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Optimizar la producción: material y herramienta

Ignacio Borrego Gómez-Pallete
2010
Portada del libro Colab 2010

Un laboratorio es un lugar dotado de los medios necesarios para realizar investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico, tecnológico o técnico. Los laboratorios están equipados con instrumentos o equipos específicos con los que se realizan los experimentos, bajo unas condiciones controladas en función de los objetivos de la actividad. Con esto se pretende que no haya influencias de parámetros imprevistos que alteren el resultado del proceso, de forma que los únicos condicionantes sean los inicialmente previstos. De esta forma se pretende obtener conclusiones generalizables controladas que nos acercan a los procesos normalizados y repetibles.

Los instrumentos disponibles en el CoLaboratorio en esta ocasión han sido una cortadora láser, y una fresadora, concretamente una cortadora láser SPEEDY 100R Trotec, y una fresadora Alarsis 130 FR180 3d. Cada sistema de mecani­zado establece en sí mismo ciertas características que son determinantes en el proceso de fabricación de prototipos, pero el potencial de cada una de las herramientas viene condicionado también por el material empleado.
Actualmente nos encontramos en un momento en el que la digitalización ha permitido liberar completamente a la fabricación de sus lastres originales poniendo dispositivos al alcance del usuario que permiten realizar piezas diver­sas, dentro del formato previsto, y superando los condicionantes tradicionales de estandarización.
El movimiento moderno proponía un isomorfismo en el diseño que llega hasta nuestros días como un condicionante intelectual y técnicamente superado, pero difícilmente soslayable en la práctica profesional debido a la falta del desarrollo e implantación de los procesos de fabricación digitales. Sin embargo la incipiente proliferación de las máquinas digitales de fabricación en el mercado requiere que sus nuevas reglas de juego se generalicen hasta llegar a determinar los procesos de diseño, en base a versiones y variaciones.
La cortadora láser alcanza una precisión de corte muy elevada, y diferentes posibilidades de tallado, desde suaves incisiones, hasta el corte completo, pasando por cortes intermitentes que facilitan un plegado en el caso de materia­les flexibles como el cartón, o una guía para un corte posterior con la ventaja de mantener ambas piezas fijas durante parte de la fabricación.

La superficie de mecanizado es relativamente reducida: 610mm x 305mm, por lo que limita la ejecución de piezas de gran tamaño. Si la dimensión del prototipo supera la superficie de mecanizado, la reflexión sobre el diseño de los ensam­blajes debe ampliarse también a la formación de cada pieza por agregación de elementos.

Las dimensiones de suministro del material no son un problema para aprove­char el máximo de las prestaciones de esta herramienta, porque generalmente son mayores, sin embargo será fundamental para el adecuado aprovechamien­to del formato de trabajo y reducción del material de desecho.

En el caso de la fresadora, sí es más importante ya que su mayor superficie de mecanizado, 1930mm x 950mm, puede estar limitada por la dimensión de sumi­nistro del material. Hay ocasiones en las que se puede encargar el material en un formato no estandarizado, pero esta decisión debe tener en cuenta el proce­so de fabricación, y las características del material, ya que en el caso de que el despiece a medida exija un corte en el origen de producción del material, no implicaría un ahorro, excepto en el caso de que se trate de un material recicla­ble. La eficiencia del diseño debe ser evaluada en el conjunto del proceso desde la elaboración del material y fabricación del prototipo, hasta el desmontaje del prototipo, y devolución de los materiales a la cadena productiva.
Si se trata de vidrio o algunos plásticos, la fabricación a medida no implica desperdicio de material, ya que el 100% del material puede ser reintroducido en el ciclo de fabricación sin perder cualidades. Sin embargo hay otros materiales como la madera cuyos restos son aprovechables, pero con menor calidad, ya que deben ser introducidos en trabajos en los que se pueda reutilizar con su menor dimensión, o convertido en virutas para la fabricación de papel. Esta pérdidad de prestaciones del material supondría un descenso en la cadena de reciclaje (downcycling1).
La fresadora presenta, además de una mayor dimensión de superficie de meca­nizado, una capacidad de movimiento adicional en el eje vertical, hasta una altura de 120mm. Esta herramienta permite, además de cortar en plano hori­zontal, un tallado tridimensional con elevadas posibilidades formales, pero con un reducido rendimiento debido a su consumo de tiempo. Esta opción puede ser explotada con mayor rendimiento por materiales con espesor suficiente, y escasa resistencia como el poliestireno extruido.
La disposición de las piezas a cortar dentro de las dimensiones de la super­ficie de mecanizado, da lugar al despiece de cada panel de corte. Esta tarea es especialmente relevante en la optimización de la mecanización, ya que es determinante en la cantidad de material desechado en la fabricación. Siguiendo el mismo criterio que en la elaboración del material, este despiece será más importante aún si el material de desecho no es completamente reciclable.

Generalmente, la disposición de los elementos sobre el formato del panel se realiza de forma que el acoplamiento entre las piezas sea máximo, y el índice de aprovechamiento del panel sea máximo. Este proceso puede ser arbitra­rio barajando intuitivamente el mayor número posible de posiciones o recurrir a programas informáticos que pueden resolver esta tarea de forma óptima en función de cualquier condición inicial. Herramientas como Grasshopper pueden ordenar todas las piezas de un prototipo en el mínimo número de paneles en pocos segundos respetando los parámetros deseados. Se pueden limitar los giros de las piezas, lo cual es importante cuando se trata de materiales anisó­tropos como la madera, en los que la dirección de la veta natural es relevante en el comportamiento estructural de la pieza. En estos casos se podrían permitir los giros de 180º para aumentar las posibilidades de ordenación, sin influir sobre esa propiedad. También se puede impedir la simetría de las piezas en el caso de que el material presente un haz y un envés diferente (como algunos cartones y contrachapados), para garantizar que las propiedades de cada superficie estén en la cara deseada.
Por otro lado, más allá de la ordenación sistemática de las piezas en los pane­les, el proceso de fabricación puede dar un paso más en el acercamiento entre el diseño y la producción permitiendo cierta influencia del despiece del panel en la forma final de la pieza, es decir, la forma puede estar determinada por la fabri­cación, además de la configuración final deseada. De esta manera se pueden reducir los tiempos de corte y consumo energético, y aumentar la sección puntualmente con material que de otra forma sería desechado.
El diseño no debe ser anterior ni ajeno al conocimiento de los detalles de la producción. La industria contemporánea pone a nuestro alcance prácticamen­te cualquier formalización, y parece especialmente apropiado el análisis y la reflexión sobre estos medios, para introducir las oportunas mejoras en el diseño para optimizar el proceso de fabricación. Más allá de qué queremos hacer, debemos preguntarnos cómo queremos producirlo.