Cómo construir piezas en resina de poliuretano
Habitualmente es necesaria la construcción de piezas a medida para la implementación de un prototipo. Durante años he estudiado distintas formas para construir piezas de diseño propio y, tras perfeccionar bastante la técnica, he llegado a un proceso de construcción de piezas que da resultados robustos, elegantes y muy flexibles.
Las piezas que fabrico con esta técnica, como la que podemos ver en la imagen de la izquierda, están hechas a base de resina de poliuretano. Las resinas de este tipo se distribuyen normalmente en forma líquida separadas en dos componentes que, al mezclarse, reaccionan y forman el objeto sólido.
El utilizar esta resina en lugar de otras disponibles en el mercado se debe a sus características ideales para el prototipado a pequeña escala. La resina, como ya he dicho anteriormente, es fácil de trabajar ya que se distribuye en forma líquida y, el material que genera una vez curada, es bastante resistente y, a la vez, poco quebradizo, en comparación con resinas como la resina de poliéster (De aspecto transparente y bastante quebradiza).
Diseño y construcción del molde
El método de construcción de piezas que he desarrollado y perfeccionado durante varios meses consiste en elaborar un molde de un solo uso a base de láminas de trasnparencia o acetato, trabajar el sellado del molde y, posteriormente, verter el material dentro del mismo dejándolo curar y eliminando, por último, el molde para descubrir la pieza.
El procedimiento comienza con el diseño de la pieza en el programa preferido de diseño del lector. En mi caso he utilizado, por la sencillez de la pieza, la aplicación Microsoft Visio 2010, aunque se puede escoger cualquier otra de características similares. Veamos como queda el diseño de la pieza en la siguiente imagen:
Hay que poner especial cuidado al diseño de la pieza. Normalmente la calidad del diseño influye de forma determinante en la calidad del producto final y, por tanto, no hay que descuidar esta etapa.
A parte de los planos de la pieza debemos diseñar cada una de las caras que componen la pieza para su posterior recorte y pegado. Los planos completos de esta pieza se pueden descargar desde el siguiente enlace:
Pieza de ejemplo (PDF)
Imprimiremos el diseño en una transparencia o acetato. La elección de este material esta basada en su resistencia para la realización de estructuras pequeñas y la antiadherencia que proporciona frente al contacto con la mayoría de los fluidos, lo cual será de utilidad a la hora de verter los componentes de la resina en el molde.
Los materiales que vamos a utilizar para construir el molde son los que se muestran en la imagen: la hoja de transparencia con el diseño impreso, pegamento de cianocrilato, un cutter para cortar las piezas, un pincel y cola blanca.
A continuación debemos constituir la pieza cortando y pegando las caras de la misma a partir del diseño impreso. Aquí interviene con cierta importancia la habilidad del lector para los trabajos manuales. Con ayuda de una regla cortamos las primeras caras de la pieza, con las que comenzaremos a trabajar:
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Con ayuda del pegamento y unas pinzas iremos pegando poco a poco los laterales de la pieza. Deberemos valernos de algo de ingenio para saber qué piezas cortar exactamente por los bordes y qué piezas cortar con cierto margen para pegar otras piezas sobre ellas. Este tipo de decisiones las tomará con más agilidad el lector a medida que adquiera experiencia en esta técnica resultando bastante intuitivo una vez que está familiarizado con la misma.
Veamos el proceso de pegado de la primera pieza del molde en las imágenes que se muestran a continuación:
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Continuamos cortando las piezas que formarán la base y pegándolas con cuidado. Obsérvese que se ha dejado un pequeño hueco en uno de los laterales. Más adelante veremos cuál es la finalidad de dicho hueco.
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Continuamos cortando el resto de piezas y pegándolas para completar el molde de la pieza. Veamos algunas imágenes de este proceso a continuación:
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Sellado del molde
El siguiente paso una vez construido el molde de la pieza es sellarlo. Hay que tener en cuenta que las juntas del molde, a pesar de estar unidas con pegamento, aún tienen huecos por los que podría filtrarse la resina echando a perder todo el proceso.
Los materiales que utilizaremos para el sellado del molde son: un pincel, no excesivamente grueso y cola blanca.
Con el pincel impregnado en la cola blanca repasaremos todas las juntas de forma generosa pero tratando de tapar lo menos posible la superficie transparente del molde dado que, cuando realicemos el vertido, necesitaremos ver el interior del mismo para cerciorarnos de que no quedan burbujas de aire.
Veamos a continuación algunas imágenes de este proceso de sellado del molde:
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Normalmente es aconsejable dejar secar el molde a temperatura ambiente y aplicar una o dos capas más para asegurar la estanqueidad del mismo. No es aconsejable utilizar herramientas de secado como un secador de pelo, a no ser que el aire sea frio, dado que el calor podría combar el plástico de las paredes del molde.
Mientras dejamos que seque el molde podemos utilizar el sobrante de transparencia para realizar un embudo de un solo uso que nos será útil en la siguiente etapa del proceso. Vemos una imagen a continuación:
Moldeo por colada
El siguiente paso para la construcción de la pieza es la colada de la resina en el molde que acabamos de construir.
Como dije anteriormente, el material que vamos a utilizar para la pieza es Resina de Poliuretano que, en mi caso, he adquirido en Feroca, Madrid.
Vemos en la imagen de la izquierda que la resina de poliuretano viene en dos recipientes que contienen un líquido amarillento que deberemos mezclar a partes iguales en masa. Para esta tarea estoy utilizando una balanza de precisión con escala de hasta 0.1 gramos aunque, para pequeñas piezas como las que estamos fabricando, se puede realizar la mezcla a partes iguales en volumen utilizando una jeringa.
Mezclaremos 30 gramos de material (15 gramos de la parte A y otros 15 gramos de la parte B) que previamente prepararemos en dos recipientes separados, como vemos en las siguientes imágenes:
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La resina cura en apenas un minuto de modo que deberemos trabajar con cierta prisa. Por este motivo no tengo imágenes del vertido de la resina líquida en el molde (Me faltaban manos) pero sí podemos ver en la siguiente imagen, una vez vertida la resina, como comienza a curarse y cambia su color a un amarillo más claro de forma progresiva:
Una vez ha curado la resina, en menos de 3 minutos, podremos desprender el acetato de la pieza que se encuentra en su interior. Este se desprenderá sin mucha dificultad dado que no se adhiere a la resina. Hay que tener algo de cuidado si la pieza contiene partes delgadas o frágiles para no romperlas durante el proceso de desmoldado, aunque no es este el caso.
Veamos algunas imágenes de este proceso a continuación:
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Acabado y resultado final
Tras desmoldar la pieza podemos contemplar el resultado de todo el proceso que, de haberse realizado correctamente, trareá consigo una elegante y resistente pieza en resina de poliuretano con las dimensiones del diseño original. La pieza que hemos realizado en este tutorial tiene el aspecto que se muestra en las siguientes imágenes:
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El lector habrá observado que la pieza aún carece del orificio superior. Dado que el material tiene una consistencia similar al plástico he optado por realizar los orificios posteriormente con una broca. Podemos utilizar prácticamente cualquier tipo de broca que sea capaz de perforar plástico común.
Tras realizar el agujero central podemos observar el acabado final de la pieza en las siguientes imágenes:
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Conclusiones e información adicional
Como comentaba al principio de esta entrada, la elección de esta resina la he llevado a cabo después de experimentar con otras resinas que resultan más quebradizas o más caras. Las piezas hechas con resina de poliuretano tienen una consistencia parecida al plástico, quizá algo más quebradizas, pero bastante resistentes.
El problema principal de esta técnica es el calor producido por la reacción de curado de la resina. Este calor puede ser un problema para producir piezas grandes ya que, a medida que amentamos la cantidad de material, el calor puede llegar a combar el acetato y deformar el molde en pocos segundos.
Esta técnica es por tanto bastante buena con piezas pequeñas para prototipado rápido pero no funciona, por sí sola, para la fabricación de piezas más grandes. Si el lector quisiera fabricar piezas más grandes con esta técnica deberá reforzar las paredes del molde antes del vertido de modo que no se comben durante el proceso de curado. Sin embargo, cubrir las paredes del molde trae consigo un problema adicional: se limita la visibilidad del interior del molde y se aumentan las posibilidades de dejar burbujas en la pieza. Habrá de experimentar pues con las diferentes combinaciones de materiales para la realización de piezas grandes mediante esta técnica.
Como información adicional cabe destacar que, una vez familiarizado con la técnica, el lector podrá realizar una pieza de este estilo en menos de dos horas, tiempo que, para tratarse de piezas de diseño propio, a medida, es bastante razonable.
Desde el comienzo del diseño de la pieza hasta el acabado final he tardado en total dos horas para realizar esta pieza por lo que pienso que esta técnica resulta viable para implementar prototipos pequeños que requieran de piezas específicas.
Algunos prototipos con esta técnica
Para terminar, muestro a continuación un par de proyectos que he desarrollado con esta técnica para que el lector pueda apreciar la calidad que se puede obtener con la misma.
En primer lugar, el mecanismo de un rotor magnético para un proyecto que tengo abierto, cuyas piezas han sido realizadas en su totalidad utilizando la técnica descrita en esta entrada:
En segundo lugar os muestro un pequeño robot balanceador que construí con la ayuda de un compañero en la Escuela Politécnica Superior. Nuevamente todas las piezas del robot están construidas utilizando la técnica del molde de acetato (Estas piezas son las más grandes que he logrado construir utilizando esta técnica y han requerido de refuerzos en agunos moldes):
