TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO EN CELAYA RIN DE BICICLETA DOCENTE: ANGEL GUERRERO NAVARRETE

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES

INGENIERÍA MECATRÓNICA

INTEGRANTES: NO. DE CONTROL:

MALDONADO DE LA ROSA DIEGO ENRIQUE 18032580

MARTINEZ ULLOA JUAN CARLOS 19030306

MOLINA GUZMÁN CESAR ARMANDO 19030791

NIETO RUIZ FLAVIO CÉSAR 19030347

OZORIO PÉREZ ADAMARI GIOVANA 19030416

CELAYA, GUANAJUATO A 20 DE ABRIL DE 2020.

SEMESTRE ENERO-JUNIO

Índice del Contenido

INTRODUCCIÓN ------1 ABSTRACT ------2 Capítulo I: Marco de referencia ------3 1.2 Objetivos ------4 1.2.2 Específicos ------4 1.3 Antecedentes ------5 1.4 Justificación ------9 1.5 Alcances ------13 1.6 Impacto ------13 Capítulo II: Marco teórico ------15 2.1.1 Buje ------16 2.1.1.1 Bujer estandar o de caperuza y cono ------16 2.1.1.2 Buje de rodamientos sellados ------17 2.1.1.3 Buje de cartucho sellado ajustable ------17 2.1.2 Aro o llanta ------17 2.1.3 Los radios ------19 2.1.4 Ejes ------21 2.2 Tipos de rines de bicicleta ------22 2.2.1.1 Rin 26’’ ------23 2.2.1.2 Rin 28’’ ------25 2.2.2 Ruedas de bicicleta para montaña ------27 2.2.2.2 27 ½ pulgadas / llanta de 584 mm ------28 2.2.2.3 29 pulgadas / llanta de 622 mm ------28 2.3 Materiales de los rines de bicicleta ------29 2.3.1 Acero ------29 2.3.2 Aluminio ------30 2.3.3 Fibra de Carbono ------30 2.4 Propiedades de los materiales de los rines de bicicleta (Físicas, químicas, mecánicas, térmicas, etc) ------30 2.4.2 Aluminio ------32 2.4.3 Fibra de Carbono ------34 2.5 Herramientas utilizadas ------36 2.6. Análisis de fuerzas que actúan sobre una rueda ------37 2.6.2. Fuerzas Dinámicas ------39 2.6.3 Fuerzas laterales ------39 Capítulo III ------41 3.1- Alcances ------41 3.1.1 Asignación del proyecto ------41 3.1.2 Revisión Bibliográfica------41 3.1.3- Investigación de características generales ------41 3.1.4- Elaborar un boceto ------41 3.1.5- Diseño en AutoCAD ------42 3.1.6- Diseño en software 3D ------42 3.2- Trabajo ------43 3.3 Costes ------46 3.4 Calidad ------47 3.5 Riesgos ------49 3.5.1 Riesgos externos ------49 3.5.2 Riesgos internos ------51 Capítulo IV: Variables ------58 4. ANALISIS DE RESULTADOS ------58 4.1 SEGURIDAD ------58 4.2 PROPIEDADES ------58 4.3 FUNCIONABILIDAD ------58 4.4 DURABILIDAD ------59 4.5 COSTO ------59 4.6 MATERIAL DEL PROTOTIPO ------63 Madera: ------64 CAPITULO V ------66 5. Diseño y fabricación de resultados ------66 5.1 Plano del prototipo ------66 5.2 Material del prototipo ------66 5.2.1 MDF ------67 Ventajas de la madera MDF:------68 Desventajas del MDF: ------68 5.3.1 Máquina CNC ------69 5.3.1.2.1 Fresado por barrido ------74 ANEXOS ------88 Conclusión: ------89

Índice de Figuras

Figura 1. Evolución de la rueda...... 5 Figura 2. Bicicletas clásicas...... 9 Figura 3. Fuerzas de aplicación...... 10 Figura 4. Fuerza Angular...... 11 Figura 5. Fuerza giroscópica...... 11 Figura 6. Fuerza Centrífuga...... 12 Figura 7. Anatomía de una rueda de Bicicleta...... 16 Figura 8. Eje a) ...... 20 Figura 9. Eje b) ...... 20 Figura 10. Eje c) ...... 20 Figura 11. Rin 26" ...... 23 Figura 12. Ruega 26", 27.5" y 29"...... 29 Figura 13. Tamaño de rueda...... 29 Figura 14. Diseño en 3D con AutoCAD...... 37 Figura 15. Fuerzas que actuan sobre la rueda...... 38 Figura 16. Diseño de Prototipo en 3D AutoCAD...... 66 Figura 17. CN punto a punto...... 72 Figura 18. CN Pixial...... 73 Figura 19. CN Contorneo...... 73 Figura 20. Fresado por barrido...... 74 Figura 21. Fresado por barrido del Prototipo...... 75 Figura 22. Rueda de bicicleta, Prototipo de madera...... 75 Figura 23. Fresado final de Prototipo...... 75 Figura 24. impresión en 3D...... 77 Figura 25. Proceso de impresión en 3D...... 78 Figura 26. Modo de impresión en 3D...... 79 Figura 27. Método de inyección de plástico en impresión en 3D...... 80 Figura 28. Material de impresión en 3D...... 82 Figura 29. Rueda de bicicleta, Prototipo terminado...... 84 Figura 30. Características de impresión en 3D, grupo CW...... 85 Figura 31. Diseño Rin de bicicleta AutoCAD...... 89 INTRODUCCIÓN

RESUMEN

En base a lo investigado y aprendido en clase, este documento muestra el diseño y funcionamiento de un Rin de Bicicleta, el cual su diseño depende mucho de su uso continuo y la superficie donde se manipula.

El Rin de Bicicleta es una de las partes más importantes de la Bicicleta, o tal vez la más importante, ya que sin ella no existiera el deslizamiento sobre el suelo; por lo tanto, su composición y estructura debe de ser rígida y al mismo tiempo liviana para generar menor resistencia al rodamiento y así poder cumplir el objetivo de deslizamiento sobre el suelo.

Su estructura, como se explica más adelante, está hecha de aleaciones las cuales con el tiempo fueron cambiando para una mayor resistencia, al igual que muchos de sus componentes que la envuelven. Para esto también es necesario el diseño de la estructura que dará mayor soporte a la bicicleta, el cual cambia con el propósito de uso, ya que las condiciones a las que se enfrenta una bicicleta de uso simple de traslado y una bicicleta de montaña son distintas; una bicicleta de montaña no es igual a una de pista, y una rodada pequeña no requiere el mismo diseño que una rodada mayor.

Con esta investigación se pretende dar mayor entendimiento y conocer el uso y diseño de un Rin de Bicicleta, que hasta hoy en día sigue siendo un medio de transporte acostumbrado en todo el mundo, por su sencillez, valor monetario y baja contaminación.

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ABSTRACT

Based on researched and learnt in class, this document shows the design and function of a Bicycle Rim, which its design depends a lot on its usage and the surface it works.

The Bicycle Rim it is one of the most important components of the bicycle, or maybe the most important, because without it, the movement on the surface would not exist; therefore, its composition and structure has to be rigid and at the same time light to generate the least rolling resistance and to be able to accomplish the objective of moving on the surface.

Its structure, as explained further in the document, it's made of alloys which have been changing as the time goes by to get a greater resistance.The same happened with lots of its components that wrap it up. For this reason, the design of the structure is necessary to give more support to the bicycle which changes with its purpose of usage, because, the conditions which a simple bicycle faces are not the same as the conditions a mountain bicycle faces; a mountain bicycle is not the same as a professional bicycle, and a small rim size does not require the same design as a bigger rim size.

The purpose of this research is to understand better and know the use and design of a Bicycle Rim, that, up to this day has been a mean of transport all around the world, for its simplicity, monetary value and low pollution.

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Capítulo I: Marco de referencia

1.1 Problema

El lograr un modelo basado en las vertientes de la geometría, que posea una simetría traslacional y los recursos que ésta provee y que además de eso permita adaptarse a ciertas condiciones que un usuario requiera, es esencial para que un objeto sea catalogado como buen producto y que por ende pueda ser adquirido con mayor demanda.

A partir de lo ya antes mencionado, se elaborará un diseño de un rin de bicicleta que incluya las propiedades ya mencionadas, pero que a su vez, los materiales con el que este sea diseñado amplifiquen las propiedades de este a beneficio de satisfacción del usuario; Sabemos previamente que el uso de este producto es lo que mantiene en estado óptimo, pues es la base de cualquier bicicleta, es donde recae el peso ejercido en la misma y que, por condiciones de la dinámica de Newton es la cual sufre el mayor desgaste debido a las fuerzas de fricción, etcétera, que interaccionan con esta.

Es por eso por lo que, aplicando lo aprendido en la clase de “Ciencia e Ingeniería de Materiales”, buscaremos entre diversos materiales y sus aleaciones, aquellos mejores candidatos que satisfagan lo previamente mencionado, pero con un requisito más y el cual es uno de los que poseen mayor impacto, estamos hablando del precio del producto.

Entre el equipo de trabajo, se ha llegado a la conclusión que todo lo propuesto para el desarrollo de este modelo, requiere un análisis en el que se explique a detalle, desde las partes más sencillas de su desarrollo como lo es lo antecedentes de lo que han sido este tipo de modelos, hasta lo más complejo, que converge en el punto en el cual se toman las medidas del producto (radio, diámetro, ángulos de inclinación y de espacio entre cada una de las piezas que lo conforman, etcétera), el tipo de material a usar y su justificación basada a la química del material, entre otros apartados que se irán desarrollando a lo largo de esta documentación como lo puede ser el producto final y sus planos.

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1.2 Objetivos

1.2.1 General

Identificar, clasificar y llevar a cabo un prototipo que nos permita una mejor comprensión del uso y funcionamiento de el rin de una bicicleta y como las aleaciones y tipos de materiales involucrados en su realización influyen en su correcto funcionamiento, que presente características diferentes o mejoradas de productos que se pueden encontrar en el mercado

1.2.2 Específicos

· Comprender la composición de un material y su impacto en un producto

· Analizar las propiedades del producto y sus cualidades (tamaño, ergonomía, etcétera), así como el precio de este para la toma de decisión en cuanto a la compra de este se refiere.

· Realizar un prototipo en AutoCAD que muestre la visualización del producto que se piensa a llevar a cabo.

· Juntar el conocimiento adquirido en la clase para darle un impacto tanto culturalmente como en la vida diaria.

· Comparar el producto final con el del mercado para así poder establecer las posibles ventajas o desventajas que tiene tanto con competidores directos como los más vendidos.

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1.3 Antecedentes

La rueda es uno de los inventos más famosos y los más útiles desde su utilización desde la edad de piedra hasta en la actualidad como medio de transporte, herramienta de triturado, prensado, giratorio, entre otros.

De acuerdo con la RAE, esta se define como “Conjunto de elementos semejantes entre sí por tener uno o varios caracteres comunes.”

La evidencia más antigua de la que se ha encontrado evidencia al momento de hacer esta investigación era la que usaban los ceramistas en la antigua Mesopotamia por los años 3500 a.C. Así que nuestra ubicua rueda es un invento relativamente reciente. Las primeras ruedas se usaron en una actividad que durante miles de años había sido central en la expresión creativa humana: la cerámica.

Figura 1. Evolución de la rueda.

Primero hubo tornos, que se movían con la mano o los pies de los alfareros.

Unos siglos más tarde, a mediados del III milenio a.C., con los tornos o ruedas de alfareros se empezó a utilizar el principio del volante de inercia, utilizando la energía acumulada en la masa rotante de la pesada rueda de piedra para acelerar el proceso.

La evolución de la rueda pronto evolucionó de acuerdo con cómo el desarrollo intelectual a tal grado de que esta se adaptara a un material que fuese más ligero y que conservara la dureza de esta, de ahí es donde surge la idea del rin.

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Paradójicamente, el siguiente paso en la evolución de la rueda fue el disc one, asemejándose más a los diseños sólidos iniciales. Al igual que con muchas otras cosas en nuestra historia, el cambio se debió a costos más bajos (las ruedas de disco de acero eran más baratas de hacer). El borde podía sacarse de una tira recta de metal, y el disco en sí podría ser estampado de la chapa a través de algunos procesos fáciles. Los dos componentes se soldaban o remachaban, dando como resultado una rueda ligera, rígida, resistente a los daños, fácil de producir en grandes cantidades, y lo que es más importante, con bajos costos de producción.

El rin es una pieza metálica central de la rueda de un vehículo, sobre la que va montado el neumático.

1493. Se cree que Leonardo Da Vinci fue el primero en crear un bosquejo de una bicicleta, él o alguno de sus estudiantes.

1790. El primer arquetipo de bicicleta se le conoce como Celerífero, fue inventada por el francés Sivrac. Este primer modelo poseía la forma de un animal (un caballo, león u otro cuadrúpedo) y estaba elaborado en madera, la manera en que funcionaba este instrumento era por medio del impulso que ejercía el usuario con las piernas y los pies. El Celerífero solo marchaba en línea recta ya que estaba compuesto por dos ruedas lineales es decir una al frente de la otra que se unían a través de una viga. Este tipo de bicicleta no permitía girar manualmente, si no que debía hacerse con la inclinación del cuerpo.

1799. Los franceses M. Blanchard y M. Masurier construyeron un vehículo cuya descripción apareció en el Journal de París de 1799 con el nombre de vélocipèdes o pies ligeros. Blanchard y Masurier, mecánico y físico respectivamente, se habían servido de las ideas que un siglo antes tuvo Jacques Ozanam, ilustre matemático a quien su médico recomendó construir lo que se llamó en su tiempo la carroza mecánica, un triciclo cuyas ruedas traseras se accionaba mediante un berbiquí que giraba como un molinillo.

1817. En 1817, unos 120 años después de la publicación del tratado de Jaques Ozanam, es cuando el barón alemán de Karlsruhe, Drais von Saverbronn, ingeniero

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 6 agrónomo forestal (1785-1851), después de varios intentos fallidos de vehículos de cuatro ruedas, cambia completamente la filosofía de estos diseños y se pone a trabajar en una idea que a la postre será determinante para la historia de la bicicleta. La idea era mejorar el rendimiento de la zancada humana con la participación de la rueda que conseguía, por un lado alargar el recorrido del impulso y por otro ofrecer un cómodo punto de apoyo del corredor entre el intervalo de cada zancada. La concepción simétrica del artefacto para que se adaptara a la ergonomía del corredor y al ciclo del movimiento de impulso alternativo con ruedas de 70 cm de diámetro, que es la altura sobre el suelo del corredor sentado.

1839. Al Velocípedo en 1839 se le incorporó las palancas de conducción, estas palancas fueron las promotoras que dieron origen a lo que actualmente se le conoce como manubrio. Otro elemento que se le añadió al Velocípedo fueron los pedales, estos se encontraban fijos delante del ciclista e iban conectados por medio de una barra que terminaban fijos en la rueda trasera. El objetivo de la implementación de los pedales era impulsar de manera más eficiente el dispositivo evitando impulsarlo con los pies sobre el piso. Así que para su funcionamiento se debía de empujar el pedal alternadamente de arriba hacia abajo que incluía ruedas de madera con borde de hierro, una rueda orientable en la parte delantera y una rueda más grande en la parte trasera que estaba conectada a los pedales a través de bielas. Dichos elementos fueron realizados por el escocés Kirkpatrick Macmillan. A esta máquina se le nombró el Velocípedo de Macmillan.

1861.Pierre Michaux fue un herrero y constructor de carrozas francés y es uno de los principales desarrolladores de la bicicleta con pedales. Junto con su hijo Ernest, son los inventores de la bicicleta moderna en 1861, con llantas de radios de madera y cubiertas de hierro.

1870. A pesar de que la primera patente de un vehículo con una gran rueda de radios de alambre se registró en Francia, el desarrollo industrial del biciclo tuvo su máximo desarrollo en Gran Bretaña, donde recibió los nombres de penny-farthing (haciendo alusión a dos tipos de monedas, una mucho más grande que la otra), high wheel (rueda alta), high wheeler (rodador alto) y ordinary (ordinaria, por ser entonces el tipo más común). Fue la primera máquina en ser llamada "bicicleta". En

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Coventry, James Starley agregó la rueda de radios tangentes y un estribo para facilitar la subida a su famoso biciclo denominado "Ariel". Considerado como el padre de la industria ciclista británica, introdujo en sus modelos rodamientos de bolas, neumáticos duraderos y marcos de acero de sección hueca, que se convirtieron en un estándar, reduciendo el peso y haciendo que la marcha fuera mucho más suave.

1874. Lawson diseñó varios tipos de bicicleta en los años 1870. Su trabajo es descrito como el "primer diseño auténtico de bicicleta de seguridad que empleaba la tracción por cadena a la rueda trasera tal como se emplea hoy en día", y ha sido considerado junto con John Kemp Starley como el coinventor de la bicicleta moderna.

1975. En Estados Unidos se mejora el diseño, creando así las bicicletas de montaña y todo terreno, mejorando la suspensión en el cuadro y mayor control de rebote en las ruedas.

1992. Se crea el pedaleo asistido por un motor para mayor rapidez, E.E.U.U.

2018. Ya se tiene una gran gama de bicicletas, y es necesario mayor soporte y ligereza, para ello se elaboran bicicletas de Fibra de Carbono y uniones de Titanio.

Hoy en día las llantas metálicas de bicicletas son normalmente de aleación de aluminio, aunque hasta la década de 1980 la mayoría de las llantas de bicicleta - con la excepción de las utilizadas en las bicicletas de carreras - estaban hechos de acero termoplástico, y fue históricamente hechas de madera

Recordemos que la aleación de aluminio se caracteriza porque nos permite manipular las propiedades mecánicas de los metales, para ser más específicos, el tipo de aleación que se utiliza es la de aluminio-magnesio, esto para el tipo de bicicleta más común, pues cabe resaltar que el tipo de aleación dependerá directamente del tipo de bicicleta que se desea fabricar.

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Figura 2. Bicicletas clásicas.

1.4 Justificación

Como hemos podido ver, a través de los siglos, los seres humanos han tratado de mejorar la forma en que el rin de bicicleta se adapta a esta, a pesar de que es una de las piezas que usualmente se toma muy en cuenta al momento de escoger una bicicleta, este juega un papel importante pues es la base del soporte de la bicicleta, en términos más teóricos, se mostrarán las fuerzas que interactúan en torno a este:

• La fuerza de la gravedad: El peso del ciclista y de la bicicleta es una fuerza que ejerce la Tierra sobre ambos y que actúan verticalmente y hacia abajo produciendo una acción sobre el suelo. P = mg, donde m es la masa en kg y g es la intensidad de la gravedad, aproximadamente 9.807 Newton/kg. Esto indica que será necesario que el material con el que se elabore con material resistente y que no se deforme. • Las fuerzas de reacción: El suelo recibe el peso de todo el sistema y a la vez ejerce fuerzas de reacción sobre las dos ruedas de la bicicleta verticalmente y hacia arriba que equilibran al peso. R1+R2 = P. Para ello es necesario que el peso del rin sea lo más ligero posible, esto para que presente una mejor agilidad en la misma. • La fuerza de rozamiento y la fuerza impulsora: La rueda trasera, al girar en

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sentido horario empuja al suelo hacia atrás mediante el rozamiento. La reacción del suelo es la que impulsa a la bicicleta hacia adelante. Como cuando remamos en una barca. Esto requerirá que el rin renga un coeficiente de fricción lo más optimizado, para que permita un buen rodamiento y que a su vez sea bueno al momento de un frenado inesperado. • Fuerzas de rozamiento del aire y de los rodamientos: El rozamiento de la rueda con el suelo ayuda a avanzar. A la vez el contacto entre dos objetos en movimiento relativo produce un rozamiento que actúa en contra del movimiento. Para un ciclista la fuerza de rozamiento de mayor importancia que debe evitar es el rozamiento con el aire. Esto requiere que el rin se adapte a la viscosidad que presenta el aire, esto para que se evite el frenado o cueste más trabajo avanzar.

Figura 3. Fuerzas de aplicación.

Momento Angular: Nos permite mantener el equilibrio mientras se está rodando. Aparecen cuando sobre un objeto que gira se realiza una fuerza externa. Las ruedas, al girar, poseen un momento angular L, que es un vector cuyo módulo es el producto del momento de inercia de la ruda respecto de su centro I, por la velocidad angular de filtro w. La dirección del momento angular es perpendicular al plano de la rueda.

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Figura 4. Fuerza Angular.

Fuerzas giroscópicas: facilitan la labor a la hora de tomar una curva. Al aplicar una fuerza externa a un cuerpo que gira, aparece un momento T:

L permanece constante si no existe un momento externo. El cambio del momento angular tiene la dirección del momento de la fuerza externa. Esta ley hace que el vector L vaya siempre buscando el vector t. Es el llamado movimiento giroscópico (como cuando gira una peonza):

Figura 5. Fuerza giroscópica.

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Aquí es importante denotar que esto varía con respecto a la longitud del rin, es por ello que se necesite una cierta longitud para poder optimizar el giro y movimiento sobre el piso.

· Fuerza centrífuga: Al realizar un giro, debemos inclinar la bicicleta en el sentido del giro, si no queremos que la fuerza centrífuga nos tumbe al lado contrario del giro. Para evitar que nos caigamos, se requiere de un rin que estuviese ovalado, evitando que la fuerza centrífuga nos derribe.

Figura 6. Fuerza Centrífuga.

Si hablamos de leyes físicas existen algunas de ellas que intervienen directamente en el funcionamiento del uso en los rines:

1) Segunda Ley de Newton o Principio Fundamental de la Dinámica: Para una misma fuerza, la aceleración será mayor cuanto menor sea la masa del tándem bicicleta-ciclista. De aquí la búsqueda de materiales ligeros y la disminución del peso de los ciclistas y la importancia de buscar materiales más resistentes.

2) Tercera Ley de Newton o Principio de Acción-Reacción: Al pedalear, la fuerza

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 12 llega a la rueda trasera, que a su vez ejerce sobre el suelo una fuerza de acción. La reacción del suelo es devolver una fuerza sobre la rueda trasera, de igual dirección, pero de sentido opuesto. Es decir, siempre hacia delante, la fricción será mayor cuando mayor sea el peso de la persona, de ahí que es importante un material adecuado a cada tipo de persona.

1.5 Alcances

· Dar a conocer los beneficios que tiene el adaptar un rin usando un material lo suficientemente capaz de cumplir las características específicas del producto.

· Promover el uso de este producto, es decir, que se tome este equipo de manera a prototipo para futuras innovaciones.

· Motivar a más personas a que tengan y hagan uso de la bicicleta, esto para reducir la contaminación.

· Desarrollar planos que muestren las características físicas del mismo

· Aportar un conocimiento general a la población acerca de los temas de como los materiales mejoran la vida cotidiana generando un interés en las mismas.

1.6 Impacto

Se espera que al término de esta investigación se pueda tener una mayor comprensión de que tan importante es realizar productos que sean innovadores, que sean ergonómicos y económicos, a su vez se espera cultivar en el conocimiento de las personas que interaccionen con el documento, así como también tener ese conocimiento basado en áreas del conocimiento del porqué funcionan dando modelos matemáticos y físicos que proveen información de cómo es su funcionamiento.

También se espera que las personas quienes realizaron la investigación apliquen

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 13 los conocimientos adquiridos en la materia que, junto a las habilidades que se poseen al haber cursado o cursando materias que complementen a la misma, es decir, una sinergia entre las mismas para llevar a cabo exitosamente esta actividad.

Por otra parte, también se espera que la investigación logre a tener un gran impacto en la comunidad estudiantil del Tecnológico de Celaya, mostrando que sus estudiantes poseen las habilidades necesarias para llevar a cabo investigaciones previas además de poder desarrollar productos que puedan tener un impacto en la industria.

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Capítulo II: Marco teórico

2.1 El rin de bicicleta

Puede calificarse como el componente más importante de la bicicleta, y es además sobre el que van montadas las cubiertas.

La calidad de las ruedas de nuestra bicicleta implica en gran medida referirse directamente a su rigidez. A menor tamaño de aro, más rigidez y por tanto más resistencia a la torsión, pero debido a la existencia de tres tamaños de aro fundamentales: 26", 27,5" y 29" (o 700 para carretera) y la ventaja de los tamaños más grandes en confort de marcha y ganancia en aceleración resulta ser una variable no discutible porque es decisión del usuario el llevar un diámetro u otro.

Está demostrado que las masas de rotación son las que más energía consumen al acelerar, y es por ello que cuanto menos pesen nuestras ruedas, menos nos va a costar acelerar nuestra bici. Son el elemento que generan una mayor resistencia a la rodadura después del ciclista, pero las ruedas ligeras solo tienen sentido combinadas con unas cubiertas ligeras, ya que en caso contrario se desperdician sus ventajas.

Las ruedas más pesadas son más sólidas y en su mayoría más rígidas y resistentes aportando seguridad sobre todo en bajadas. Cuanto más ancha es la garganta del aro o llanta, sobre la que va instalada la cubierta, mayor será su volumen y permitirá una conducción más agradable aumentando también su manejabilidad en el caso de bicicletas de descenso ya que permite el montaje de cubiertas de mayor balón.

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Figura 7. Anatomía de una rueda de Bicicleta.

2.1.1 Buje

Es el componente sobre el que van montados los radios y en el que van alojados los rodamientos. Además de los trinquetes y sobre el buje trasero, tambien va montado el núcleo para el acople del cassette de piñones.

Lo normal es que esté fabricado en aluminio (mtb y carretera), aunque existen de titanio y de carbono menos resistentes pero más ligeros destinados casi exclusivamente a bicicletas de carretera.

El buje se encuentra en el centro de las ruedas y, gracias a un sistema de rodamientos interno, permite que éstas giren libres mientras están fijas al cuadro.

2.1.1.1 Bujer estandar o de caperuza y cono

Se ajusta manualmente y suele llevar entre (rodamientos) internos alojados entre el cono y las pistas que permiten que rueden. Si se aprietan mucho las tuercas al armarlo la rueda no rueda.

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2.1.1.2 Buje de rodamientos sellados

No permite ningún tipo de ajuste manual, ni acceso a los rodamientos que están muy protegidos de los agentes externos (aire, polvo, agua, humedad, etc..).

2.1.1.3 Buje de cartucho sellado ajustable

Como su nombre lo indica, es similar al anterior pero permite el ajuste manual.

2.1.2 Aro o llanta

El aro es una sección de un perfil barrida en un círculo, que finalmente forma un aro como su propio nombre indica, donde están alojados los radios y la cubierta o tubular, y donde entran en contacto las zapatas de freno. Este componente recibe todas las fuerzas del suelo, y las aceleraciones y desaceleraciones. Podríamos decir que esta parte determina la tipología de la rueda.

Pueden ser de distintos diámetros desde 12" hasta 29" (o 700 mm.) pero los más usuales para bicicletas mtb y carretera son de 26", 27,5"(650b) y 29"(700c).

Actualmente se fabrican de doble pared y cerradas en su interior "escondiendo" los agujeros para los radios para evitar rozamientos internos con las cámaras, aparte de que sean fabricadas específicas para montar cubiertas tubeless (UST) o no.

Normalmente son de aluminio, aluminio-fibra de carbono y fibra de carbono:

Aluminio: Están fabricados enteramente en aluminio y son la opción ideal para alguien que se inicia, tanto por su precio contenido como por la ligereza y capacidad de frenada. Tenemos una gran variedad de modelos donde elegir, adaptándose a cualquier bolsillo.

Aluminio-fibra de carbono: En este caso el cuerpo de la llanta es de aluminio, incluida la pista de frenado, y se añade un perfil en fibra de carbono para hacerlas más aerodinámicas, tienen buena frenada pero son algo más pesadas que las de

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 17 aluminio solamente. Lógicamente son más usuales para bicicletas de carretera.

Fibra de carbono: Por lo general se fabrican enteramente en fibra de carbono y son las más ligeras que podemos encontrar (aparte de las más caras). En las bicicletas de carretera, la pista de frenado es de carbono por lo que las zapatas de freno son específicas para este material. Tanto en mojado como en seco tienen peor frenada que las de aluminio.

Se diferencian principalmente por su perfil, su peso y su inercia. Según el tipo de aro podemos encontrar 4 tipos de aro.

Aro escalador (Perfil bajo -30mm ) Este tipo de perfil aporta rigidez, ligereza y comodidad en las ruedas sobre todo para los aficionados. Son muy eficientes en terrenos montañosos por generar menos inercias, son más maniobrable en condiciones de viento lateral pero en el llano al no ser muy aerodinámicas perdemos algo de eficiencia.

Aro de media montaña (Perfil 30-60 mm) : Este perfil permite una mayor aerodinámica e inercia, pero aumenta su peso. Es ideal para terrenos con partes llanas y de montaña, es un aro muy polivalente.

Aro aerodinámico (Perfil mayor a 60 mm) : Son ruedas muy aerodinámicas en el llano pero hay que saber llevarlas cuando hay viento lateral. Con una garganta de entre 23-25mm. Se usa para pruebas de contrarreloj y no están permitidos en pruebas de ruta. Son más aptas para contrarrelojes y triatlones que para un cicloturista aficionado.

Aro lenticular : Este aro está completamente tapado, es decir, no existen radios, de manera que es una rueda mucho más aerodinámica pero también más pesada.

En esto del ciclismo la estética es un factor muy importante y es indudable que unas ruedas de perfil medio hacen lucir mucho más una bici que unas de perfil bajo. La decisión está pues en los gustos y el bolsillo de cada uno ya que el precio de unas y otras es diferente.

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El ancho de las llantas también es variable según el fabricante de las mismas y el uso para el que van destinadas. Así pues las anchuras de la garganta de las llantas más usuales van desde los 14 hasta 18 mm en las de carretera a los 19 hasta 26 mm en las de montaña.

Además del material del aro, se debe tener en cuenta el factor de la doble pared. Se trata de refuerzos que pueden venir directamente con el rin o que se adhieren al aro para darle seguridad e integridad a la pieza. La doble pared mantiene la forma natural del aro frente a las irregularidades del terreno, ya que el peso y la energía no descansan directamente en el rin si no en la doble pared que lo recubre.

2.1.3 Los radios

Conforman el "cuerpo" de la rueda. Estas "varillas" se montan tensadas entre el buje y el aro en el que van roscados mediante unas cabecillas para su posterior ajuste y dan forma y rigidez al conjunto.

Los fabricantes de ruedas normalmente utilizan radios de acero inoxidable de gran calidad o de titanio por su mayor resistencia a la torsión. Aunque también algunos fabricantes en menor medida los montan en aluminio.

Hace ya unos años atrás aparecieron en el mercado unos radios de carbono que provocaron cierto asombro inicial. Pero la inhumana paciencia que requirió trabajar con ellos y la enorme dificultad que generaban en el centrado hizo que rápidamente fueron dejados de lado.

Por lo general el número de radios que consolidan el aro está entre 24 y 36 dependiendo de la sofisticación de la rueda por la tendencia a hacerlas más ligeras (menos radios) pero siempre hay que tener en cuenta que cuantos más radios, más rígida y resistente será la rueda.

En la actualidad los radios de uso más frecuente son los de 1.8 y 2.0 mm. y pueden ser de espesor uniforme (más baratos y robustos), espesor variable (los

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 19 más utilizados en bicicletas ya de cierta calidad) o de forma aerodinámica.

Los radios pueden ser de cualquier forma y sección pero habitualmente son redondos, ovales o elípticos, e incluso ciertos fabricantes han usado perfiles NACA (como sección del radio). Tienen una dimensión característica, que es la longitud del mismo, y las dos dimensiones que definen su sección transversal son bastante reducidas. El largo de los radios suele oscilar entre 15 y 30 cm, según la longitud del aro. La longitud máxima de alguna de sus dimensiones transversales no suele superar el centímetro de longitud. Figura 8. Eje a)

A continuación se detallan los tipos de radiado :

Radiado recto: Este radiado sólo se usa para ruedas delanteras. Es muy sencillo de fabricar y funciona perfectamente si el aro está bien construido. Algunas marcas como Shimano desaconsejan este tipo de radiado porque producen grandes tensiones en las alas del buje, pudiendo provocar la rotura de bujes de débil construcción. Al estar calcadas las cabezas de los radios por la parte externa del buje se crea mayor espacio entre la horquilla y el buje, además de añadir un “toque” estético más agradable. Figura 9. Eje b)

Radiado Recto (Exterior): Este radiado casi igual que el anterior, con la diferencia que las cabecillas de los radios pasan por el interior del buje. Este tipo de radiado es más efectivo en cuanto la rigidez lateral, uno de los puntos más importantes del radiado. Figura 10. Eje c)

Radiado a dos cruces: Es muy común en las ruedas de carretera. Cada pareja de radios está separada por dos orificios del ala del buje. Esto influye en una menor

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 20 longitud de radio y menor peso.

Radiado a dos cruces/radial (rueda trasera): Consiste en colocar un radiado recto en el lado izquierdo de la rueda, y un radiado de dos cruces en la parte derecha donde irá anclado el casete.

Hay muchos más tipos de radiados pero no son tan utilizados en carretera, simplemente porque aumentan el peso.

2.1.4 Ejes Componente que une y fija las ruedas a la bicicleta. Van fijados al cuadro o a la puntera de la horquilla y hace que la conexión entre las ruedas y la bicicleta sea más sólida que la de un husillo de cierre rápido y una ranura abierta.

Conviene saber que hay diferentes medidas de eje de rueda:

De 9mm.: Es el más convencional entre todas las ruedas. Lo normal es que incluya la función de cierre rápido para desmontar la rueda fácil y rápidamente, que por ello es conocido cómo "QR" (Quick Release) su rigidez es reducida respecto a lo que se utiliza hoy en día, sobre todo en bicicletas de mtb.

De 10mm.: Es el menos convencional pero algunas marcas lo utilizan para aumentar la rigidez.

De 12mm.: Es el más utilizado, el clásico eje de rueda trasera en la mayoría de bicicletas de 27,5",29" y de all mountain trail y enduro. Proporciona gran rigidez y al tren trasero. Puede tener diferentes tamaños de anchura, 135 mm. o 142 mm. dependiendo del ancho del cuadro de la bicicleta.

De 15 mm.: Montado en la mayoría de las horquillas de calidad en bicicletas de 29" y 27,5" Es el futuro de los ejes pasantes en horquillas de suspensión ya que dotan de una altísima rigidez la tren delantero. en bicicletas de 29" es un estándar obligatorio debido al mayor tamaño de la rueda para así aumentar la fortaleza del

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 21 conjunto.

De 20mm.: Eje pasante destinado esencialmente a las horquillas de suspensión de descenso. Su gran tamaño es adecuado para soportar grandes impactos y proporciona gran rigidez lateral.

2.2 Tipos de rines de bicicleta 2.2.1 Sistema tradicional de tamaño Los tradicionales sistemas de tamaño se basan en una medición del diámetro exterior de un neumático. Esto por lo general se mide en pulgadas (26", 28", etc) o en milímetros (650, 700, etc.)

Desafortunadamente, la evolución de los neumáticos y las llantas ha hecho estas mediciones perder contacto con la realidad. Así es como funciona: Vamos a empezar con el tamaño de 26 x 2,125 (ISO 54-559) que se hicieron popular en bicicletas pesadas con neumáticos «balón» a finales de los años 30's y sigue siendo común en las bicicletas playeras. Este neumático de tamaño está muy cerca de 26 pulgadas de diámetro real. Algunos ciclistas, sin embargo no estaban satisfechos con estos neumáticos, y querían algo un poco más ligero y más rápido. La industria respondió haciendo neumáticos «medianos», marcados 26 x 1,75 para ajustarse a la misma llanta. A pesar de que todavía se llaman «26 pulgadas», estos neumáticos son en realidad 25.5" no 26".

No obstante, un neumático 26 x 2 (ISO 50-559) mide ~ 26 pulgadas de diámetro, o sea; 559 mm (22 pulgadas) diámetro de la llanta + (102mm) (4 pulgadas) del neumático a lo largo de la circunferencia = 26 pulgadas. Este mismo tamaño de llanta fue adoptada por los primeros pioneros con sus «clunkers» de la costa oeste de California y se convirtió en el estándar para bicicletas de montaña.

Debido al apetito del mercado, se puede conseguir neumáticos tan estrechos como de 25mm para adaptarse a estas llantas, por lo que terminan con una rueda de 26 pulgadas que en realidad es de 24 pulgadas de diámetro. En este caso cabe destacar también que neumáticos medianos y finos de un mismo diámetro total están disponibles en tamaños europeos, para el mediano

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 22 correspondría el 26 x 1½" (ISO 40-584), que se encuentra en resurgimiento de popularidad y para el angosto 26 x 1⅜", (ISO 35-590), aunque en ambos casos la disponibilidad de llantas y neumáticos es limitada pero estable.

La ventaja de mantener un mismo diámetro es impedir alterar la geometría y el comportamiento de la bicicleta, así como la reducción de la altura del eje pedalier con respecto al suelo que hace más riesgoso pedalear en las curvas con el descenso del eje pedalier entre otros parámetros.

2.2.1.1 Rin 26’’

La rueda comúnmente conocida como de 26 pulgadas (ISO-559 mm) con denominación de ancho decimal de neumático, (ejem. 26 x 2.00, 26 x 2.125 ...) tiene el tamaño utilizado en bicicletas de montaña y playeras.

Figura 11. Rin 26"

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 23

Tabla 1. Tipo y aplicación de rueda 26".

Código Tamaño ISO Aplicación francés

26 × 1¼ 650 597 Bicicletas inglesas deportivas y de club /

Mm Schwinns 26

× 1 ⅜ (S-6) / Disponible actualmente en algunas

regiones de Asia Pacífico y Estados Unidos

26 × 1⅜ 650A 590 La mayoría de bicicletas inglesas de 3

Mm velocidades / Bicicletas económicas /

Manteniéndose en popularidad

26 × 1½ 650B 584 Bicicletas clásicas francesas

Mm (domésticas, randonneurs y

tándems) / Creciendo en popularidad Las 26 × 2;

ISO 50-584 en adelante, como un controvertido

término de marketing para neumáticos anchos

para bicicletas de montaña, son conocidas como

27,5 pulgadas por su diámetro mayor de la rueda.

26 × 1¾ 650C 571 Bicicletas de reparto inglesas / Schwinns 26 × 1

Mm ¾ (S-7) / Disponible actualmente en algunas

regiones Actualmente ISO 28-571, el tamaño es el

mismo, son más estrechas y el diámetro de la

rueda es menor, se construyen para el triatlón,

contrarreloj y bicicletas de carretera de adulto

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 24

pequeñas

2.2.1.2 Rin 28’’

Tradicionalmente hay de hecho 4 diferentes tamaños de ruedas de 28 pulgadas, que coinciden con 4 diferentes familias de tamaños de neumáticos 700, estos son

700, 700A, 700B y 700C. Las llantas más grandes de éstos (ISO 647mm/642mm) con los neumáticos más estrechos ya no están disponibles.

Tabla 2. Tipo y aplicación de rueda 28".

Tamaño Código (en ISO Aplicación francés fracción)

28 × 1¼ 700 647mm Bicicletas inglesas y neerlandesas

antiguas / Bicicletas de pista antiguas

28 × 1⅜ 700A 642mm La mayoría de bicicletas inglesas

deportivas antiguas, casi extinta,

disponible actualmente en las regiones

de Asia Pacífico y el Medio Oriente.

Denominación actual ISO 37-642

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 25

28 × 1½ 700B 635mm Bicicletas tipo roadster de

procedencia inglesa, holandesa, china e

india con frenos de varilla o tambor /

Bicicletas clásicas tipo Path Racer de

procedencia inglesa. Denominación

actual ISO 40-635, manteniéndose en

popularidad

28 × 1¾ 700C 622mm ISO 47-622 (también 28 × 1.75),

Bicicletas

28 × 1⅝ alemanas y norte europeas.

28 × 1¼

28 × 1⅛ ISO 44-622 hasta ISO 32-622 (28 ×

1⅝ hasta

28 × ¾ 28 × 1¼), tamaño tradicional para

bicicletas

28 × urbanas.

1,9/2,35

ISO 28-622 hasta ISO 18-622 (28 ×

1⅛ hasta

28 × ¾), para bicicleta de carreras,

ruedas

estrechas y el diámetro de la rueda es

menor

de 28 pulgadas.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 26

Las ISO 50-622 (28 × 1,9) hasta ISO

59-622

(28 × 2,35), como un término de

marketing

para neumáticos anchos para

bicicletas de

montaña, son conocidos como 29

pulgadas

por su diámetro mayor de la rueda.

2.2.2 Ruedas de bicicleta para montaña

2.2.2.1 26 pulgadas / llanta de 559 mm

Las ruedas de la bici de montaña de 26 pulgadas son el tamaño más común

para bicicletas de montaña.

Esta tradición se inició inicialmente debido a que los pioneros de la bici de montaña a principios adquieren las ruedas de sus primeras bicicletas de bicicletas fabricadas en Estados Unidos en lugar de los estándares europeos en uso.

Sus antecedentes fueron las ruedas con neumáticos de dos pulgadas tipo

«balón» tamaño 26 × 2.125" a finales de los años '30, y que siguen siendo común en las bicicletas playeras, este mismo tamaño de la llanta (559 mm) fue adoptada por los primeros pioneros de la costa oeste, «clunkers», y se convirtió en el estándar para bicicletas de montaña.3

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 27

La típica llanta de 26 pulgadas tiene un diámetro de ISO-559 mm (22,0") y un diámetro de neumático exterior de aproximadamente 26" (665 mm).

2.2.2.2 27 ½ pulgadas / llanta de 584 mm

Un nuevo tamaño de ruedas para la bici de montaña son las de 27,5 pulgadas

(o también conocidas como 650B,39), que utilizan una llanta que tiene un diámetro de ISO-584 mm (23,0") y con neumáticos nudosos (de tacos) de mayor volumen

(~ 27,5 x 2,3 / ISO 58-584), son aproximadamente el punto medio entre el los estándares de 29 pulgadas (ISO-622 mm) y las tradicionales de 26 pulgadas

(ISO-559 mm)

2.2.2.3 29 pulgadas / llanta de 622 mm

Las ruedas de 29 pulgadas, que se ajustan al estándar de rueda de las populares 700C (diámetro ISO-622 mm), son cada vez más populares, no sólo para las bicicletas de ciclocross, sino también a las bicicletas de montaña a campo traviesa. Su diámetro de la llanta de 622 mm es idéntica a la mayoría de las ruedas de carretera, híbridas, y las de cicloturismo, aunque por lo general son reforzadas para mayor durabilidad en conducción fuera de la carretera (off-road).

El neumático promedio de bicicleta de montaña de 29 pulgadas tiene un diámetro exterior de aproximadamente 28,5" (724 mm).

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 28

Figura 12. Ruega 26", 27.5" y 29".

Figura 13. Tamaño de rueda.

2.3 Materiales de los rines de bicicleta

La mayor variación que han tenidos los rines de bicicleta a lo largo de los años, se encuentra en los materiales con los que son fabricados.

2.3.1 Acero

El acero es el material más popular, debido a su precio, pero solamente es frecuente en las bicicletas urbanas y domésticas, que no están expuestas a

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 29 terrenos agrestes y se utilizan para hacer recorridos cortos y planos. Es decir, aquellas que todos utilizamos por primera vez, para aprender a montar. Los rines de acero son los más pesados del mercado y, debido al carácter rígido de su consistencia, no absorben golpes y tienden a deformarse con gran facilidad. También se oxidan rápidamente

2.3.2 Aluminio

El material más utilizado para los aficionados es, en cambio, el aluminio. Esto rines pesan menos que los de acero y, debido a su maleabilidad de este metal, absorben mejor los golpes. Además, su capacidad de frenado es mayor, ya que los rines de aluminio tienen guías o pistas de freno, lo que a la larga los vuelva más efectivos

2.3.3 Fibra de Carbono

Pero los mejores en cuanto peso, tecnología y eficacia son los de carbono. Sin embargo, es aconsejable conocer más acerca de las especificaciones de estos componentes a la hora de comprarlos. Y con esto nos referimos a lo que la industria llama EL FACTOR K. Se trata de un índice para evidenciar el número de filamentos utilizado en cada tira de metal que se enlazada para formar el rin. Por ejemplo los de 1k tienen 1.000; los 2k, 2.000 y así sucesivamente. Un número mayor indica que el rin va a tener más resistencia. Eso sí su gran ventaja es, definitivamente el peso, pues un rin de carbono alcanzará, como máximo, los 600 gramos.

Las piezas fabricadas con este material compuesto suelen ser menos pesadas, más reactivas y absorben con mayor facilidad las vibraciones del terreno. Es el material del ciclismo de competición utilizado por excelencia. La fibra de carbono empezó a utilizarse en el ciclismo en la década de los 90’s, en las grandes vueltas como el tour.

2.4 Propiedades de los materiales de los rines de bicicleta (Físicas, químicas, mecánicas, térmicas, etc)

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 30

2.4.1 Acero

Las propiedades del acero más importantes son la conformabilidad y durabilidad, resistencia a la tracción y su buena resistencia a la fluencia, buena conductividad térmica, y, para los aceros inoxidables, la resistencia a la corrosión.

Las propiedades mecánicas del acero pueden ser cuidadosamente controladas a través de la selección de una composición, de los productos químicos, el procesamiento y el tratamiento térmico, que conducen a su micro estructura final. Las aleaciones y el tratamiento térmico utilizado en la producción de acero en el resultado de diferentes valores de las propiedades y los puntos fuertes y las pruebas deben ser realizadas para determinar las propiedades finales de un acero y para garantizar el cumplimiento de las normas respectivas. Propiedades mecánicas: Se refiere a la resistencia, la ductilidad y la dureza y estos a su vez, dependen enormemente del tipo de aleación y composición del propio acero. Plasticidad: Es la capacidad que tiene el acero de conservar su forma después de ser sometido a un esfuerzo. Los aceros que son aleados con pequeños porcentajes de carbón, son más plásticos.

Fragilidad: Se refiere a la facilidad con la que el acero puede ser roto al ser sometido a un esfuerzo. Cuando el acero es aleado, con un porcentaje alto de carbón, tiende a ser más frágil. Maleabilidad: Es la propiedad que tiene el acero para ser laminado. De esta manera, algunas aleaciones de acero inoxidable tienden a ser más maleables que otras.

Dureza: Es la resistencia que opone un metal ante agentes abrasivos. Mientras más carbón se adiciones a una aleación de acero, más duro será. Para verificar el grado de dureza generalmente se utilizan las pruebas en unidades Brinel (HB) ó unidades Rockwel C (HRC). Tenacidad: Es el concepto que denota la capacidad que tiene el acero de resistir la aplicación de una fuerza externa sin romperse. En el caso del acero con

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 31 una concentración mediana de carbón, la tenacidad tiende a ser más alta. Propiedades físicas: corresponden a la densidad, conductividad eléctrica y térmica no varían mayormente de una aleación a otra. Cuerpo: Incluyen lo relacionado al peso, volumen, masa y densidad del acero. Térmicas: Son tres aspectos fundamentales del acero: su capacidad para conducir la temperatura (conducción), su potencial para transferir calor (convección), y su capacidad de emanar rayos infrarrojos en el medio (radiación). Eléctricas: Se refiere a la capacidad que tiene el acero para conducir la corriente eléctrica.

Ópticas: En el caso del acero denotan su capacidad de reflejar la luz o emitir brillo. Ejemplo de ello es con la aleación requerida para lograr el acero inoxidable, cuanto mayor es su porcentaje de aluminio, mejor será la propiedad óptica.

Magnéticas: Es su capacidad para ser inducido o para inducir a un campo electromagnético. Mientras más alto es el porcentaje de hierro en la aleación del acero, mayor será su capacidad de actuar como un imán.

Las propiedades físicas del acero están relacionados con la física de la materia, tales como densidad, conductividad térmica, módulo de elasticidad, relación Poison, etc. Algunos valores típicos de las propiedades físicas del acero son:

Densidad ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3], módulo de elasticidad E =190÷210 [GPa] Relación de Poisson v = 0.27 ÷ 0.30 Conductividad térmica α = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK] Expansión térmica a = 9 ÷27 [10-6 / K].

2.4.2 Aluminio

El aluminio es un elemento metálico representado en la tabla periódica con el símbolo ‘Al’ y el tercer elemento más común de la corteza de nuestro planeta: un 8% de la misma contiene aluminio en diversos compuestos. y es hoy en día el metal más empleado por la humanidad, junto con el hierro.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 32

El aluminio es un metal no ferromagnético y sumamente liviano (posee una bajísima densidad), lo cual lo hace ideal para numerosas aplicaciones industriales, como la fabricación de envases (latas) o de paneles. Su punto de fusión es muy bajo (660 °C) y es blando y maleable.

El aluminio es un metal plateado con una densidad de 2.70 g/cm3 a 20ºC (1.56 oz/in3 a 68ºF). El que existe en la naturaleza consta de un solo isótopo, 2713 Al. El aluminio cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras, con lados de longitud de 4.0495 angstroms. (0.40495 nanómetros). El aluminio se conoce por su alta conductividad eléctrica y térmica, lo mismo que por su gran reflectividad.

Su aplicación en la construcción representa el mercado más grande de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de desagüe. El aluminio es también uno de los productos más importantes en la construcción industrial. El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y militares están hechos casi en su totalidad de aluminio. En los automóviles, el aluminio aparece en interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines), acondicionadores de aire, transmisiones automáticas y algunos radiadores, bloques de motor y paneles de carrocería. Se encuentra también en carrocerías, transporte rápido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones, contenedores de carga y señales de carretera, división de carriles y alumbrado. En la industria aeroespacial, el aluminio también se encuentra en motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a menudo cerca de 80% del peso del avión es de aluminio. La industria de empaques para alimentos es un mercado en crecimiento rápido.

En las aplicaciones eléctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos principales. Se encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio, herramientas, aparatos portátiles, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esquíes y raquetas de tenis.

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Punto de fusión 933.47 K

Punto de ebullición 2792 K

Calor de fusión 10.79 kJ/mol

Presión de vapor 2,42 × 10-6Pa a 577 K

Volumen molar 10,00×10-6m3/mol

Electronegatividad 1,61

Calor específico 900 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 37,7 × 106S/m

Conductividad térmica 237 W/(K·m)

2.4.3 Fibra de Carbono

Fibra de Carbono (FC) es un material formado por fibras de 50-10 micras de diámetro, compuesto principalmente de átomos de carbono. Los átomos de carbono están unidos entre sí en cristales que son más o menos alineados en paralelo al eje longitudinal de la fibra. La alineación de cristal da a la fibra de alta resistencia en función del volumen (lo hace fuerte para su tamaño). Varios miles de fibras de carbono están trenzados para formar un hilo, que puede ser utilizado por sí mismo o tejido en una tela.

Las propiedades de las fibras de carbono, tales como una alta flexibilidad, alta resistencia, bajo peso, tolerancia a altas temperaturas y baja expansión térmica, las hacen muy populares en la industria aeroespacial, ingeniería civil, aplicaciones militares, deportes de motor junto con muchos otros deportes.

Dependiendo del precursor para hacer la fibra, la fibra de carbono puede ser turbostrática o grafítica, o tienen una estructura híbrida con las partes presentes tanto en grafíticas y turbostráticas. En fibra de carbono turbostráticas las láminas de átomos de carbono se apilan al azar o en forma irregular. Las fibras de carbono derivadas del poliacrilonitrilo (PAN) son turbostráticas, mientras que las fibras de

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 34 carbono derivadas de la brea de mesofase son grafíticas después del tratamiento térmico a temperaturas superiores a 2.200°C. Las fibras de carbono turbostráticas tienden a tener alta resistencia a la tracción, mientras que un tratamiento térmico en la brea de mesofase derivada en fibras de carbono con un alto módulo de Young (es decir, baja elasticidad) y alta conductividad térmica.

Este compuesto o composite presenta una serie de características que lo hace único:

● Alta resistencia mecánica, aunque conserva un módulo de elasticidad también elevado. ● Es conductor de la electricidad. ● Tiene una baja conductividad térmica. Lo que se resume en gran capacidad como aislante térmico. ● Baja densidad en comparación con otros materiales similares o que se utilizan para aplicaciones similares, como el acero. Ésta es de 1.750 kg/m3. ● Buena tolerancia a diversos agentes externos. ● Resistencia a variaciones de temperatura, conservando su forma de manera adecuada. Lo que se conoce como baja expansión térmica. ● Alta flexibilidad. ● Precio algo elevado en su producción. Aunque se va abaratando con el paso de los años. Esto es debido a que es un proceso de mucha duración (puede llegar a ser de meses) y que se realiza a muy altas temperaturas. ● Es un componente duradero y tiene un diseño y aspecto elegante.

Debido a sus singulares propiedades, este material se desarrolló inicialmente para la industria espacial, pasando de ahí a, principalmente, la industria del transporte aeronáutico y de automoción. Por su puesto, también es muy utilizada en el deporte de alta competición, donde se requieren buenas características mecánicas aunadas con la ligereza del compuesto. Hoy en día, ha pasado a utilizarse en ciertos productos de consumo regular.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 35

Densidad de la fibra de carbono: comparativa con el acero y el aluminio

es su baja densidad una de las características de la fibra de carbono que más capacidad de uso le da, en comparación con otros materiales. Y es que imagínate que puedes tener un material similar al acero pero que pesa como el plástico o, incluso menos. Pues lo lógico es pensar es que es ideal para barcos, aviones, naves y otros elementos para los que el peso resulta un impedimento.

La fibra isotrópica (que tiene comportamiento homogéneo en todas sus direcciones y es la adecuada para hacer mediciones de densidad veraces) se trata, normalmente, de un tipo de fibra de 12 a 18 micras de diámetro con un módulo elástico muy bajo: en concreto, 40 gigapascales. Y la densidad va desde los 1,6 g/cm3 a los 1,75 g/m3.

2.5 Herramientas utilizadas

2.5.1 Autocad 2019

AutoCAD es un software de diseño asistido por ordenador utilizado para dibujo 2D y modelado 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk. El nombre AutoCAD surge como creación de la compañía Autodesk, dónde Auto hace referencia a la empresa y CAD a diseño asistido por computadora (por sus siglas en inglés Computer Assisted Design), teniendo su primera aparición en 1982.1 AutoCAD es un software reconocido a nivel internacional por sus amplias capacidades de edición, que hacen posible el dibujo digital de planos de edificios o la recreación de imágenes en 3D; es uno de los programas más usados por arquitectos, ingenieros, diseñadores industriales y otros.

Además de acceder a comandos desde la solicitud de comando y las interfaces de menús, AutoCAD proporciona interfaces de programación de aplicaciones

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 36

(API) que se pueden utilizar para determinar los dibujos y las bases de datos.

Las interfaces de programación que admite AutoCAD son ActiveX Automation, VBA (Visual Basic® for Applications), AutoLISP, Visual LISP , ObjectARX y .NET. El tipo de interfaz que se utilice dependerá de las necesidades de la aplicación y de la experiencia en programación de cada usuario.

En 1997 Autodesk sacó a la venta AutoCAD LT, una versión más económica y menos versátil.

Actualmente AutoCAD cumple muchas funciones en unión con otros complementos llamados extensiones, que permiten una experiencia más amplia a los usuarios.

Figura 14. Diseño en 3D con AutoCAD.

2.6. Análisis de fuerzas que actúan sobre una rueda

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 37

Figura 15. Fuerzas que actuan sobre la rueda.

2.6.1. Fuerzas Estáticas Son las fuerzas de pretensión de los componentes de la rueda, como los radios o la misma presión del neumático.

Tensión del radiado : Los radios se deben tensionar para que no sean capaces de flotar ante una fuerza de compresión (por el peso, un golpe, un salto, etc). Hay 3 zonas sensibles a soportar dichas fuerzas: La primera de ellas es el radio. La tensión que adquiere cada radio, si es metálico, está comprendida entre los 500 y 2500 Newtons . Por lo tanto, a parte del propio radio, se deberán tener en cuenta las otras 2 zonas sensibles, que son las zonas de unión del radio con el buje y el aro. Estas zonas son un punto de rotura bastante habitual.

Inflado de la rueda: Existirá una fuerza de compresión ejercida por todo el neumático (pudiendo ser tubular o cubierta) sobre el aro, que afecta al radiado. En la referencia (Barndt, J. 2006), se afirma que en un tubular o cubierta a una presión de 8.6 bares, el aro percibe una fuerza de 300 N. En comparación con la tensión de los radios, esta tensión es mucho menor en el caso del tubular, aunque sin llegar a ser despreciable.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 38

2.6.2. Fuerzas Dinámicas

Las fuerzas dinámicas son causadas por frenar, pedalear, por el movimiento de giro de la rueda y por esprintar o pedalear de pie sobre la bicicleta. No se ha citado la fuerza gravitatoria causada por la masa del ciclista, debido a que está incluido en el movimiento de la rueda.

Fuerzas Radiales: Las fuerzas radiales son debidas en gran medida al peso del ciclista y del momento de frenado. Esta fuerza cobra vital importancia con la cantidad de ciclos que se realicen. En este apartado influyen mucho el tipo y la cantidad de radios. En este caso es necesario aplicar una fuerza muy elevada, del orden de 150- 200 kg para deformar la rueda 1 solo milímetro (Brand, J. 2006).

2.6.3 Fuerzas laterales

Fuerzas esprintando: Cuando un ciclista se encuentra sentado en la bicicleta pedaleando, las ruedas van perpendiculares al suelo. Ahora bien, cuando el ciclista se levanta y comienza a pedalear, comúnmente conocido como esprintar; se puede apreciar como las ruedas dejan de estar verticales (vista de frente) y esto es debido a una fuerza lateral, ejercida por el hecho de que el peso del ciclista va cambiando de un lado a otro (ver figura 18). La distancia entre la llanta y las zapatas de freno oscila entre 2mm y 1 cm. Por lo tanto, si las ruedas no son muy rígidas puede que la llanta roce con las zapatas haciendo que la bicicleta se frene.

Fuerzas girando: La magnitud de la fuerza resultante es similar a la fuerza esprintando. Cuando hay que realizar un cambio de dirección es necesario inclinar la bicicleta y con ello las ruedas. Esta inclinación hace que aparezca una fuerza de reacción sobre el buje, debido a la fuerza que existe por el rozamiento con el suelo, en el componente tangencial al movimiento. Esta fuerza, al no estar compensada como en la de frenado, genera un momento, que tiende a doblar la rueda

lateralmente. Esta fuerza dependerá de la velocidad a la que se realice el giro y la inclinación de la bicicleta.

Capitulo Metodologia

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 39

Hemos optado por amplificar y ofrecer una información más variada de lo que ha sido el proyecto, enfocándonos en las 5 variables para el diseño (Seguridad, Propiedades, Funcionalidad, Durabilidad y Costo), usamos uno de los métodos más nuevos para realizar una metodología la cual se denomina Cadena Crítica, CCPM (Critical Chain Project Management) la cual es un método de gestión de proyectos que se basa en el análisis aplicado a la etapa de planificación. A diferencia de otras técnicas empleadas en la administración de proyectos, como Gantt o Pert / CPM, que llevan utilizándose desde antes de la década de los sesenta, esta metodología, la de la cadena crítica, es relativamente joven.

Cabe señalar que ha sido necesario modificar el método para fines que, si bien no son muy esenciales, si muestran información como lo es el motivo y asignación del proyecto y como este se fue desarrollando de acuerdo con las habilidades que cada persona que integra el equipo y su habilidad para llevar a cabo una tarea específica.

Como dato cultural es necesario que se diga que fue Eliyahu M. Goldratt quien publicó en 1997 su obra más conocida, "Critical chain", donde se expone en qué consiste este método, basado en la teoría de las limitaciones. Su conocimiento en la materia le permitió desarrollar los algoritmos necesarios para garantizar proyectos finalizados en la mitad de tiempo y con una economía de, en ocasiones, un 50% menos de recursos utilizados.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 40

Capítulo III

3.1- Alcances

3.1.1 Asignación del proyecto

Se llevó a cabo una división de equipos de acuerdo con el número que designa una lista de asistencia, una vez creados los equipos se nombró el proyecto que cada uno debería llevar a cabo, siendo el nuestro equipo el número 5 quien le tocó el modelado de un rin de bicicleta.

3.1.2 Revisión Bibliográfica

Al momento de saber que activad tocaba realizar, fue necesario que realizáramos investigaciones en fuentes confiables como lo fueron: Tesis para ver si ya habían proyectos parecidos que nos sirvieran como bases para sentar el propio, Diccionario de la lengua española para otorgar definiciones que fuesen lo más exactas posibles, libros como Ciencia e Ingeniería de los materiales de Askeland y Callister para buscar propiedades de los materiales y sus comportamiento ante ciertos ambientes o usos y cómo estos afectan al mismo, también fue necesario de libros de física como Física Universitaria de Sears Zemansky, para poder describir las interacciones que se someterá el prototipo y de esa forma poder ofrecer un prototipo que mejor se adapte a las condiciones físicas.

3.1.3- Investigación de características generales

Una vez analizado toda la información pertinente para poder realizarlo y enfocándonos enteramente en las 5 variables del diseño empezamos a cuestionarnos sobre el impacto que este podía generar y cómo podíamos llegar a elaborarlo de la forma más ideal y versátil posible.

3.1.4- Elaborar un boceto

Después de lo mencionado fue necesario que se elaborara un boceto que

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 41 mostrará las características más primordiales con las que debía contar, para después y de una manera más formal se llevará a su realización por un dibujo por software mediante AutoCAD en donde se especificaba todas las características que este incluiría y con una precisión lo suficientemente necesaria para que después se ejecutará en un programa que sería encargado de desarrollarse mediante la impresión 3D.

3.1.5- Diseño en AutoCAD

AutoCAD es un software de diseño asistido por computadora utilizado para dibujo 2D y modelado 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk. El nombre AutoCAD surge como creación de la compañía Autodesk, dónde Auto hace referencia a la empresa y CAD a diseño asistido por computadora (por sus siglas en inglés Computer Assisted Design), teniendo su primera aparición en 1982.1 AutoCAD es un software reconocido a nivel internacional por sus amplias capacidades de edición, que hacen posible el dibujo digital de planos de edificios o la recreación de imágenes en 3D; es uno de los programas más usados por arquitectos, ingenieros, diseñadores industriales y otros.

Con ayuda del software de AutoCAD y algunos comandos que son: Línea, Círculo, Extrusión entre otros que también se mencionan más a fondo dentro de este documento, se obtuvo un resultado que nos parecía bastante aceptable y cuyo plano también se encuentra dentro de la misma investigación.

3.1.6- Diseño en software 3D

SolidWorks es un software CAD (diseño asistido por computadora) para modelado mecánico en 2D y 3D, desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una filial de (Surense, Francia), para el sistema operativo de Microsoft Windows. Su primera versión fue lanzada al mercado en 1995 con el propósito de hacer la tecnología CAD más accesible.

El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 42 programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El proceso consiste en traspasar la idea mental del diseñador al sistema CAD, "construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.

3.2- Trabajo

La siguiente tabla muestra una aproximación al tiempo real que se necesitó para realizar las partes más importantes tanto de la propia investigación, el uso de software adicional y del desarrollo del prototipo.

Tabla 3. Tabla de actividades para la elaboración del prototipo.

Actividad Realizada Tiempo Estimado

1-Investigación sobre los datos 18 horas

teóricos del prototipo

2-Realización de un boceto 1 hora

representativo del prototipo

3-Realización de un modelo en el 3 horas

software AutoCAD

4-Realización de planos 4 horas

para el modelo usado

en la impresión 3D

5-Redacción del documento oficial 114 horas

a presentar

6-Correcciones gramaticales del 1 hora

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 43 documento

7-Tiempo de fabricación del 3 horas prototipo

8-Tiempo de entrega después de la 5 horas fabricación del producto

9-Tiempo total trabajado 149 horas

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 44

1. Investigación sobre los datos teóricos del prototipo:

Hace referencia a la investigación elaborada previo a la elaboración del documento y desarrollo del prototipo.

2. Realización de un boceto representativo del prototipo:

Hace referencia a la ilustración del prototipo de forma informal y priorizando los datos principales del mismo.

3. Realización de un modelo en el software AutoCAD:

Hace referencia al diseño formal con medidas exactas y las proporciones adecuadas incluyendo todas las características del prototipo.

4. Realización de planos para el modelo usado en la impresión 3D:

Hace referencia al diseño usado para su posterior impresión, el cual, muestra el resultado final del prototipo.

5. Redacción del documento oficial a presentar:

Hace referencia al documento que justifica la investigación y desarrollo del prototipo.

6. Correcciones gramaticales del documento

Hace referencia a la corrección presentada al documento para que la información sea más coherente y precisa.

7. Tiempo de fabricación del prototipo.

Hace referencia al tiempo de elaboración física del prototipo.

8. Tiempo de entrega después de la fabricación del producto:

Hace referencia al tiempo tomado para que se entregará el prototipo al equipo.

9. Tiempo total trabajado

Hace referencia al tiempo total que tomó todo el trabajo en general, es decir, el tiempo necesario para la elaboración del proyecto.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 45

3.3 Costes

La sección de costes está limitada única y exclusivamente por los gastos de efectivo en la realización del proyecto, para esto es necesario que se explique como fue el desarrollo de este.

El equipo en general, tomamos la decisión de realizarlo por medio de la impresión 3D, pero debido a que ninguno de los integrantes posee una, fue necesario buscar el lugar más apto de acuerdo con las necesidades del equipo y las posibilidades del establecimiento.

La comunicación fue de forma en línea, donde se nos mencionó paso a paso cómo sería sometido a distintos procesos, los cuales tienen un precio distinto y se mencionan en la siguiente tabla justo con una explicación de cada uno de los pasos

Es de vital importancia saber que el precio varía con respecto al tiempo de elaboración del producto que lógicamente tendrá que ver con el tamaño del prototipo y la eficiencia de la máquina.

Tabla 4. Costos del prototipo real.

Rin fresado de MDF* $120

Impresión de la estrella sujetador $60

del rin**

Diámetro de 15 cm

Precio total $180

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 46

*Fresado en MDF

Al ser el MDF de una densidad mayor a la del resto de las maderas comúnmente utilizadas en carpintería, se recomienda el uso de herramientas de alta calidad con cortantes de widia. De esta manera obtendremos un excelente acabado y prolongamos la vida útil de los filos.

Es infinito el espectro de diseños de bordes que podemos alcanzar mediante el trabajo en MDF. Para evitar roturas, es preferible no usar bordes demasiado agudos.

**Impresión de la estrella sujetador del rin

La impresión 3D, también llamado manufactura por adición (inglés), es un conjunto de procesos que producen objetos a través de la adición de material en capas que corresponden a las sucesivas secciones transversales de un modelo 3D. Los plásticos y las aleaciones de metal son los materiales más usados para impresión 3D.

3.4 Calidad

Es muy importante tener un proyecto concluido, pero lo más importante es tener un control de calidad que avale unos estándares mínimos para ser considerado bueno. El prototipo, de forma muy general y su realización tiene unas características específicas que no permiten evaluar la calidad de la materia prima con la que fue realizado.

-MDF: los tableros de MDF presentan maleabilidad, lo que permite la formación de curvas. En el proceso de fabricación, ambos se prensan a alta temperatura, alrededor de 200 °C

-Impresión de la estrella: para ello se usó un material de poliuretano termoplástico es una de las variedades existentes dentro de los poliuretanos. Es un polímero elastomérico lineal y, por ello, termoplástico. No requiere vulcanización para su procesado, pero en el año 2008 se introdujo un novedoso proceso para articularlo. Este elastómero puede ser conformado por los procesos habituales para

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 47 termoplásticos, como modelo por inyección, extrusión soplado. Como elastómero termoplástico en base uretano se abrevia TPE-U, pero se designa comúnmente como TPU (en inglés de Thermoplastic Polyurethane).

El poliuretano termoplástico se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión, al oxígeno, al ozono y a las bajas temperaturas. Esta combinación de propiedades hace del poliuretano termoplástico un plástico de ingeniería; por esta razón, se utiliza en aplicaciones especiales.

Las características mencionadas anteriormente muestran las características de la materia prima, pero no significa que el producto final sea el más idóneo, sino que el material lo es.

Para poder asegurarnos que el producto final sea bueno, debemos fijarnos que la máquina que lo maquila, este en buenas condiciones, es decir, se encuentre calibrada y que los materiales que la componen estén en buenas condiciones, esto fue difícil dado que la máquina no pertenecía a nosotros, así que directamente no podríamos ver que tan segura era, así que se hizo de una manera indirecta y con el producto final, midiendo los lados de las piezas y comparándolas con las teóricas, después establecer un margen de error y llegar a una conclusión.

Se muestra algunas fórmulas en las cuales se calcula los datos más relevantes del prototipo y su porcentaje hasta un valor ideal:

El valor obtenido del diámetro del rin fue de 14.723 cm cuya medida fue calculada con un vernier analógico, se comparó con el valor que se quería obtener (15 cm) obteniendo un valor aproximado de 98%, el cual es muy aceptable para el prototipo.

El valor obtenido del diámetro de la estrella real fue de 4.642 cm cuya medida fue calculada con un vernier analógico, se comparó con el valor que se quería obtener (5 cm) obteniendo un valor aproximado de 92%, el cual es aceptable para el prototipo.

Se nota que hay un decremento, esto es debido que, a menor diámetro, mayor porcentaje de error presenta la máquina, lo que es usual con máquinas impresoras,

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 48 pero aun es un factor favorable.

En la siguiente sección se mostrarán los riesgos que pueden suponerse o no, al administrar el servicio de calidad idóneo y así poder tener un control de posibles acciones que se podrían llevar a cabo para solventarlas.

3.5 Riesgos

De acuerdo con la DRAE, el riesgo se define como cada una de las contingencias que pueden ser objeto de un contrato de seguro. Como es natural, toda acción que se realiza día a día puede presentar algunos riesgos, aunque estos sean mínimos, en este caso en particular, nos referimos a los riesgos externos (que podrían afectar la elaboración del proyecto) e internos (los que dependen del prototipo).

Los tipos de riesgo se evalúan para tomar decisiones y así saber como se pueden prevenir o eliminar en caso de que sucedan, a continuación, se muestran las dos secciones (riesgos externos e internos) con su debida justificación.

3.5.1 Riesgos externos

Los riesgos externos que presenta el prototipo que podrían afectar la elaboración del prototipo, como es lógico, estos riesgos se mitigaron pues ya se tendrá realizado al momento de su lectura, sin embargo, es necesario que se conozcan, pues sirven de evidencia de la propia elaboración, así como de la manera en la que se pueden desarrollar nuevas formas para poder desarrollarlo de forma exitosa.

Los riesgos son:

1- Falta de administración de tiempo:

En este apartado se hace saber que no administrar el tiempo de una forma adecuada puede retribuir en la realización de un proyecto que carece de coherencia, credibilidad y, por lo tanto, generan un proyecto que es poco novedoso y no posee muy poco o nada de motivación por parte del equipo. Otra consecuencia sería, como ya se mencionó, la no realización del proyecto, esto traería consecuencias muy

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 49 negativas al equipo, pues representaría, además de una baja en las calificaciones, un conocimiento incierto acerca de lo aprendido dentro de la materia Ciencia e Ingeniería de los Materiales.

Para asegurarnos que esto no pasara, realizamos una bitácora de actividades (misma que se mostrará más adelante), la cual tiene un rendimiento teórico y real de las actividades llevadas día a día, de esa forma, podríamos responsabilizarnos por realizar las actividades de una forma más cómoda; como resultado de esto, pudimos completar la actividad a tiempo y en buena forma.

2- Confinamiento y manejo de la actividad de forma remota:

Existen razones que son ajenas al equipo y a la propia materia que pueden llegar a perjudicar de manera indirecta las actividades de realización del proyecto, la que más pueden resaltar fueron un confinamiento, que imposibilitaba la comunicación presencial entre los propios integrantes, lo cual hacía que la comunicación fuese más tardada y por diferentes medios, esto, si no se controlaba podía generar que la actividad no estuviese ordenada, o que por motivos como la conexión a internet se perdiera comunicación con los compañeros del equipo, o de otra manera particular y más personal, la cual serían las consecuencias psicológicas que generan un confinamiento como lo es el estrés y algunos problemas emocionales, etcétera, los cuales generarían un impacto negativo,

Para poder contrarrestar esta situación fue necesaria llegar a un acuerdo entre el equipo, el cual consistía en varios factores, los cuales son:

1- Saber si todos tenían acceso a internet, lo cual, en el equipo, todos poseemos esta herramienta, lo cual fue beneficioso para mantenernos en contacto en caso de cualquier consecuencia que podría suceder.

2- Establecer un medio y modelo para llevar a cabo el proyecto y la actividad, una vez teniendo el medio correcto de comunicación, lo siguiente fue dar un formato al proyecto, el cual se podría editar desde la nube, lo que facilitaba que todo se encontrara organizado en un documento, mismo que a su finalización y edición, se subió a una plataforma virtual para su futura revisión.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 50

3.5.2 Riesgos internos

Los riesgos internos que presenta el prototipo y que podrían afectar la elaboración de este, como es lógico, se tuvieron que mitigar pues ya se tendrá realizado al momento de su lectura y la evidencia de este, sin embargo, es necesario que se conozcan, pues sirven de evidencia de la propia elaboración, así como de la manera en la que se pueden desarrollar nuevas formas para poder desarrollarlo de forma exitosa.

Hay que mencionar que estos riesgos internos están enteramente relacionados con la fabricación de este, es decir, que el diseño se pueda adaptar a una condición real, además de ello, de que tan buenos son con las características que se plantearon al inicio, se puede relacionar con el apartado de Calidad (3.4), donde se manejan datos más cuantificables como son las medidas y el tipo de material con el que se llevó a cabo

Los riesgos son:

1- Error de diseño:

Es uno de los errores más comunes dentro de muchos proyectos, pues no se consideran las variables mínimas necesarias para tener un proyecto funcional, esto puede ser debido a que no se hizo un análisis previo de la situación en la que se encuentra el proyecto, análisis físicos y químicos como las propiedades de los materiales, o inclusive un error más esencial como lo podría ser un error en las medidas del prototipo.

Para poder prevenir este riesgo es sumamente necesario que se tenga en cuenta un modelo pre visualizado, es decir, mirar proyectos diferentes y ver sus medidas y su justificación de esta, eso como punto de partida para poder considerar el propio adaptándola a las necesidades propias, una vez tomado dichas decisiones, fue necesario llevarlo a la vista mediante un boceto y después, de una manera más formal, por computadora. Después de esto, quedaría rectificar el plano para verificar

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 51 que todo esté de acuerdo con lo planeado y así poder realizarlo en un modelo en 3D, el cual sería necesario para la fabricación final y lo que nos lleva al siguiente punto de riesgo.

2- Error de impresión.

Es muy común que las máquinas impresoras no estén calibradas, tal y como se menciona en el apartado de Calidad (3.4), esto es muy contraproducente en cuestión de dinero y efectivo, pues se pierde ambos de ellos, otra cuestión que es muy común con la anterior pero basada en otra perspectiva, es que los materiales con lo que están diseñado la impresora, no es del todo bueno, especialmente en las esquinas pues es muy general que se genere “rebaba”, aunque eliminarla es un proceso bastante sencillo, al final de cuentas consume bastante tiempo para dejarlas en buen estado, además de ello, puede que al limpiar la rebaba pueda presentar una fractura y por ende, se necesite elaborar de nuevo.

Aunque se calibre la máquina y tenga una mejor eficacia, podría mejorar el corte del diseño, pero desafortunadamente, la rebaba permanece en casi todos los casos al ser el tipo de material que se trabaja un polímero, siempre la generara, pero existen formas de retirarla de manera en que no dañe el material, es un método que requiere bastante tiempo pero en cambio ofrece una mayor seguridad al retirar el material que denominamos como sobrante.

Hay ocasiones en las que las rebabas se producen por una fluidez excesiva del polímero. Esto propicia que el material fluya fácilmente a través de cualquier cavidad disponible. La fluidez del material está influenciada por su viscosidad. La viscosidad es una propiedad del material, definida como su resistencia a fluir. Esta propiedad varía principalmente en función de la temperatura. Conforme la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye, y a su vez aumenta la fluidez. Es por esto por lo que una alta temperatura del material facilita la aparición de rebabas.

Las rebabas también se producen por defectos en el sistema del molde. Esto quiere decir que hay zonas donde el cierre del molde no es perfecto. Estos defectos pueden ser: una desalineación entre las placas, un contacto imperfecto entre ellas,

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 52 o la aparición de alguna deformación durante el proceso. Al no haber un contacto perfecto entre las placas se presentan espacios donde puede introducirse el fluido. El polímero puede fluir a través de cualquiera de estos espacios no deseados. Cuando se solidifique, se habrá producido una rebaba.

Si se utiliza una fuerza de sujeción demasiado débil también se pueden presentar rebabas en el producto. Esto significa que no se podrán sostener las placas del molde apropiadamente y el polímero podrá fluir entre ellas. La inyección de plásticos suele realizarse con altas presiones de inyección. La fuerza de sujeción entre las placas es lo que evita que el polímero logre salir del molde. Cuando la fuerza de sujeción es baja, el polímero puede introducirse en lugares no deseados. Si esto sucede, se presentarán rebabas en el producto final.

Algunas otras razones por las que se pueden presentar rebabas en la inyección de plásticos son: hendiduras en el molde, presencia de contaminantes o por obstrucciones en el sistema de evacuación de aire

Las siguientes formas explican cómo reducir o eliminar las rebabas del material: Respecto al molde: -Preparar las placas del molde para un contacto perfecto, completamente alineado y sin huecos.

-Hay que asegurar que el molde no se deforme durante el proceso. Agregar soportes o aumentar el grosor de las placas donde sea necesario aumentar la resistencia.

Respecto a la máquina de inyección:

-Asegurar un sellado perfecto entre la máquina y el molde.

-Verificar que la máquina se encuentre nivelada.

-Aumentar la fuerza de sujeción. Respecto al proceso: -Reducir la temperatura de la boquilla.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 53

-Reducir la presión de inyección.

-Reducir el tiempo de inyección.

-Reducir la cantidad de material inyectado para evitar un sobrellenado.

-Reducir la presión de mantenimiento. 3-Error en el corte del MDF Las máquinas cortadoras láser de hoy en día son poderosas herramientas CNC, haciendo que las personas quienes operan la maquinaria tengan una carga un trabajo digitalizado para posteriormente mandar a cortar para que de esa forma la máquina se encargue de todo el resto, mientras este descansa. Esto es muy bueno algunas veces, pero existen algunas ocasiones en que el sonido que proviene de la máquina cambia ligeramente y el encargado de operar la máquina entra en estado de pánico, pudiendo ser por no saber a qué se debe ese nuevo sonido y si ese mismo afectará el desarrollo final del producto a realizar. Al igual que con otras herramientas eléctricas, las máquinas láser hacen muy bien su trabajo, pero necesitan personas capacitadas que les puedan brindar una óptima atención y además puedan brindar el apoyo completo de un operador. El operador, por consecuencia debería tener que manejar todas las otras cosas que suceden antes, durante y después del trabajo. No es demasiado difícil de obtener resultados adecuados, pero para obtener verdaderos trabajos profesionales y repetibles, se requiere mucho trabajo, experiencia y una atención al detalle. Es por ello por lo que el operador debe de ser una persona altamente calificada.

Algunos de los errores más comunes y cómo podemos evitarlos son los que se muestran a continuación:

-Colocación errónea del equipo para realizar la pieza:

Suele ser común el mal cálculo para anticipar el tamaño, el peso y la incomodidad general del movimiento y la instalación del equipo. No todos tienen grandes almacenes, naves de producción abiertas, o elevadores de carga con la que trabajar. Máquinas de escritorio pequeñas están muy bien, no generan problema alguno, pero

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 54 las unidades más grandes serán demasiado pesadas para mover solo, y no pueden pasar a través de puertas o alrededor de esquinas, en un hueco de la escalera

-Planificación y presupuesto

La ausencia de una planificación (y presupuesto) para las necesidades prolongadas de la cortadora láser, es otro tema para tener en cuenta. Una máquina láser requiere no sólo el poder eléctrico, sino también un escape de humo (residuos al cortar) y refrigeración. Para el escape puede ser o bien un ventilador y conductos, o un sistema de extracción de extractor / filtro. En términos generales, es una buena práctica mantener cualquier tubo de escape tan cortos como sea posible y con el menor número de curvas. Si el tubo de láser es un sistema de refrigeración, el agua destilada que circula a través del tubo necesita estar cerca también. Para este caso en específico no se depende tanto del operador sino de las condiciones del lugar en el que se está trabajando por ello es necesario que se administre energía a la máquina.

Instalar el equipo en un lugar donde el ruido y el olor no sean un problema. El extractor de aire, la cortadora láser, y el sistema de enfriamiento no hacen ruidos tan fuertes como las sierras de mesa, pero sigue siendo ruido y un trabajo con láser puede funcionar durante un tiempo prolongado - sobre todo cuando se trata de grabado. Si hay personas en las inmediaciones, puede ser que se opongan al ruido.

Además, incluso con la filtración y escape adecuado es probable que haya por lo menos algunos olores de corte por láser, que pueden llegar de la quema de madera o la fusión de plástico, esto es en función del material. Esto hará que los productos que se ensamblen en el lugar puedan no tener una calidad óptima pues el operador es susceptible al ambiente en el cual se está trabajando, provocando algunas distracciones y por consiguiente que no preste atención a los detalles necesarios a la hora de realizar el prototipo

-Fallas antes de realizar el prototipo

Razones tan técnicas como el no tener un compresor de aire es una mala decisión. El soplado de aire comprimido en el área de corte por láser ayuda a prevenir los brotes y mantiene las cosas limpias dirigiendo material vaporizado hacia abajo y lejos

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 55 de la superficie de corte, al igual que de las lentes y espejos que posee la máquina, haciendo que la pieza y el operador se mantengan seguros. El no contar con un auxiliar de aire puede dar lugar a cortes erróneos en el prototipo por carecer de una visión óptima y grabados más sucios al no limpiarlos a tiempo cuando se genera la rebaba, y en cuestiones de salud del operador puede que aumenta el riesgo de ataques de asma al no usar las protecciones de salud como mascarillas, etcétera.

-No saber usar el software

Desconocer el software o desconocer las herramientas a utilizar dentro del mismo son un problema fundamental. En casi todos los softwares de asistencia por computadora (CAD) suelen tener algunas peculiaridades sobre qué es lo que se necesita o no para la importación o exportación de los datos requeridos y que no presente problemas al ejecutarlos, esto dado cuando se trata de dibujos, incluso con formatos estandarizados por el mismo software de asistencia. Es sumamente molesto y cotidiano cuando se descubre que hay una interfaz propietaria y resulta que las exportaciones de un programa CAD favorito no son compatibles con la fiabilidad, o sea que se necesita reemplazar el controlador de la máquina que se acaba de instalar. Para evitar lo anterior necesario se necesita aprender a usar al menos los comandos necesarios para llevar a cabo el proyecto y saber cómo actuar en caso de que se ejecute un problema por algún error que pueda presentar el software, a su vez, poseer las licencias necesarias para poder ejecutarlo lo más óptimamente posible y de una manera más confiable.

-Fallas durante la puesta a prueba del prototipo

El incumplimiento por dejar la máquina sin vigilancia puede incluso generar el riesgo de fuego pues este nunca es cero y mucho menos si de descuida, incluso en trabajos que se han ejecutado anteriormente y sin problemas. Es prioridad del trabajo con máquinas láser que el operador esté atento al funcionamiento del equipo. Estos fallos no pueden ser predichos y ocurren con poca o ninguna advertencia. Los inconvenientes de hardware, tales como el mal funcionamiento del motor paso a paso o la ruptura de la correa pueden provocar riesgo de incendio. No importa lo aburrido que sea el proceso, un operador debe estar vigilando le correcto

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 56 funcionamiento siempre. Es por ello por lo que debemos tener mucho cuidado al elaborar el material en cuestión.

Falta de prueba para una muestra. Es necesario conseguir un óptimo ajuste en los parámetros de potencia y velocidad. Incluso si la potencia del láser y la velocidad son técnicamente correctas para el material, solamente una prueba revelará qué se necesita para eliminar totalmente los defectos cosméticos como abrasador o la pieza en movimiento durante el trabajo.

-Fallas descubiertas luego del trabajo No tomar en cuenta los efectos secundarios: Algunos materiales pueden tener efectos secundarios. El trabajo va bien, pero una inspección más cercana revela algo indeseable, inherentes al proceso o al material utilizado: Plásticos muy delgados pueden deformarse por el calor del láser. Líneas estrechas se doblan por el calor, y las piezas pueden obtener un ligero " tazón " de modo que en las esquinas se levantan. Recoger el plástico dejándolo durante un par de horas con el calor suave justo por debajo del punto de reblandecimiento del material a veces ayuda.

Algunos tipos de plástico terminan con los bordes mal definidos, donde se produjo el corte. Una toallita con alcohol mineral puede ayudar a limpiar eso.

Al cortar madera con láser suele haber oler como a una fogata. El olor se disipará durante varios días si se deja algún lugar al aire libre (de preferencia a la luz del sol) Para acelerar el proceso, he tenido resultados prometedores de envolver pequeños trozos recién cortados en un paquete de papel de aluminio y poner el paquete en calor suave (100 -120F) durante un par de horas.

Cuando se practica el grabado o corte de un plástico blanco o de color claro es fácil contaminar la superficie recién cortada o grabado con casi cualquier cosa, como las partículas de otros grabados, o incluso una huella digital ensucia. El fregar no ayuda mucho, pero se obtienen buenos resultados con limpieza por ultrasonidos para esos momentos cuando más importa.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 57

Capítulo IV: Variables

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 SEGURIDAD

La seguridad es el factor principal para buscar dentro de la elaboración de un producto, ya que, de él depende que el producto quede totalmente útil, sin riesgo de daño o daños a terceros. Esta medida es por mucho la mas importante de todas, de ella depende desde su elección de materiales hasta su producción final. Con el fin de mostrar un producto bien hecho y acabado, dando certeza y confiabilidad a su uso. La seguridad se realiza en base a estudio detallado de cada acción, para garantizar un funcionamiento optimo y eficiente, previniendo cualquier otro daño que llegue a perjudicar y limitar su uso.

4.2 PROPIEDADES

Las propiedades nos muestran las características y detalles de los componentes a utilizar, estas propiedades señalan las características específicas del material. Cabe de resaltar que, a la hora de la elección de los materiales para la elaboración de un producto, es necesario conocer su reacción a distintos tipos de tratados y maquinados, ya que, no todos los materiales suelen responder de la misma forma que otros. La primera característica que debemos tener en cuenta es la diferencia entre propiedades numerables e innumerables. El segundo lugar se debe de tener en cuenta las propiedades propias y heredadas. Dicho esto, las propiedades de los materiales ofrecen distintas configuraciones y posibles aleaciones, dando así mayor soporte y rigidez, o menor, de a acuerdo a los establecido.

4.3 FUNCIONABILIDAD

Esta característica es la que aporta la principal información del producto, dando a conocer su uso, y el como este lleva a cumplir el objetivo deseado. Así pues, la

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 58

funcionabilidad es el “porque del diseño” y el “porque de las acciones realizadas” al final del proceso. La funcionabilidad suele variar al entorno o uso al que se someta dicho producto, del mismo modo al tipo público al que vaya dirigido, señalando su propósito y manera de usarlo correctamente. Lo más importante de este análisis es identificar los materiales que componen el producto, las herramientas y/o máquinas utilizadas y las técnicas empleadas para su construcción. Se debe determinar la vinculación entre forma, función y material, para identificar la lógica de la forma del objeto y del material empleado en relación con la función que debe cumplir.

4.4 DURABILIDAD

La durabilidad es la capacidad de los materiales de conservar sus características y funcionalidad, durante el periodo de vida útil señalado. Se define como la vida operativa o técnica de un producto bajo unas condiciones óptimas de funcionamiento. La durabilidad tiende a ser afectada por diversos medios que llegan a fracturarla o dañarla físicamente, de modo que genera fallas en su sistema o configuración matricial. Esto hace que el material llegue a deformarse, quebrarse y en cierto momento quede inútil.

4.5 COSTO

El Costo es una variable del sector económico que representa la totalidad del gasto económico de una producción. Esta suma, es la más importante que se realiza en la estadística de las empresas, puesto que luego de realizada esta, se establece cual será el precio del producto manufacturado que saldrá a la venta al público. El costo representa la inversión que se hace para la producción. De la misma manera que los bienes, los servicios también aplican esta herramienta para sus cuentas, pues se establece de la misma manera cual será el uso de los bienes monetarios disponibles en la empresa para ejecutar sus funciones.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 59

Tabla 5. Variables del Proyecto

MATERIAL NO.1 MATERIAL NO. 2 VARIABLE ACERO AISI C1030 ALUMINIO 7005 SEGURIDAD No contamina Totalmente reciclable • Ligero, resistente • Es el más común y de larga de los aceros duración rolados en frío. • Muy resistente a • Es un producto la corrosión muy útil debido a • Buenas sus propiedades de características reflexión típicas de buena

resistencia • Muy dúctil

mecánica y • Completamente

PROPIEDADES buena ductilidad. impermeable e

• En términos inodoro

generales

excelente

soldabilidad y

mejor

maquinabilidad

que la mayoría

de los aceros al

carbón.

• Puede ser

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 60

sometida a

cementado para

tener una

superficie dura

pero un centro de

gran tenacidad.

• Por su ductilidad

puede usarse en

procesos de

recalcado,

doblado,

estampado, etc

• Barra redonda • Las carrocerías y chasis de para flechas, automóviles son pernos, tornillos hechos en parte sujetadores, por elementos de aluminio, además línea blanca, de componentes entre otras, que vitales como

FUNCINABILIDAD no estén bloques del motor, transmisiones, sometidas a suspensiones, grandes entre otros. esfuerzos.

• Partes

automotrices

como

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 61

manivelas,

bielas, etc.

• Los aceros de baja • El aluminio 7005 es aleación son más un aluminio aleado baratos que los con zinc, dando en aceros aleados si mayor resistencia convencionales ya y dureza. que contienen

cantidades menores • Soporta altas de los costosos temperaturas y su elementos de prolongado uso aleación. Sin causa poco embargo, reciben un desgaste en su tratamiento especial estructura. DURAVILIDAD que les da una

resistencia mucho

mayor que la del

acero al carbono.

• Por ejemplo, los

vagones de

mercancías

fabricados con

aceros de baja

aleación pueden

transportar cargas

más grandes porque

sus paredes son

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 62

más delgadas que lo

que sería necesario

en caso de emplear

acero al carbono. En

la actualidad se

construyen muchos

edificios con

estructuras de

aceros de baja

aleación. Las vigas

pueden ser más

delgadas sin

disminuir su

resistencia, logrando

un mayor espacio

interior en los

edificios.

• Barra de acero

1030 redonda ¾’’ • Aluminio 7005 COSTO $2000-$4500 x 100cm USD/ TON $180 USD/ TON

4.6 MATERIAL DEL PROTOTIPO

Dadas las circunstancias en que se realiza el proyecto, se eligió el material madera para el prototipo del rin de bicicleta, con partes de plástico. A continuación, se mencionan las propiedades de los materiales usados.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 63

Madera:

Propiedades físicas: como su resistencia mecánica, por la estructura direccional de sus fibras; su gran flexibilidad, que permite que pueda ser curvada o doblada mediante el calor, la humedad o la presión; la dureza, mayor o menor dependiendo del tipo de madera; y su buena capacidad como aislamiento térmico y acústico gracias a las diminutas burbujas de aire que alberga cuando está seca.

Propiedades medioambientales: resulta un material muy ecológico, ya que procede de la naturaleza y normalmente no requiere un tratamiento químico excesivo. De esta manera, se integra en el medio no solo desde el punto de vista de su aspecto, sino también en el sentido de que genera un impacto mínimo en el medio ambiente en comparación con otros materiales como el cemento o el hormigón.

Propiedades estéticas: este material de gran calidad es de gran belleza y valor estético el cual, si se cuida correctamente, resulta además muy resistente y duradero a través del paso del tiempo. Asimismo, presenta la posibilidad de poder tallarse con facilidad, por lo que las estructuras y los muebles de madera pueden mostrar diseños muy variados y personalizados. Plástico ABS: Los materiales de ABS tienen importantes propiedades en la ingeniería, dada su buena resistencia mecánica combinada con cierta facilidad para el procesado. El ABS es soluble en acetona y, aunque no es biodegradable, no es resistente a la radiación UV. No es tóxico y no contiene cloro, lo que lo hace especialmente popular para aplicaciones de agua potable o alimentos. La resistencia al impacto de los plásticos ABS se ve incrementada al aumentar el porcentaje de contenido en butadieno, pero sin embargo disminuyen las propiedades de resistencia a la tensión y disminuye también la temperatura de deformación por calor. Las grandes propiedades que tiene el ABS son resultado de la aportación de sus tres componentes: • El acrilonitrilo proporciona: Resistencia térmica, resistencia química,

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resistencia a la fatiga y dureza y rigidez. • El butadieno proporciona: Ductilidad a baja temperatura, resistencia al impacto y resistencia a la fusión. • El estireno proporciona: Facilidad de procesado (fluidez), brillo, dureza y

rigidez.

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CAPITULO V

5. Diseño y fabricación de resultados

5.1 Plano del prototipo

Originalmente se tenía planeado realizar un rin basándonos en la investigación que se había realizado, el rin contaba con 15 cm de diámetro, se cotizó con una empresa de impresión 3D llamada “Creative Work”, al momento de presentar los planos del rin deseado a fabricar, se nos fue indicado que el tamaño solicitado ocasiona problemas a los detalles ya que la máquina no era capaz de realizarlo de acuerdo a lo que solicitamos, se decidió cambiar el prototipo a un nuevo tipo de rin que no contara con la complicidad de ciertas parte, tales como los rayos, al presentar al nuevo prototipo la empresa aceptó el trabajo y comenzaron a realizarlo.

Figura 16. Diseño de Prototipo en 3D AutoCAD.

5.2 Material del prototipo

la materia prima del prototipo consta de dos tipos, el primero que abarca la mayor parte del cuerpo de rin es de madera, se eligió la madera debido a que es el material que se nos recomendó utilizar para la elaboración de nuestro prototipo debido a que

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 66 estamos en tiempo de cuarentena y es la que se adaptaba también a proceso de manufactura que se escogió.

El segundo material que se utilizó para la elaboración de nuestro producto fue el polímero PLA el cual fue empleado para la elaboración de la estrella que va nuestro rin y que se habla de forma más detallada más adelante en el documento en la parte de la impresión 3d.

A continuación, se expondrá un poco acerca de las propiedades con las que cuenta la madera la cual es la materia prima de la estructura más grande del rin:

Propiedades físicas: como su resistencia mecánica, por la estructura direccional de sus fibras; su gran flexibilidad, que permite que pueda ser curvada o doblada mediante el calor, la humedad o la presión; la dureza, mayor o menor dependiendo del tipo de madera; y su buena capacidad como aislamiento térmico y acústico gracias a las diminutas burbujas de aire que alberga cuando está seca.

Propiedades medioambientales: resulta un material muy ecológico, ya que procede de la naturaleza y normalmente no requiere un tratamiento químico excesivo. De esta manera, se integra en el medio no solo desde el punto de vista de su aspecto, sino también en el sentido de que genera un impacto mínimo en el medio ambiente en comparación con otros materiales como el cemento o el hormigón.

5.2.1 MDF

MDF significa tablero de fibras de densidad media, del inglés medium density fibreboard, también conocido como DM. Este tipo de tablero está fabricado a partir de fibras de maderas (aproximadamente un 85%) y resinas sintéticas comprimidas, lo que le aporta una mayor densidad de la que presentan aglomerados tradicionales o la madera contrachapada. Comúnmente se le llama madera MDF o madera prensada sin embargo esto no es exacto, ya que no estamos hablando estrictamente de madera tal y como se le obtiene de la naturaleza, sino de un producto derivado de ella.

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Durante el proceso de fabricación se pueden añadir determinados productos químicos con el fin de añadir características adicionales al mdf, cómo repeler el agua o evitar la aparición de hongos o moho.

Presenta un color uniforme y a diferencia de la madera no tiene veta, lo que en parte facilita el trabajo con este tipo de tableros.

Una de las características fundamentales del mdf es la densidad, está nos diría el peso por metro cuadrado. Cuando hablamos de densidad media esta se sitúa entre 500 y 800 kg/m3, por encima de esta hablamos de alta densidad y por debajo de baja densidad. Desde un punto de vista estricto la densidad nos dirá que es mdf y que no.

Ventajas de la madera MDF: ● El hecho de estar fabricado a partir de fibras de muy reducido tamaño, prácticamente polvo, permite que pueda ser tallada o fresada de manera similar a la madera maciza. ● Una de las grandes ventajas del mdf frente a la madera maciza es su precio, mucho más competitivo. ● No es necesario utilizar herramientas diferentes a la que podemos utilizar para trabajar con madera maciza o contrachapada. ● La superficie de este tipo de madera es ideal para la utilización pinturas y barnices, sin embargo para conseguir un acabado perfecto es preferible utilizar pinturas a base de disolventes en lugar de pinturas al agua. El resultado es el mismo en todas las direcciones al no existir grano. ● Es también un excelente soporte para chapas de madera, con las que se consigue una apariencia de madera de maciza. Se debe por un lado a su uniforme superficie y también al excelente comportamiento que tienen los adhesivos y colas sobre esta.

Desventajas del MDF: ● Uno de los principales inconvenientes de los tableros mdf es su poca

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resistencia al agua, incluso en aquellos que han sido tratados para este fin, por lo que su utilización para exteriores o lugares húmedos no es adecuada. ● Es recomendable usar mascarilla y trabajar en un lugar abierto para evitar el polvo cuando se cortan o lijan tableros MDF ya que los compuestos químicos utilizados para la fabricación pueden ser perjudiciales. A corto plazo produce irritación en ojos, y a largo y en función del adhesivo utilizado para su fabricación hasta cáncer. ● A la hora de atornillar cerca de los bordes es necesario avellanar para evitar que la cabeza del tornillo rompa la pieza, especialmente cerca de los cantos, y/o utilizar tornillos especiales para ello. ● Es pesado, especialmente si lo comparamos con sus alternativas naturales como son los aglomerados o los contrachapados. ● La densidad y características del MDF favorecen el desgaste de las herramientas. Sierras, fresas y otras herramientas deberán ser reparadas o sustituidas más asiduamente. ● Las caras de los tableros mdf son una superficie ideal para pintar, sin embargo los cantos no lo son tanto. La textura no es la misma, y es bastante más poroso, por lo que el acabado es más complejo. Será necesario sellar los cantos y en algunos casos aplicar alguna capa mas. ● La resistencia a la torsión y a impactos en las caras del tablero son buenas, sin embargo los golpes en cantos o esquinas estropean mucho el tablero.

Herramientas y equipo utilizado

5.3.1 Máquina CNC

Se considera de Control Numérico por Computador, también llamado CNC (en inglés Computer Numerical Control) a todo dispositivo capaz de dirigir posicionamiento de un órgano mecánico móvil mediante órdenes elaboradas de forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas en tiempo real. Para maquinar una pieza se usa un sistema de coordenadas que especificarán el movimiento de la herramienta de corte.

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Entre las operaciones de maquinado que se pueden realizar en una máquina CNC se encuentran las de torneado y fresado. Sobre la base de esta combinación es posible generar la mayoría de piezas de industria

5.3.1.1 Principio de funcionamiento

El sistema se basa en el control de los movimientos de la herramienta de trabajo con relación a los ejes de coordenadas de la máquina, usando un programa informático ejecutado por un ordenador. En el caso de las fresadoras se controlan los desplazamientos verticales, que corresponden al eje z. Para ello se incorporan motores eléctricos en los mecanismos de desplazamiento del carro y la torreta, en caso de los tornos, y en la mesa en el caso de la fresador; dependiendo de la capacidad de la máquina, este puede no ser limitado únicamente a tres ejes.

5.3.1.1.2 Programación en el control numérico Se pueden utilizar dos métodos, la programación manual y la programación automática.

Programación manual: En este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un operario. El programa de mecanizado comprende todo el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización de la pieza. Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. Este conjunto de informaciones es efectuado por el intérprete de órdenes. Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones.

El comienzo del CN (control numérico) ha estado caracterizado por un desarrollo anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba el suyo particular. Posteriormente, se vio la necesidad de normalizar los códigos de programación como condición indispensable para que un mismo programa pudiera servir para diversas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo. Los caracteres

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 70 más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025 son, entre otros, los siguientes:

• N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden programarse es (1000 N999).→(N000)

• X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X, Y, Z de la máquina herramienta (Y planos cartesianos). Dichas cotas se pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente. • G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes.

• M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como parada programada, rotación delhusillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La dirección m va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes. • F: es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min. • S es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo principal. Se programa directamente en revoluciones por minuto, usando cuatro dígitos. • I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z, las direcciones J y K.

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• T es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de herramienta y los dos últimos el número de corrección de las mismas.

Programación automática:En este caso, trabaja con los mismos comandos pero los cálculos los realiza un computador, que suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje máquina. Por esta razón recibe el nombre de programación asistida por computador.

5.3.1.1.2 Sistemas de control del movimiento para el CN Hay tres tipos básicos de control para el movimiento de las herramientas, es posible que las máquinas utilicen más de uno:

● CN punto a punto.También llamado de posicionado, el control determina y posiciona la herramienta en un punto predefinido sin importar en absoluto la trayectoria seguida. Lo único que interesa es que la herramienta alcance con rapidez y precisión el punto deseado. El posicionamiento puede ser secuencial o simultáneo según lo que la herramienta se desplace siguiendo la dirección de los ejes.

Figura 17. CN punto a punto.

• CN Praxial. Permite.El mecanizado en direcciones paralelas a los ejes de la máquina. Los movimientos se obtienen controlando el accionamiento en un eje mientras permanecen bloqueados los accionamientos del resto de los ejes. Este tipo de control no permite efectuar mecanizados en direcciones distintas a la de los ejes. Un control numérico paraxial puede ejecutar también movimientos punto a punto.

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Figura 18. CN Pixial.

● CN de Contorneo. Permite que la herramienta siga cualquier trayectoria regulando simultáneamente el movimiento de los distintos ejes. Se controla continuamente el recorrido de la herramienta para generar la pieza con la geometría deseada. Por ello se conoce también con el nombre de control numérico continuo. Es el más complejo de los tres sistemas y permite también el mecanizado praxial y el punto a punto.

Figura 19. CN Contorneo.

5.3.1.2 Tipos de fresadoras. Hay dos tipos principales de fresadoras:

● Fresadoras verticales, El eje del husillo es vertical, lo que significa que la herramienta se puede mover de arriba a abajo, acercándose o alejándose de la parte superior o de la superficie de la pieza.

● Fresadoras horizontales, El eje del husillo es horizontal, es decir que la herramienta puede moverse de lado a lado, acercándose o alejándose de la cara de la pieza.

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Mientras que la operación de mecanizado puede variar de una fresadora a otra, los conceptos de mecanizado son los mismos para todas las fresadoras.

5.3.1.2.1 Fresado por barrido Las superficies barridas se crean seleccionando dos geometrías. Una geometría está en el plano XY y define el área barrida. Esta es geometría primaria. La otra geometría, la secundaria, es perpendicular al área barrida y define el material que se ha de eliminar. Toma la geometría secundaria y la barre a lo largo del contorno de la geometría primaria.

Figura 20. Fresado por barrido.

El programa CAM que convierte un archivo tipo CAD en uno de código NC, es enviado a el software de control que lo convierte al lenguaje de máquina para que la fresadora tipo CNC lleve a cabo el proceso de mecanizado de la pieza.

Para el prototipo se decidió realizar el cuerpo de rin sobre madera utilizando esta técnica ya que se apegaba más a nuestras capacidades económicas en comparación de un acabada con maquinaria de impresión 3D.

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Figura 21. Fresado por barrido del Prototipo.

Figura 23. Fresado final de Prototipo.

Figura 22. Rueda de bicicleta, Prototipo de madera.

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5.3.2 Máquina de impresión 3D

5.3.2.1 ¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D, también llamada manufactura por adición (inglés: additive manufacturing), es un conjunto de procesos que producen objetos a través de la adición de material en capas, sin necesidad de moldes ni utillajes de ningún tipo, que corresponden a las sucesivas secciones transversales de un modelo 3D. Los plásticos y las aleaciones de metal son los materiales más usados para impresión 3D, pero se puede utilizar casi cualquier cosa, desde hormigón (inglés) hasta tejido vivo.

El uso de esta técnica permite crear de forma eficiente piezas únicas y geometrías verdaderamente complejas que solo son posibles con la impresión 3D, debido como ya se dijo a la complejidad de la forma que estas tienen, además brinda una opción más a la manufactura de piezas, brindando así una gama más amplia de procesos de manufactura así como costo de producción de esta.

para comenzar vamos a definir algunos conceptos esenciales para poder comprender lo que es la manufactura por adición.

5.3.2.2 ¿Qué es una impresora 3D?

Una impresora 3D es una máquina capaz de imprimir figuras con volumen a partir de un diseño hecho por ordenador. Con volumen quiere decir que tiene ancho, largo y alto.

Una impresora 3D lo que realmente hace es producir un diseño 3D creado con el ordenador en un modelo 3D físico (real). Es decir, si hemos diseñado en nuestro ordenador, por ejemplo, una simple taza de café por medio de cualquier programa CAD (Diseño Asistido por Computador), podremos imprimirla en la realidad por medio de la impresora 3D y obtener un producto físico que sería la propia taza de

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 76 café.

Una impresora 3D permite crear objetos de “la nada”. Objetos tan sencillos como una taza de café a objetos mucho más complicados e increíbles como partes de un avión o incluso órganos humanos utilizando las propias células de una persona.

Figura 24. impresión en 3D.

El término impresora como su nombre indica hace referencia a ese objeto que siempre hemos tenido en casa o en la oficina de nuestro trabajo y que, conectado a nuestros ordenadores, es capaz de producir documentos almacenados en nuestros ordenadores, fundamentalmente documentos de texto y/o documentos gráficos (en color o en blanco y negro). Con esto podemos conseguir pasar documentos electrónicos a documentos físicos. Pero las impresoras 3d dan un salto más allá y son capaces de imprimir y crear objetos completos.

Explicaremos el funcionamiento de una impresora 3D con breves palabras:

5.3.2.3 ¿Cómo funciona una impresora 3D?

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Las impresoras 3D lo que hacen es crear un objeto con sus 3 dimensiones y esto lo consigue construyendo capas sucesivamente hasta conseguir el objeto deseado.

Figura 25. Proceso de impresión en 3D. En la imagen anterior vemos 3 figuras. La primera es la que dibujamos nosotros mismos en un papel, por ejemplo, del objeto que queremos imprimir en sus 3 dimensiones, después, con un programa de CAD diseñamos ese objeto en nuestro ordenador que sería la segunda figura, y por último separamos ese objeto en capas para ir imprimiendo capa por capa en la impresora de 3 dimensiones, que es lo que vemos en la tercera figura. Es decir, de un boceto en papel podemos conseguir un objeto en la realidad con el material adecuado.

El proceso que utilizan estas impresoras para crear el objetos por capas se llama "proceso aditivo". Hoy en día ya existen incluso escaner 3D que nos pueden escanear un objeto y directamente verlo en nuestro ordenador para luego imprirlo, sin necesidad de tener que dibujarlo con el ordenador. Esto lo hace todavía más sencillo, de hecho con estos escaneres crear un objeto en 3D es casi como hacer una simple foto.

Las impresoras 3d utilizan principalmente 3 tipos de formas de imprimir, lo que da lugar a 3 tipos de impresoras 3d diferentes. Aunque todos los tipos de impresoras 3d utilizan el proceso aditivo, hay algunas diferencias en la forma de construir el objeto.

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5.3.2.4 Tipos de impresora 3D

Adición de polímeros o FDM: Recuerda polímeros = Plásticos. Lo que hace es ir fundiendo un filamento (hilo) de polímero mediante un pico (boca de salida) y depositando capa sobre capa el material fundido hasta crear el objeto sólido. En esta tecnología, el propio material se va añadiendo por capas hasta crear la forma deseada. Las impresoras que emplean esta técnica tienen un coste menor y son las más utilizadas en el ámbito educativo. Esta técnica también se conoce como "Deposición de Material Fundido" o FDM. Es una tecnología que permite conseguir piezas utilizando plástico ABS (similar al material de los juguetes Lego) o bien PLA (un polímero biodegradable que se produce desde un material orgánico).

Figura 26. Modo de impresión en 3D.

Por laser: con tecnología laser nos encontramos con dos formas diferentes:

- SLA : SLA o fotosolidificación significa endurecer un polímero a la luz. Se parte de una base que se sumerge dentro de un recipiente lleno de la resina líquida y va saliendo del recipiente capa a capa. El laser va solidificando la base según va saliendo del recipiente para crear el objeto. Esta técnica también se llama EstereoLitografía. Con esta tecnología se pueden obtener piezas de altísima calidad.

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Figura 27. Método de inyección de plástico en impresión en 3D.

SLS : SLS significa "sinterizado de laser de un material". El material, a diferencia del SLA, está en estado de polvo. El láser impacta en el polvo y funde el material y se solidifica (sinterizado). Es igual que la sla solo que el material en el que se baña la base será de polvo. cabe señalar que el prototipo que nosotros adquirimos, a pesar de que el cuerpo de mayor tamaño fue realizado por una fresadora del tipo cnc, tambien cuenta con una pieza realizada por impresion 3D. y es importante destacar que para la realizacion de la estrella, que fue la pieza impresa, se utilizo una impresora del tipo “deposicion de material fundido”

5.3.2.5 Matriales para una impresion 3D

los materiales que se pueden usar en una impresora 3D son variados, pueden ir desde polvos como por ejemplo:

● Poliamida (Nylon) ● Alumina

o incluso filamentos de metal, como por ejemplo:

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● acero inoxidable ● oro ● níquel ● cobre ● aluminio ● titanio

Sin embargo, debido a que el material usado en nuestra pieza, es de plástico, nos centraremos en los polímeros.

● ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) : es un plástico muy tenaz, duro y rígido. Aguanta altas temperaturas y es fácil pintar sobre él. Es muy resistente y presenta una cierta flexibilidad. La impresión con este material necesita de una cama caliente o base de impresión caliente donde se deposita la pieza, para conseguir la estabilidad necesaria. Se pueden obtener bobinas de filamento a partir de los restos de impresión, pero ojo durante la impresión se debe tener una buena ventilación ya que genera gases nocivos. No es biodegradable. Este material es capaz de soportar altas temperaturas.

● (poliácido láctico): es un material que se obtiene a partir de materiales naturales como el almidón del maíz o la caña de azúcar. Es biodegradable y no emite gases tóxicos durante la impresión. No necesita base caliente. No resiste temperaturas tan altas como el ABS, a partir de los 60ºC empieza a descomponerse. No es muy fácil de pintar.

● Laybrick: es una mezcla de varios materiales plásticos y yeso. A partir de él se obtienen piezas con aspecto de piedra arenisca. Se puede pintar y lijar fácilmente. Es más caro que los anteriores ● Laywoo-D3 : formado por un polímero y un 40% de polvo de madera. Se obtienen piezas con cierto parecido a la madera. Las piezas obtenidas se pueden lijar, serrar y pintar.

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● Filaflex: es un filamento elástico con una base de poliuretano y otros aditivos que le confieren una gran elasticidad. La impresión con este material es lenta. Se utiliza para imprimir zapatillas, prótesis, carcasas para teléfonos móviles, etc.

existen más tipos de polímeros que pueden ser utilizados en una impresora de este tipo, aunque estos son de los más utilizados.

es importante señalar, ya que estamos en una materia destinada a los materiales, el tipo de material que se usó para la manufactura de la estrella del rin de bicicleta.

el material usado es del tipo PLA, y a continuación se hablara acerca de este material:

Figura 28. Material de impresión en 3D.

El PLA es un termoplástico biodegradable que se deriva de recursos renovables, como la maicena, la caña de azúcar, las raíces de tapioca o incluso la fécula de patata. Esto hace del PLA la solución más respetuosa con el medio ambiente en el ámbito de la impresión en 3D, en comparación con todos los demás plásticos de base

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 82 petroquímica como el ABS o el PVA.

El PLA es duro, pero un poco quebradizo, una vez que se ha enfriado. Su umbral de temperatura es inferior al del ABS, ya que el PLA se extrude normalmente alrededor de 160°C-220°C. Un lecho de impresión calentado no es obligatorio, pero puede (a temperaturas alrededor de 50-60°C) ser beneficioso para la calidad del objeto impreso. El PLA es bastante lento para enfriarse – los expertos recomiendan a veces instalar un ventilador apuntando al material extruido para acelerar el proceso de enfriamiento.

Una vez que se calienta, el PLA emite un ligero olor, mejor descrito como maíz dulce, panqueques o jarabe de arce, pero no emite humos como el ABS calentado. No será necesaria ninguna campana extractora y podrá imprimir con seguridad con PLA en casa.

El PLA se puede lijar y se puede pintar con pintura acrílica, pero algunas personas recomiendan usar una imprimación.

El PLA se ha convertido en una opción muy popular en la comunidad de la impresión en 3D, considerando su baja toxicidad y su mejor respeto al medio ambiente, en comparación con todos los plásticos a base de petróleo. Sus principales inconvenientes son que no soporta demasiado calor, ya que el PLA estándar se ablanda alrededor de los 50°C (es decir, se puede volver a calentar el objeto impreso con una pistola de aire caliente, por ejemplo). Por otro lado, se puede considerar esto como una ventaja para reparar, doblar o soldar fácilmente las piezas impresas.

Pero el PLA se considera generalmente como el material más fácil de trabajar cuando se empieza a imprimir. Se ha ido haciendo cada vez más accesible y probablemente superará al ABS como material preferido. El PLA está disponible en la mayoría de los colores y puede ser translúcido o sólido. Al igual que el ABS, el PLA también atrae moléculas de agua del aire. El PLA es más propenso a la absorción de agua que el ABS y se volverá (más) quebradizo y a veces difícil de

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 83 imprimir, ya que el PLA saturado de agua necesita una temperatura de extrusión más alta.

En la imagen a continuación, podemos ver la estrella del rin cuyo proceso de manufactura fue la impresion 3D con filamento de PLA color azul

Figura 29. Rueda de bicicleta, Prototipo terminado.

5.3.2.6 Hoja de cotización e información

A continuación, se anexa una hoja cuyo contenido está relacionado con el tipo de manufactura usada y los materiales.

Dicha hoja fue proporcionada por el equipo de manufactura CREATIVE WORKS, quienes fueron contactados con el fin de realizar nuestro prototipo.

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Figura 30. Características de impresión en 3D, grupo CW.

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Finalmente mencionemos un poco de las utilidades que pueden llegar a tener las impresiones 3D

FABRICACIÓN DE PROTOTIPOS

La impresión 3D se usa desde hace tiempo para crear rápidamente prototipos para ayudas visuales, maquetas de ensamblados y modelos de presentación.

PIEZAS LIGERAS

La eficiencia de combustible y la reducción de las emisiones impulsan la necesidad de fabricar piezas ligeras a través de la impresión 3D, para aplicaciones aeroespaciales y automotrices.

PRODUCTOS CON FUNCIONALIDAD MEJORADA

La impresión 3D elimina muchas de las restricciones impuestas por los procesos de manufactura tradicionales que evitan que los ingenieros diseñen verdaderamente pensando en un desempeño óptimo.

IMPLANTES MÉDICOS PERSONALIZADOS

Para lograr la osteointegración, los fabricantes usan impresión 3D para controlar con precisión la porosidad de la superficie, a fin de simular mejor la estructura ósea real.

HERRAMIENTAS, CALIBRADORES Y ACCESORIOS

Por lo general, los accesorios de mecanizado y de herramientas para compuestos impresos en 3D son más baratos y rápidos de producir y, de la misma

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES// RIN DE BICICLETA 86 manera, los insertos para enfriamiento de moldes de inyección pueden reducir considerablemente los tiempos del ciclo.

PATRONES PARA FUNDICIÓN DE METAL

La combinación de la impresión 3D con la fundición de metal acorta la brecha entre las piezas diseñadas de manera generativa y los enfoques de manufactura probados para objetos de metal grandes.

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ANEXOS

Cronograma de actividades.

Gráfica 1. Cronograma de actividades a).

Gráfica 2. Cronograma de actividades b).

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Dibujo del rin de bicicleta en AutoCAD.

Figura 31. Diseño Rin de bicicleta AutoCAD.

Conclusión:

A lo largo de estas semanas, hemos tratado de implementar los conocimientos previos en el desarrollo de nuestro documento, hemos visto algunos de los materiales que se usan para construirlos y su justificación basándonos en las propiedades de este, así como también los ambientes y las cosas que interactúan con el producto en cuestión, de manera general, se abarca el problema general esto nos facilita en sí, el desarrollo teórico que después se llevará a cabo físicamente como proyecto final de la materia.

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Referencias:

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Learning Editores SA de CV

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¿Qué es la impreson 3D?; recuperado el 08/05/20 de: https://www.autodesk.mx/solutions/3d-printing

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