del diseño

Lavamanos

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Figura 2. Diseño del lavamanos propuesto

Se inicia el proceso de elaboración con el diseño de la cuenca del lavamanos que es una de las piezas principales a diseñar, en el diseño de detalle se establece que el material será cerámica, puesto que es caracterizado por la dureza y su resistencia al rayado, así también se establece la geometría del diseño, la cual es irregular con el fin de lograr la salida de aire para el secado de manos y un borde delantero cóncavo con suficiente altura que permita un espacio libre debajo para facilitar el acercamiento frontal de la usuaria.

Cuenca

Para seleccionar la manera más aproximada de simular las condiciones anteriormente expuestas, se buscó la asesoría de una diseñador industrial que  aporta posibles ideas antes la inexperiencia de las integrantes en este campo. Se propuso la creación del molde a partir de masilla gris, se inicia con un molde realizado en plano seriado con mdf, una vez cubierta la superficie con por lo menos 3 capas de masilla uniformemente distribuidas, se procede a realizar la preparación de la superficie por medio del lijado alternando las lijas cuyo número de grano corresponden a 150, 240,320 y 400, finalmente con obtenida una superficie lisa se realiza aplica pintura blanca brillante en aerosol para dale una mejor apariencia .

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Figura 3. Elaboración del lavamanos en masilla.

Griferia, dispensador y sifón

El grifo y el dispensador  para suministro de agua y el jabón respectivamente son de diseño propio, entre las características consideradas para su geometría se encuentran el caño largo y la implementación de los sensores infrarrojos teniendo en cuenta la fuerza muscular y la longitud de las extremidades de la usuaria en quien fue pensada esta adecuación. El sifón se propone como un elemento comercial, que se adquiere fácilmente en las secciones de plomería.

Los 3 elementos en mención se encuentran diseñados en acero inoxidable debido a su durabilidad y precio. Para lograr este efecto fue utilizado primeramente plastilina para darle forma a la estructura, posteriormente se utilizar laca color aluminio para darle brillo y el aspecto metálico a estos accesorios.

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Figura 4. Estructura de grifería y dispensador elaborado con plastilina.

Ambiente externo

Aunque no hace parte de los elementos a diseñar, fue elaborado un entorno que permita ubicar en el espacio el lavamanos en cuestión, el cual fue ubicado según los requerimientos de la resolución No 14 861 la cual exige que la altura de los lavamanos  no exceda de 0.80 metros y haya espacio libre debajo del artefacto de 0.35 metros a cada lado a partir del centro de este.

Se realiza para su implementación el corte de las piezas en madera según las necesidades, posteriormente para lo que constituyen la pared y el suelo se unen por medio de puntillas, agregando un soporte extra para vencer las cargas que debe soportar la pared, para los mesones, se busca simular el efecto del material granito, para ello se pintan las piezas de blanco y se procede a generar un efecto con pintura negra. Por último, se pinta la pared y se realiza la unión del mesón a esta por medio de puntillas y del lavamanos por medio de una técnica recomendada por el docente,  la cual consiste en la aplicación de pegante boxer en las dos caras que posteriormente serán unida y dejar secar las mismas por un periodo aproximado de 6 horas, para posteriormente realizar la  unión únicamente a presión.

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Figura 5. Elaboración de las paredes y el piso.

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Figura 6. Estructura final

Presentado por:

Liceth Loaiza, Lina Leguizamo y Camila Arroyo

PROCESO DE FABRICACIÓN

PROTOTIPO: MESA PARA SILLA DE RUEDAS

Este prototipo tiene como objetivo probar el funcionamiento y la integración de los diferentes subsistemas. Sin embargo, no está construido con los materiales finales del diseño y por lo tanto, no tiene las mismas características funcionales.

Para el desarrollo del prototipo de la propuesta de diseño: Mesa plegable para silla de ruedas, se utilizaron los siguientes materiales.

• Madera MDF de 2.5 mm

• Tubos PVC de 15mm y 13mm

• Laca color plateado y caoba

• Lijas

• Masilla

• Bisagras

• Pegante para tubo

• Colbón

En cuanto a los instrumentos, fue necesario contar con:

• Segueta

• Cortadora láser

PROCESO DE CONSTRUCCIÓN

  1. Para el corte de la mesa fue necesario hacer uso de la técnica de fabricación por slices. Para esto, inicialmente en el programa “Slicer For fusión 360” se obtuvo los planos (apartir del modelo previamente realizado en Solidworks) que luego fueron cortados en la Cortadora láser del laboratorio de Prototipado en la Universidad Autónoma de occidente. En la Figura 1 y 2. se pueden observar los planos del modelo obtenidos de Slicer For fusión 360.

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Figura 1. Planos para cortadora láser de Slicer for fusión 360.

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Figura 2. Planos para cortadora láser de Slicer for fusión 360.

2. Una vez se tuvo el total de las piezas cortadas, se procedió a pegarlas con colbón dando la forma del diseño elaborado. Además, se utilizó masilla gris para darle las curvas de los bordes a la mesa. La unión de las piezas y el moldeo de bordes con masilla se muestran en la Figura 3.

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Figura 3. Unión de piezas y moldeo de bordes con masilla.

3. Por otro lado, para la construcción de los ejes, lo que se hizo fue tomar la medida de la longitud que deberían tener los mismos para posteriormente, con ayuda de una segueta realizar los diferentes cortes. En la Figura 4 se muestra el desarrollo de esta actividad.

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Figura 4. Proceso de corte de ejes

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Figura 5. Proceso de corte de ejes

4. Cuando se tuvo los diferentes elementos con las dimensiones y formas requeridas, la unión de los diferentes componentes que hacen parte de los ejes se unieron con pegante para tubo, obteniendo la estructura final mostrada en la Figura 6.

IMG-20170523-WA0024[1]Figura 6. Estructura completa del eje.

5. Cuando se tuvo cada subsistema por separado, se procedió a darle un poco de estética a la estructura, pintando los tubos y la mesa con laca plateada y caoba respectivamente. Fue necesario aplicar dos capas a cada uno para obtener un color uniforme. Figura 7 y 8.

 

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Figura 7. Pintado de componentes

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Figura 8. Pintado de componentes

Cuando la pintura estuvo lo suficientemente seca, se realizó la unión de los dos componentes de la mesa a través de las bisagras (Figura 9) y finalmente realizar el ensamble final de todo el sistema (Figura 10).

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Figura 9.  Ensamble a través de bisagras.

 

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Figura 10.  Ensamble completo de prototipo

ELEVADOR SALVA ESCALERAS: modelo a escala.

Tras realizar el diseño render fotorealista del sistema de solución se es prudente generar el modelo a escala para observar la forma como el sistema funciona y el acople entre sus componentes. Para ello se empleo el corte láser, como método de fabricación para las piezas del prototipo.

El corte con láser es una técnica empleada para cortar piezas de chapa caracterizada en que su fuente de energía es un láser que concentra luz en la superficie de trabajo. Para el prototipo se utilizó la cortadora láser  HSLC 1410 (Figura 1) del FabLab de la Universidad Autónoma de Occidente;  es un equipo con cama baja que permite cortar y grabar objetos altos y conectar aditamentos para grabar objetos cilíndricos. Los materiales que se pueden usar son: láminas de madera, cartón, mdf u otro no metálico que no exceda los 3 mm de espesor. Por ende, al emplear este método; y con el fin de  simular una cosmesis próxima al render de la propuesta, se empleó madera mdf de 3 mm de espesor para realizar el chasis, la cabina, polea y estructura del canal del sistema. Para simular el proceso de elevación, se empleo una adecuación mecánica con la polea y nailon; el cual simula las cuerdas de tensión. Finalmente, para simular la puerta, teniendo en cuenta que es cristalina, se empleó un acrílico transparente.

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Figura 1.  Cortadora Láser  HSLC .

Después de tener los componentes que hacen parte del sistema de solución simulados en SolidWorks, mediante el software Slicer  (de Autodesk), se logró adquirir los planos para el corte (Figura 2) los cuales permitirán, al ser agrupados, crear el sistema de solución en tangible  tridimensional.

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Figura 2. Planos de corte del modelo escala elevador salva escaleras.

Cuando se tienen las piezas cortadas, se procede con la acción de ensamblar y pegar todo de acuerdo al orden para generar las estructuras correspondientes y formar el sistema de solución; de manera que se verifica que todos los componentes estén presentes, encajen y exista una relación proporcional con lo diseñado en el render (Figura 3).

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Figura 3. Proceso de ensamble y pegado.

Después de llevar a cabo la verificación del ensamble, es necesario adecuarlo para que asemeje (se busca mimetizar) la apariencia del sistema de solución, para ello, lo que se hace es retirar el componente acrílico que simulará la puerta del salva escalera, seguidamente, a los componentes ya acoplados de la cabina, chasis, polea y la linea guía se pintan de un color plateado simulando el render (Figura 4).

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Figura 4. Proceso de pintura.

Finalmente, tras pintar, se vuelven a ensamblar los componentes faltantes como la puerta en acrílico, la linea de eje, el chasis y la cabina, la polea y la base que sostiene el modelo. Cuando ya se ensambla todo, se agrega el nailon y se hacen los amarres para simular (de manera mecánica) el recorrido en el modelo (Figura 5).

5 Figura 5. Modelo de sistema de solución finalizado.

Nota:

Se tomó la elección de llevar a cabo el proceso de fabricación del modelo por corte láser debido a que es un método práctico y sencillo de implementar; no toma mucho tiempo en tener lista la producción esperada; finalmente en recursos materiales sale más económico  y asequible conseguir las laminas de material para el corte que los bloques o los polímeros para la impresora 3D o las cortadoras de icopor.

Presentado por:

Silvana C. Murillas.

Miguel A. Casas.

Juan D. Muñoz.

Diseño de detalle

Sistema Solución: Adecuación de entorno del lavamanos para usuaria en sillas de ruedas que además posee debilidad en miembros superiores

En el presente documento se presentará los subsistemas en los cuales se encuentra seccionado el sistema solución para obtener una adecuación de entorno pertinente para la usuaria.  En los subsistemas se podrá identificar los elementos que hacen parte de  cada subsistema, cumpliendo una función específica; los elementos son clasificados como comerciales o a diseñar para así centrarse en el diseño de detalle de los elementos pertinentes.

Tabla 1. Subsitemas del sistema solución

SUBSISTEMAS

Elementos

Origen

Comentarios

1. ESTRUCTURA
Lavamanos Cuenca A diseñar Dada su geometría, será diseñada en cerámica, con el fin de cumplir con los objetivos del diseño, tales como el borde delantero cóncavo y  suficiente altura que permita un espacio libre debajo para facilitar el acercamiento frontal de la usuaria.
Tuberia de desague y accesorios. Comercial Las tuberías y accesorios  como arandelas, acoples, adaptadores, sellos, etc, para permitir la sujeción y prevenir filtraciones serán conseguidas en el mercado local, en la sección de plomería.
Sifón Comercial Este accesorio se encuentra comúnmente de acero inoxidable o cromado, en este caso es seleccionado el acero inoxidable, debido a su durabilidad y mejor precio, el cuenta con agujeros que permiten el continuo drenaje de la cuenca y evita la filtración de otros elementos.
Suministro de agua Grifería A diseñar Se realizará el diseño de este elemento con el fin de obtener una grifería de caño largo debido a las limitaciones de la usuaria, y de la misma manera, para la implementación de un control automático.
Suministro de jabón Dispensador de jabón A diseñar Este accesorio será diseñado puesto que al igual que la grifería, necesita un caño largo, aunque se encuentran en el mercado, se suma a este, la necesidad de implementar la automatización del mismo y que permita el llenado superior del jabón.
2. DE SEGURIDAD
Soporte Empotramiento de la cuenca Comercial Para soportar y sujetar el lavamanos a la pared se selecciona unas ménsulas que vienen con los chazos y los tornillos respectivos, este elemento se encuentra fácilmente en el mercado
Protección circuitos Carcasa A diseñar Se realizará el diseño de una carcasa   que permite proteger del agua, polvo, de golpes, o proveer soporte mecánico para los conectores de los elementos electrónicos principales del circuito, entre ellos el microcontrolador. La carcasa estará hecha en acrílico y reforzada con silicona.
Secado de manos Filtro antibacterial Comercial Será empleado un filtro Hepa a fin de eliminar  la propagación de bacterias y virus a través del aire.
3. DE CONTROL
Control lógico Microcontrolador Comercial Existen en el mercado diferentes tarjeta que permiten el control de las funciones a realizar. (Arduino, nodemcu, linkit one, PIC, beaglebone black,  etc), para este caso se selecciona la tarjeta Arduino UNO o como opcional  Arduino Mega 2560.
Suministro de jabón Sensor infrarrojo para dispensador Comercial Aunque existen diversas formas de sensar la presencia, será usado un sensor infrarrojo, debido a su simplicidad y facil adquisicion en el mercado, el seleccionado es un módulo infrarrojo del microcontrolador (Arduino), y como otras opciones se tiene fototransistores o fotodiodos.
Bomba Comercial Cuenta con una bomba de engranajes que permite el suministro del jabón.
Suministro de agua Sensor infrarrojo para grifería Comercial Se realizó la misma selección que para el sensor dispensador de jabón.
válvula de suministro Comercial Se selecciona una válvula ON/OFF que se encuentra en el mercado y que permitirá el control a partir de un diseño simple y con un fácil mantenimiento.
Secado para manos Pulsador para aire Comercial Para controlar el ON/OFF del secado de manos , se realizará a través de un pulsador que no requiera de grandes esfuerzos para ser presionado, se seleccionado de los pulsadores presentes en el mercado.
Motor digital Comercial Se selecciona un motor digital de Dyson que gira a una velocidad de 88.000 (rpm), lo que permite barrer el agua de las manos en diez segundos. Para conseguirlo, el aire es expulsado a más de 640 km/h
Alimentación Cable para red con polo a tierra. Comercial El circuito de control y los elementos necesarios para realizar el secado de manos, serán alimentados a través de la red eléctrica. Estos elementos se consiguen fácilmente en el mercado local.

Una vez realizado el diseño de detalle se procede a analizar los esfuerzos y deformaciones del elemento diseñado, es decir la cuenca del lavamanos. Para ello se determino como material cerámica, se realizo una sujeción fija en la parte posterior es decir donde va pegado a la pared, además se utilizo una fuerza de 100 Kg * 9,8 m/S2 [N] suponiendo que una persona con un peso de 100 Kg se sentara en el lavamanos.

Al realizar el análisis estático tensión, se puede verificar que los esfuerzos se encuentran uniformemente distribuidos de acuerdo al principio de Saint Venant.

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Figura 1. Esfuerzo

Se realizo el análisis para determinar la deformación y se comprobó que la mayor deformación se encuentra de color rojo en la parte donde apoya los brazos la persona.

Figura 2 Deformación

Se encuentra el factor de seguridad del lavamanos que es igual 6,2 y se determina que no se realizara la optimizan debido a que esto podría afectar la cosmesis de la cuenca.

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Figura 3. Determinación del Factor de seguridad

Presentado por:

Liceth Loaiza, Lina Leguizamo y Camila Arroyo

SISTEMA SOLUCIÓN: MESA PLEGABLE PARA SILLA DE RUEDAS

El sistema solución elegido fue una mesa plegable para silla de ruedas. Para su desarrollo se requiere de varios subsistemas, entre los cuales algunos componentes se   conseguirán con   distribuidores  locales  y  serán  adaptadas de acuerdo a lo requerido. Por otro lado, otros componentes deben ser diseñados para dar las características particulares  que se quieren para el diseño. Finalmente, se realizará un estudio de los costos de los materiales para establecer cuál de los distribuidores ofrece un buen precio y mejor calidad.  Los subsistemas que conforman la solución se muestran en la Figura 1.

 

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Figura 1. Subsistemas del sistema solución: Mesa plegable para silla de ruedas.

DESCRIPCIÓN SUBSISTEMAS

SUBSISTEMA 1: PLEGABILIDAD

1.1 EJES DE METAL

  • A diseñar
  • Materiales:
    • Aluminio:  Las  estructuras  Como  barras   circulares  y   rectangulares  son comerciales, por lo que se comprarán y se adaptarán si es necesario  con  la ayuda de un experto según el diseño elaborado. Un posible distribuidor será  el Grupo Alumina y las referencias pueden ser:
      • TUBOC114-114-0074
      • TUBOR 0004-0005-0008-0012
    • Soldadura o uniones: La soldadura de algunos componentes mínimos pueden hacerse por los integrantes del grupo posiblemente utilizando estaño que es un elemento comercial. Sin embargo, se podrán requerir para soldaduras más complejas la ayuda de expertos, o utilizar  uniones comerciales  para  realizar ciertos acoples.
    • Tornillos y arandelas:  Sirven  para  encargarse  de  la sujeción y ajuste. Son comerciales.
  • Herramientas:
    • Sierra

SUBSISTEMA 2: APOYO

2.1 MESA PARA UBICAR LOS PLATOS, VASO Y CUBIERTOS.

  • A diseñar.
  • Materiales:
    • Madera MDF de 12 mm. Elemento comercial.
    • Pintura: Barniz Comercial.
  • Herramientas
    • Máquina de corte láser.

 

SUBSISTEMA 3: SEGURIDAD

3.1 ESTABILIDAD DE LA MESA

3.1.1. SOPORTES

  • A diseñar y Comerciales. Servirán para que la mesa  quede  fija cuando se está usando, sin riesgo de que haya lugar a   accidentes por derrame  de comidas calientes sobre el usuario.

 

DISEÑO DE DETALLE

Una vez definidos los subsistemas de la propuesta de solución, se procedió a realizar los análisis en Solidworks de tensiones y deformaciones a las cuales se verá sometida la estructura. Así mismo, se evaluó el factor de seguridad.

El diseño realizado para realizar los respectivos estudios, se muestran en la Figura 1, 2 y 3.

mesa

Figura 1. Diseño propuesta de mesa plegable para silla de ruedas.

mesa perfil

Figura 2. Diseño propuesta de mesa plegable para silla de ruedas.

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Figura 3. Sistema de sujeción de mesa plegable para silla de ruedas.

Inicialmente, se realizó un análisis estático en Solidworks, donde se escogió el material de cada pieza del sistema (Figura 4), se realizaron las sujeciones necesarias (Figura 5) y se aplicó una fuerza de 20 N (Figura 6) estimando que es peso de un plato y vaso es de 2 kg aproximadamente.

materiales

Figura 4. Material de cada pieza para análisis estático.

Los materiales que se escogió para los ejes fue Aluminio 1100 y para la mesa madera tipo Balsa.

sujeciones

Figura 5. Sujeciones de ejes fijos a la silla de ruedas.

fuerza

Figura 6. Aplicación de fuerza en el eje Y de 20 N.

Finalmente se ejecutó el análisis y se obtuvo los resultados para tensión de Von mises (Figura 7), Deformaciones (Figura 8) y factor de seguridad (Figura 9).

Tensión (vonMises)Figura 7. Tensión de Von Mises.

Como se puede observar, la mesa plegable soporta adecuadamente los esfuerzos a los que se vera sometida ( solo se ve un poco de concentración de fuerzas cerca al eje de giro), puesto que la madera es un material bastante resistente y el peso que debe soportar es bajo.

DesplazamientoFigura 8. Deformaciones.

Para el análisis de deformaciones se puede decir que sufre una deformación mínima al extremo distal. Sin embargo, observando la escala se puede concluir que muy pequeña.

Factor seguridadFigura 7. Factor de seguridad

El factor de seguridad mínimo en el sistema es de 0.82 como se puede observar en el análisis.

Sistema de Solución Plataforma Salva escaleras: Organización de subsistemas.

A continuación se presentará el sistema de la plataforma salva escaleras y los subsistemas que lo conforman, haciendo que en  conjunto se obtenga una adaptación de espacio funcional para pacientes que presentan dificultad en la movilidad (Figura 1).Captura

Figura 1. Esquema de subsistemas de la Plataforma Salva escaleras.

Subsistemas de Solución: Plataforma salva escaleras

SUBSISTEMA 1

CABINA: Este Subsistema está compuesto por la caja o cabina y el chasis de la cabina o bastidor.

La caja es por donde va a ingresar el usuario, en su interior tiene un pasamanos donde el usuario puede apoyar sus brazos o sostenerse de ahí, la botonera en el cual se seleccionan el piso donde se desea que la plataforma pare y además esta botonera cuenta con un botón de parada de emergencia. La caja tiene una puerta la cual gracias a una cerradura eléctrica se va abrir cuando la plataforma llegue al piso deseado. Con respecto a la estructura de la caja está compuesto por unas paredes y piso de acero 1045, el cual es un material que soporta grandes cantidades de carga.

El chasis de la cabina es una estructura de soporte y de deslizamiento de la caja, por tal motivo este cuenta con unas guías de rodillos y guías deslizantes por donde va a pasar el cable de acero, permitiendo en conjunto el deslizamiento de la cabina. Este también cuenta con un aislamiento el cual es un elemento de soporte de carga de la cabina, así como la función de aislar las vibraciones cuando la plataforma se esta moviendo.

SUBSISTEMA 2

SISTEMA DE SEGURIDAD: Son métodos y dispositivos que garantizan la protección de las personas que utilizan la plataforma, por si algún evento e incidente ocurre.Parada de emergencia: Este dispositivo sirve para interrumpir las maniobras. Se produce el corte de la alimentación del grupo tractor, lo que tiene un efecto de freno. En este sentido, se detiene la plataforma, de manera que no van a funcionar los mandos de cabina y pisos.

Limitador: Este circuito cuenta con un cable limitador de velocidad que recorre un circuito cerrado compuesto por dos poleas: la superior o limitador de velocidad, y la inferior o polea tensora del limitador. Este cable va anclado a la cabina y, cuando el ascensor circula con una velocidad dentro de los márgenes admisibles, circula a través de las poleas a la misma velocidad que la cabina. Dicho cable se encuentra unido por uno de sus ramales al mecanismo de paracaídas de la cabina.

Cuando la cabina supera una determinada velocidad, se bloquea la polea del limitador y con ella el cable, dando un tirón a la palanca del paracaídas, y accionando así el mecanismo que presionará las cuñas sobre las guías y detendrá finalmente la cabina.

Paracaídas. Funciona mediante un mecanismo de palancas cuyo movimiento impulsa unos rodillos y unas cuñas situados al lado de las guías o cajas de cuñas. Si la velocidad de la cabina rebasa la normal o esta se ha caído, las guías serán mordidas por los rodillos o las cuñas y se detendrá la cabina. Por otro lado, existen paracaídas progresivos e instantáneos, para ascensores, respectivamente, de media y alta velocidad.

Amortiguadores: Los ascensores deben estar provistos de amortiguadores para detener la cabina o el contrapeso en caso necesario. Se sitúan en el foso al final del recorrido de la cabina o del contrapeso, aunque también pueden montarse en la parte inferior del bastidor de éstos. Todos estos amortiguadores deben estar equipados con un dispositivo eléctrico de seguridad que impida el funcionamiento del ascensor mientras no retornen a sus posiciones normales.

Enclavamiento mecánico. Se trata del sistema que permite abrir las puertas en cada uno de los pisos. Habilita también la parte eléctrica, que es la que posibilita el movimiento del elevador. Por otra parte, las puertas pueden ser automáticas, semiautomáticas y manuales.

Timbre de alarma. Constituye uno de los mecanismos de seguridad más visibles para el usuario. Por este motivo, la inmediatez de su accionamiento se ha convertido en el primer elemento de seguridad al que suelen recurrir quienes se han visto envueltos en alguna incidencia dentro de un ascensor. Generalmente, se utiliza en casos de emergencia. Por ejemplo, cuando una persona está atrapada en la cabina del elevador. Algunos timbres de alarma, por su parte, están conectados a líneas telefónicas, por lo que se podría solicitar asistencia a través de ellas.

Finales de carrera: Los interruptores denominados finales de carrera tienen por objeto detener el ascensor cuando por algún defecto en el funcionamiento de las últimas paradas inferior y superior de su recorrido las rebasa la cabina sin detenerse. Debe actuar tan cerca como sea posible de los niveles de paradas extremas, antes de que la cabina o contrapeso tome contacto con los amortiguadores.

Pesador de carga: El pesador de carga para elevadores es un equipo medidor y limitador de carga aplicable a elevadores y montacargas para transporte vertical. Se trata de un sistema electrónico de medición automática de peso, basado en celdas de carga de flexión. Éste tiene por finalidad medir e informar en forma continua y automática el peso de carga al que es sometido el elevador y, en caso de que el peso supere alguno/s de sus tres niveles seleccionados, acciona los relés electromecánicos correspondientes, los que posibilitan obtener señales eléctricas de maniobra para impedir el arranque del ascensor e informar al usuario.

SISTEMA 3

Sistema de control: Métodos y dispositivos que permitirán al usuario utilizar el dispositivo según su función pre establecida, para que ésta sea cumplida en su totalidad.

Control digital: El control digital se trata de un sistema electrónico que usa la entrada del usuario, en este caso los pisos de destino y lo compara con un sistema retroalimentado al piso actual del dispositivo, los cuales accionan el mecanismo electromecánico de movimiento del ascensor

Sensores: Este sistema cuenta con sensores de entrada analógica y salida digital que determinan el piso en que se encuentra el ascensor, el destino y si es llamado de algún piso. Además de tener un sensor que sirve como entrada de control de la puerta del ascensor, el cual no permitirá el movimiento en caso de aprisionamiento o que la puerta no esté en una posición correcta.

SISTEMA 4

Sistema de accionamiento: Medios y dispositivos que permiten al dispositivo accionar su movimiento para cumplir con su función de transporte.

Mecanismo electromecánico: Éste es el sistema de movimiento del dispositivo el cual está compuesto por un motor eléctrico que acciona a un sistema de poleas y contrapesos para permitir el movimiento según la señal de control que llegue a este.

Etapa de potencia: este sistema tiene como función la unión entre el sistema digital y el sistema electromecánico mediante la transformación de voltaje lógico (5v) a baja potencia, a un voltaje de alta potencia que permita accionar el sistema electromecánico. Además, cuenta con sistemas de protección hacia el motor y salidas digitales.

Sistema de poleas:  Este sistema conecta la cabina del ascensor con un contrapeso el cual facilita el trabajo del sistema electromecánico para mover la cabina a cada uno de los cuatro pisos de destino, donde el contrapeso dependerá de la capacidad de peso del ascensor.

Alimentación eléctrica: La distribución de la alimentación eléctrica dependerá del sistema. El sistema de control tendrá una alimentación de 5 V con protección en contra de altas corrientes, el sistema electromecánico tendrá una alimentación de potencia.

DISEÑO A DETALLE.

Teniendo en cuenta que la mayoría de piezas y elementos que se encuentran en la propuesta de solución se encuentran en el mercado, se procede a analizar las fuerzas y deformaciones de los elementos diseñados, dentro de los que se incluyen: la cabina, el chasis y el carril de línea vertical (Figura 2).

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Figura 2. Elementos de análisis.

En SolidWorks, se lleva a cabo el análisis por medio de FEM (Métodos de elementos finitos), en la ventana de simulación se elige un nuevo análisis estático y se procede a con la elección de materiales (Figura 3), para el chasis y la línea se eligió acero ASIS 304, en cuanto a la cabina se escogió el acero A286. Seguidamente se realizaron las sujeciones correspondientes a cada elemento (Figura 4).

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Figura 3. Elección de materiales.

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Figura 4. Elección de materiales.
Después se calculas las fuerzas que se espera se apliquen en cada elemento (Figura 5), para la cabina se espera una fuerza vertical con dirección hacia abajo de 1183.2 N, que corresponde a la máxima fuerza esperada por parte del usuario. Para el chasis se toma en cuenta la máxima de usuario mas la fuerza que ejerce la cabina, esto es 1676.2 N. Finalmente para la línea se toma en cuenta todo el complemento, lo que genera una fuerza de 1873.4 N.1E Figura 5. Colocación de fuerzas.

Seguidamente se procede a analizar las tensiones (Figura 6) generadas en las piezas y posteriormente las deformaciones (Figura 7).

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Figura 5. Tensiones.

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Figura 7. Deformaciones.

Finalmente se procede a observar el factor de riesgo de cada elemento (Figura 8), en la cuál se observa que se opera en los limites.

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Figura 8. Determinación del factor de riesgo.

Presentado por:

Silvana Murillas, Miguel Casas y Juan Muñoz

 

PROTOTIPO VIRTUAL

INTRODUCCIÓN

Uno objetivos del diseño biomecánico e ingeniería de rehabilitación es brindar autonomía a las personas que se encuentran en una situación de discapacidad, facilitando la labor de las diferentes actividades diarias a través de productos de apoyo directamente relacionados con dichas actividades. De acuerdo con el Censo del DANE para el 2015 en Colombia, hay 3.051.217 personas en situación de discapacidad, de las cuales el 29,3 % aproximadamente tienen limitaciones para moverse o caminar [3]. Estas cifras indican que los usuarios de sillas de ruedas es un considerable porcentaje de la población, y si bien se ha avanzado en tema de inclusión de estas personas, todavía se siguen viendo grandes falencias. En este sentido, un factor importante para lograr la accesibilidad de las personas en silla de ruedas son los detalles que complementan un determinado espacio. Sin embargo, es pasado por alto en establecimientos públicos tales como cafeterías y restaurantes. Así, en estos últimos, además de considerar contar con rampas adecuadas y baños accesibles, una de las grandes problemáticas es el mobiliario.

IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD

Las sillas de ruedas que son usadas actualmente por la mayoría de personas son bastante anchas de manera que permita al usuario tener comodidad y un espacio para realizar ciertos movimientos, principalmente con el fin de evitar la aparición de escaras. Sin embargo, esta característica se convierte en un problema cuando el usuario ingresa en un establecimiento público, ya que la mayoría de estos últimos no están diseñados o adaptados para que el usuario se desenvuelva de manera adecuada. De esta manera, en la mayoría de cafeterías se puede observar que la silla de ruedas no se adapta a las mesas disponibles, por lo que es necesario que el usuario haga un esfuerzo adicional desplazando en exceso su torso o deba ubicar la silla de ruedas de lado  y deba girar su torso para así poder consumir los diferentes alimentos.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Si se hace un breve análisis, la mayoría de mesas de cafeterías por problema de dimensiones, no permiten que un usuario en silla de ruedas se aproxime de manera adecuada a la misma. Por lo tanto, para el usuario resulta complejo consumir los diferentes alimentos, sin contar los casos en los que está sujeto a que otra persona le ayude a realizar esta tarea, generando una dependencia que puede ser evitada mediante el desarrollo de accesorios o la modificación de entorno.

ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN

Accesorio plegable: Para dar solución a la problemática planteada, se sugiere diseñar un accesorio plegable, adaptable a cualquier tipo de silla de ruedas y en madera que permita ubicar una bandeja de comida, los platos, los vasos y cualquier objeto, de manera que quede ubicado a una distancia correcta del torso del usuario y así evitar que éste realice movimientos o fuerzas adicionales para alcanzar la mesa de la cafetería.

Mesa adaptada: Esta propuesta de solución es más general y lo que busca es que en las cafeterías se incluya un mobiliario que permita la inclusión de personas en situación de discapacidad. Para esto, se sugiere elaborar una mesa que tenga una bandeja deslizante, de manera que pueda salir cuando una persona en silla de ruedas llegue al establecimiento y pueda ubicar sus alimentos sobre ésta.

Silla de ruedas modificada: En la actualidad, se utilizan muchos componentes electrónicos para hacer más fácil la movilidad de las personas en situación de discapacidad. Uno de estos componentes son los motores. Como alternativa de solución, se sugiere modificar la parte del asiento de una silla de ruedas, de manera que con el uso de un motor se pueda desplazar el usuario hacia adelante y de esta manera pueda ubicarse adecuadamente en la mesa de la cafetería.

Luego de establecer las diferentes propuestas de solución para la problemática planteada, se procede a realizar la evaluación mediante un cuadro comparativo (Tabla 1) con ventajas y desventajas para cada una de las opciones establecidas.

Tabla 1. Evaluación de alternativas.

Alternativa Ventajas Desventajas Calificación
Accesorio plegable Facilidad de implementación, posibilidad de transporte a donde el usuario lo requiera sin implicar incomodidad para el mismo, bajo costo. Durabilidad del material. +++/-
Mesa adaptada Solución de bajo costo. Es una solución parcial al ser propia del establecimiento público y no del usuario, por lo que podría ser una solución no tan eficaz. +/-
Silla de ruedas modificada Solución efectiva y moderna que favorece la adaptación del usuario al entorno que requiera. Solución costosa que podría no ser asequible a muchos usuarios. ++/-

Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada alternativa para realizar la evaluación de las mismas, se concluyó que la opción más viable es el accesorio plegable, pues este brinda solución efectiva a la necesidad identificada. Además, la desventaja que representa por la durabilidad del material, puede ser controlada y mitigada mediante productos que favorezcan esta propiedad.

Es un accesorio que se puede adaptar a cada uno de los diferentes tipos de sillas de ruedas. El prototipo virtual se observa en la Figura 1. El proceso de modelado inició con la toma de medidas de una silla de ruedas general para que el accesorio quede acorde al tamaño de la misma. Posteriormente, se modeló la mesa (Figura 2), el eje donde ésta va a girar (Figura 3), y el soporte de todo el accesorio que permitirá que se guarde a un lado de la silla de ruedas (Figura 4).

Figura 1. Prototipo virtual

mesa

Figura 2. Mesa modelada para la alternativa de solución. 

Como se puede observar, la mesa tiene un espacio para que el usuario ubique su vaso y así evitar que en cualquier movimiento fuerte se le pueda caer y se derrame toda su bebida. Por otro lado, el eje sobre el que la mesa va girar y el accesorio de soporte permiten que la mesa se guarde o se utilice de manera fácil y cómoda.

eje2

Figura 3. Eje sobre el que gira la mesa

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Figura 4. Soporte de todo el accesorio.

Para demostrar cómo queda el accesorio al acoplarlo a una silla de ruedas, se realizó el ensamblaje utilizando un modelo virtual de una silla. Los resultados renderizados se observan en las Figuras 5, 6 y 7.

Accesorio plegado 2

Figura 5. Accesorio guardado acoplado a una silla de ruedas. 

Accesorio plegado 1

Figura 6. Accesorio guardado acoplado a una silla de ruedas. 

Accesorio para uso

Figura 7. Accesorio acoplado a una silla de ruedas. 

PRESENTACIÓN FOTOREALISTA DEL PROTOTIPO

La presente documentación se centra en el trabajo realizado para la producción del prototipo virtual del sistema solución seleccionado con anterioridad, usando la herramienta SolidWorks, con el fin de realizar una aproximación más elaborada del diseño. La situación problema a abarcar es la accesibilidad de una estudiante en silla de ruedas con debilidad en miembros superiores, en los baños de la Universidad Autónoma de Occidente.

La alternativa seleccionada para llevar a cabo, consta de un lavabo suspendido, con borde delantero cóncavo y  suficiente altura que permita un espacio libre debajo para facilitar el acercamiento frontal de una persona en silla de ruedas, por lo cual, se plantea el diseño de  un lavabo cuya profundidad es irregular que permitirá no solo obtener espacio en la parte delantera si no también la implementación de un secador de manos de aire justo debajo del apoyabrazos del lavabo. Con el fin de mejorar la manipulación, el lavabo  cuenta con un grifo de caño largo y  diferentes métodos de activación electrónicos, como es el caso del dispensador de jabón, que se ubica a su lado izquierdo y  cuenta con un sensor infrarrojo que se acciona  al situar las manos justo debajo de su salida. Así también, el encendido de la grifería y la salida de aire se acciona mediante pulsadores, ubicados en sitios diferentes, que permitan ser presionados sin requerir tanta fuerza y utilizar la mano  y no solo los dedos.

1

Figura N°1: Bosquejo de la alternativa de solución seleccionada

 Para llevar a cabo la realización del prototipo virtual, se tiene en cuenta las restricciones o limitaciones para el diseño desde el punto de vista de geometría y materiales a utilizar; dichas restricciones son conocidas como las “4C”:

Control: El control se ve reflejado en la facilidad para ser utilizado el producto y  permite al usuario los movimientos deseados para llevar a cabo la función de lavado de manos con normalidad; todo esto se logró debido al correcto análisis de la situación de la persona para usar dicho elemento.

Confort: Este ítem se ve reflejado en el sistema solución debido a que permite una comodidad y seguridad al usuario en el momento de usar el lavamanos y no causa problemas secundarios tales como esfuerzos innecesarios al realizar la acción pertinente.

Cosmesis: Se tiene en cuenta que para el presente caso, el sistema solución es una adecuación del entorno y no consta de un diseño que el usuario vaya a llevar como parte de su cuerpo; sin embargo el presente ítem se tiene en cuenta para el diseño del lavamanos el cual debe seguir una estética de acuerdo a las demás para así pasar lo más desapercibido posible y no generar exclusión en el usuario.

Costo: En cuanto al costo metabólico, el sistema solución permite al usuario a desarrollar la actividad de lavado de manos con un consumo energético bajo debido a que facilita cada una de las acciones y no requiere de una demanda excesiva de energía que pueda perjudicar la condición del usuario. Por otra parte, el costo económico se ve reflejado en la determinación de los materiales a utilizar para llevar a cabo el diseño así como la durabilidad, resistencia y mantenimiento de estos.

Teniendo en cuenta las restricciones impuestas para llevar a cabo el diseño del sistema solución propuesto, se procede a realizar el modelo en el programa SolidWorks el cual permite generar el prototipo virtual de este. Posteriormente se agrega la apariencia por medio del cambio de color, textura, rugosidad o material a utilizar; esto se le realiza a cada una de las partes que compone el espacio.

Por otra parte se puede aplicar diversos procesos, tanto sombras como oclusión de ambiente si es necesario para obtener un efecto más realista del prototipo. Por último se procede a realizar la dirección, color e intensidad deseada para el rayo de luz incidente sobre el diseño para posteriormente generar el renderizado al prototipo y así obtener una apariencia realista desde cualquier perspectiva del modelo el cual se asemeja a la situación específica a tratar, obteniendo finalmente una imagen fotorrealista, es decir que aparenta ser una fotografía exacta del entorno que se requiere, el cual para este caso es el lavamanos.

Sin título

Figura N°2: Diseño de la alternativa de solución en SolidWorks

renderizado.JPGFigura N°3: Renderizado del diseño.

Presentado por:

Liceth T. Loaiza.  

Mayra C. Arroyo 

Lina M. Leguizamo 

Elevador Vertical Salvaescaleras.

Introducción.

El proceso de diseño lleva consigo siempre unos criterios que permiten estructurar las alternativas en una lluvia de ideas, a su vez, permiten la valoración y elección de alternativas. Al ser un diseño relacionado con la usabilidad directa con una persona (o para una), es necesario tener en cuenta las sugerencias y necesidades de este; las cuales se conocen como: los requerimientos (son las necesidades a las que responde el sistema) y las restricciones (son las limitantes geométricas y materiales). A parte de estas, existen las restricciones “4C”, conceptos que pueden aplicar a todo diseño o sistema biomecánico: control, confort, cosmesis y costo1.

Detección de la necesidad.

Para una persona con movilidad reducida o usuario de muletas, es muy importante poder movilizarse de una manera cómoda que no genere mucho esfuerzo y consumo de energía, ya que a la larga puede llegar a generar más daño en el cuerpo y en las articulaciones. Por tal motivo esta población presenta muchas necesidades con respecto a la movilidad, tal como la necesidad de subir escaleras. Caso que se presentan mucho en la universidad, ya que muchas veces las personas en esta situación tienen que ver clases en el cuarto piso.

Definición del problema.

Dificultad presente en estudiantes con movilidad reducida para acceder a los pisos por medio de escaleras.

Método de elección y evaluación de alternativas.

Para la evaluación y elección de alternativas se propusieron cuatro opciones: elevador vertical salvaescaleras, silla salvaescaleras, plataforma salvaescaleras y rampas. Se implementó como herramienta de selección un proceso Jerárquico de Análisis conocido como AHP, teniendo en cuenta criterios tales como: seguridad, practicidad, funcionalidad, durabilidad y asequibilidad; los cuales fueron evaluados en matrices de comparación por pares y finalmente se desarrolló el árbol de jerarquía (Figura 1).

arbolFigura 1. Árbol de jerarquía.

Se multiplican cada uno de los valores, los valores obtenidos para cada alternativa son los siguientes:

  • Opción 1: 0,36
  • Opción 2: 0,29
  • Opción 3: 0,21
  • Opción 4: 0,14

Por ende, la solución ganadora fue la opción 1: Elevador vertical salva escaleras.

Concepto de diseño.

Un elevador con una plataforma que se desplaza verticalmente, con mando de control por pulsadores, tanto en el interior cómo en el exterior. Con una cabina de puertas panorámicas y suelo antideslizante para evitar que el usuario se resbale, de un tamaño tal que no invade mucho espacio en las escaleras. Para su elevación utiliza un sistema hidráulico de 1.1 Kw, para usuarios con movilidad reducida.

Proceso de diseño.

Para llevar a cabo el diseño del dispositivo (que pertenece al concepto de adecuación de espacio), se tuvieron en cuenta los requerimientos “4C”; pues permite ajustar los parámetros para los materiales (aluminio para las paredes, acrílico en la puerta y caucho en el suelo), adicionalmente permite mejorar la geometría para consignar un diseño eficiente y grato a la vista del usuario.

Después de tener la alternativa elegida se procede a desarrollar el proceso de diseño en SolidWorks; el proceso se llevó a cabo por partes (Figura 2) hasta desarrollar un ensamble total de la estructura del dispositivo (Figura 3).

Partes

Figura 2. Partes del dispositivo.

Modelo

Figura 3. Dispositivo ensamblado.

Tras tener el dispositivo ensamblado, se prosiguió a renderizar el diseño (Figura 4), con el fin de lograr la cosmesis que pretende atraer al usuario; adicionalmente, admite la colocación de materiales y brinda la perspectiva más clara de lo que se pretende proponer en un contexto ‘real’.

render_cubo

Figura 4. Elevador vertical salvaescaleras

Referencias.

  1. Campo Oscar. ‘Diseño Biomecánico’. Universidad Autónoma de Occidente. Pág 12-14.

Anexo.

A.    Definición de criterios:

  • Seguro: corresponde a la necesidad de que el producto sea resistente a agentes externos, el ajuste de las partes móviles sea asertivo y brinde protección al paciente.
  • Practico: pueda desplazarse por el espacio establecido en la infraestructura y no interrumpa la movilidad de los demás estudiantes.
  • Funcional: se concibe en la medida que el producto desarrolla la actividad para la que se propone y adiciona valor agregado al uso.
  • Durable: el producto opere eficazmente durante el ciclo de vida útil, teniendo en cuenta el mantenimiento adecuado.
  • Asequible: el precio de la implementación sea acorde con el beneficio prestado.

B.    Matrices De Evaluación

matrices

Presentado por:

Miguel A. Casas

Silvana C. Murillas

Juan D. Muñoz

ESCANEO Y CORTE LÁSER

  1. INTRODUCCIÓN

 

Uno de los beneficios que ha traído el avance de la tecnología es la optimización en los procesos de diseño y fabricación en muchas áreas de la vida cotidiana. Dada la cantidad de softwares que existen en el mercado, es posible realizar diseños personalizados que ha cobrado mucha importancia en el campo de la salud. En este caso, se utilizó el escaner Biosculptor para obtener el modelo de una cabeza real, el cual luego de ser procesado, se fabricó por medio de la técnica de corte láser.

 

  1. GUÍA PASO A PASO PARA EL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE CABEZA

Inicialmente, se realizó la toma de datos de la cabeza de una de las compañeras mediante el uso del dispositivo de escaneo para partes anatómicas con el que cuenta la universidad (Figura 1). Se tiene en cuenta que se debe colocar cerca de la sección escaneada el marco de referencia para la ubicación en el espacio que trae el dispositivo. Por otra parte, es importante cubrir las partes oscuras a escanear con tela de otro color, ya que el negro absorbe toda la luz y no permite el escaneo de estas partes.

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Figura 1. Escaner BioSculptor.

 

Una vez realizado el escáner, se obtiene el sólido que se observa en la Figura 2. Este archivo fue guardado en .stl y abierto en MeshMixer para corregir errores  y defectos que se hayan obtenido en el escaneo.

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Figura 2. Resultados del escaneo con el BioSculptor en MeshMixer.

 

Posteriormente, se abre el archivo editado en el software Slicer for fusion 360 y se hace el seccionamiento.

En el Slicer for fusion 360 inicialmente se establece el tamaño del material en la sección donde se muestra en la Figura 3. Importante tener en cuenta las unidades en que se establecen estas medidas.

 

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Figura 3. Establecimiento de unidades y medidas del material.

 

Luego de establecer las medidas del material, se determina el tamaño del objeto a seccionar como se muestra en la Figura 4. Para realizar esto se tienen en cuenta las unidades, la altura, el ancho y la longitud del mismo.

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Figura 4. Establecimiento de unidades y medidas del objeto.

 

Seguido a esto, se selecciona la técnica de construcción (Figura 5) a utilizar para seccionar el objeto y de esta manera conocer cuántas hojas de material se requieren, así como las partes para armarlo (Figura 6).

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Figura 5. Selección de la técnica de construcción a utilizar.

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Figura 6. Hojas de material y partes para armar el objeto.

 

Finalmente, se obtienen los planos de las piezas en la parte inferior izquierda (Figura 7). Estos planos se deben exportar como formato DXF para poder enviarlos a la cortadora láser.

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Figura 7.                Exportar planos a partir de Slicer for fusión 360

 

Los planos en formato DXF se envían a la cortadora laser. Se utilizó madera MDF de 2.5 de grosor. En la Figura 8 se observa el proceso de corte en la máquina.

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Figura 8. Proceso de corte en la máquina láser.

 

Una vez que se tienen las piezas recortadas (Figura 9), se procede a pegarlas según los números que se encuentran en ellas (Figura 10).

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Figura 9. Piezas recortadas.

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Figura 10. Proceso de pegar las piezas.

Una vez unidas todas las piezas que conforman el segmento, se obtiene el resultado final los cuales se muestran en las Figuras 11 a 14.

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Figura 11. Segmento Final por técnica de corte láser.

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Figura 12. Segmento Final por técnica de corte láser.

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Figura 13. Segmento Final por técnica de corte láser.

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Figura 14. Segmento Final por técnica de corte láser.