Se sabe que la impresión 3D hace que la fabricación sea mucho más fácil y precisa que los métodos de fabricación tradicionales, como la fundición o el mecanizado. Algunas impresoras pueden imprimir en 3D usando metales y aleaciones, pero cada tecnología tiene limitaciones. ¿Se puede fabricar un motor completamente funcional usando una impresora 3D?
Dado que existen diferentes tipos de motores y los requisitos de cada máquina son diferentes, no existe una respuesta única para esta pregunta. Sin embargo, veamos los hechos y tratemos de entender los elementos a medir.
¿Qué es un motor?
En la mayoría de los casos, los motores están hechos para convertir la energía química del combustible o las baterías en energía mecánica (movimiento). Aunque los términos «motor» y «motor» a menudo se usan indistintamente, existe una diferencia entre los dos en que los motores funcionan con energía eléctrica y los motores funcionan con la combustión de combustibles. Además, existen diferentes variantes, incluyendo motores térmicos, eléctricos y de reacción. El motor de combustión interna es uno de los tipos de dispositivos térmicos más utilizados. Convierte la energía química del combustible en energía mecánica que puede impulsar la mayoría de los vehículos, incluidas las máquinas más grandes, como trenes y aviones, y también se puede utilizar para generar electricidad.
Un motor de combustión interna funciona de manera muy simple. Primero, el combustible y el aire se combinan después de ser eliminados de la atmósfera. En un motor de gasolina, el pistón comprime la mezcla de aire y combustible, la bujía enciende la mezcla y se produce la combustión. La explosión resultante presuriza la cámara de combustión, obligando al pistón a moverse con fuerza, girando un cigüeñal. Luego, los gases y partículas restantes se expulsan de la cámara para ser expulsados a través de un sistema de escape. Las ruedas de un automóvil se pueden impulsar con este método, que requiere que el motor gire un cigüeñal hasta varios miles de veces por minuto.
El funcionamiento de una máquina se ha explicado aquí para poner en perspectiva las condiciones que prevalecen durante el funcionamiento de un dispositivo y el desgaste que esto puede ocasionar a las partes del motor. Estos factores determinan qué material usar para construir el instrumento; saber esto ayudaría a comprender si los motores podrían imprimirse en 3D.
¿Cuáles son los componentes de un motor?
Un motor base tendría los siguientes componentes:
- bloque de motor o bloque de cilindros: Es el marco principal sobre el que se apoyan los numerosos elementos. Se utilizan varios pernos y espárragos para asegurar este bloque de cilindros a la culata. Se utiliza una junta entre el bloque de cilindros y la culata. Las aletas de enfriamiento están instaladas en el bloque de cilindros si se usa un sistema de aire acondicionado para enfriar el motor. Las camisas de agua se instalan en las paredes del bloque de cilindros si el sistema utiliza refrigeración por agua. Para motores de varios cilindros, el bloque de cilindros está fundido en una sola pieza. El cárter es el término utilizado para describir la mitad inferior del bloque de cilindros. Servirá como receptáculo para el aceite lubricante.
- Cilindro: Una forma cilíndrica precisa cortada en el bloque de cilindros permite que el pistón se mueva hacia adelante y hacia atrás. Se conoce como cilindro. Este contenedor, lleno con el fluido de trabajo, pasa por muchos procesos termodinámicos para generar una salida de trabajo.
- Pistón: El pistón es una pieza cilíndrica que encaja dentro del cilindro y tiene un impacto significativo en la forma en que se produce el trabajo. Con la ayuda del lubricante y los anillos del pistón, se crea un área hermética al gas que sirve como límite móvil del sistema de combustión. Los anillos de pistón se insertan en las ranuras del pistón para crear un sello hermético entre el pistón y el cilindro.
- Bujía: Es el componente que inicia el proceso de combustión en el sistema de encendido por chispa. La bujía se encuentra en la culata. Las bujías solo se encuentran en los motores de encendido por chispa.
- Cámara de combustión: La cámara de combustión es el área entre la parte superior del pistón y la parte superior del cilindro. La cámara de combustión sirve como ubicación para la combustión del combustible. La presión en el cilindro aumenta debido a la combustión del combustible, liberando energía térmica.
- Bielas: Conectan el cigüeñal y el pistón. El extremo pequeño de la biela, que está unido al lado del pistón con un bulón, es un extremo de la biela. El extremo grande, u otro extremo, de la biela está conectado al cigüeñal por un pasador de manivela.
- Cigüeñal: El cigüeñal del eje de salida convierte el movimiento alternativo del pistón en movimiento de rotación. Los contrapesos están disponibles en los cigüeñales para equilibrar dinámicamente el sistema de rotación.
- colector de admisión: El colector de admisión se refiere al tubo que conecta la válvula de admisión del motor al sistema de admisión. La mezcla de aire y combustible se introduce directamente en el cilindro.
- Colector de escape: El colector de escape es el tubo que conecta la válvula de escape del motor al sistema de escape. Los subproductos de la combustión escapan a la atmósfera a través del colector de escape.
- Válvulas de entrada y salida: Una válvula es un mecanismo que mueve el fluido en una sola dirección. En la culata o en su costado, las válvulas de admisión y escape controlan la carga que ingresa al cilindro (válvula de admisión) o liberan los subproductos de la combustión del cilindro (válvula de escape). Si es un motor de 4 tiempos, solo las válvulas son accesibles. Para administrar la carga que ingresa al cilindro (el puerto de transferencia) o liberar los productos de la combustión del cilindro, se puede acceder a los puertos en los motores de dos tiempos (puerto de escape).
¿Qué factores se deben considerar antes de imprimir un motor en 3D?
1. software de modelado 3D: Mucha gente hoy en día está familiarizada con el poder y la versatilidad de los programas de modelado 3D. Estos programas son útiles para crear prototipos de diferentes tipos de motores y otras piezas mecánicas. Mediante el uso de software de modelado 3D, puede construir rápidamente un motor completamente funcional desde cero, lo que le permite experimentar con diferentes conceptos de diseño antes de pasar a prototipos o máquinas herramienta más costosos. Ya sea que trabaje de forma independiente o como parte de un proyecto de equipo, este software proporciona una forma eficaz de visualizar rápidamente los diseños de su motor y realizar los ajustes necesarios antes de continuar.
2. Tipo de motor: El tipo de motor es una de las consideraciones más importantes. Esto se debe a que los mismos componentes que se usan para hacer un motor de automóvil no se pueden usar para hacer un motor a reacción. La presión generada en el motor de un automóvil es mucho menor que la presión generada por un motor a reacción. Esta es la razón por la que las piezas de los motores de automóviles están hechas de hierro fundido o sus aleaciones o incluso de aluminio, mientras que las piezas de los motores a reacción están hechas de aleaciones más fuertes, como las aleaciones de titanio. Mientras que el hierro fundido se derrite a unos 2200 grados Fahrenheit, el titanio se derrite a 3034 grados Fahrenheit. La impresora 3D requerida para ambos motores requeriría no solo diferentes requisitos de energía, sino también diferentes áreas de impresión. Estos también traerían cambios dramáticos en los costos asociados con la inversión inicial y los costos operativos.
3. el material utilizado: Si el usuario está haciendo un modelo de motor para demostrar cómo se ve o funciona un motor, puede imprimirlo con cualquier cosa, incluso con plástico, siempre que no se queme. Incluso los modelos funcionales que usan combustión interna deben estar hechos de materiales que puedan soportar el calor y la presión generados cuando el combustible se quema y hace que los pistones se muevan. Además, no todos los materiales se pueden imprimir con la misma impresora 3D. Diferentes materiales tienen diferentes puntos de fusión y, por lo tanto, requieren diferentes temperaturas, costos e incluso diferentes precauciones de seguridad para su uso.
4. Uso previsto: El uso previsto de un motor hecho con impresoras 3D es otro factor crucial. Si es solo un modelo y solo sirve para ser una representación visual de cómo se ve un motor, entonces se puede usar cualquier impresora 3D, ya que el modelo solo debe hacerse a escala y no tiene que tener las dimensiones de un motor real. . También se puede imprimir con plástico o resina y pintar para que parezca una motocicleta. Incluso los modelos con partes móviles se pueden imprimir en 3D usando plásticos, siempre que la combustión de combustible no impulse el movimiento; Se pueden usar motores eléctricos para girar el cigüeñal, o se pueden girar manualmente para demostrar el funcionamiento de un motor. Sin embargo, si el uso previsto de la máquina es propulsar un vehículo por medio de combustión interna o electricidad, el material utilizado debe ser capaz de soportar las condiciones operativas de locomoción.
5. tiempo de producción: El tiempo de producción estimado para un bloque de motor de automóvil sería teóricamente de hasta 10 horas, incluido el tiempo para preparar el molde, enfriar el metal fundido, recuperar los componentes del molde y mecanizar las piezas sobrantes. de esta manera fabricar varias máquinas en un turno mediante moldeo por inyección. Sin embargo, la impresión 3D de un solo bloque de motor de automóvil puede demorar hasta 300 horas. Por lo tanto, la impresión 3D de un motor no es la mejor opción si la producción en masa no es el objetivo previsto. Además, cuanto mayor sea el tamaño, más tiempo se tarda en imprimir un objeto con una impresora 3D. Además, los motores tienen varios componentes, y la producción en masa de estas múltiples piezas con una sola impresora 3D o con un número limitado de ellas es un proceso largo.
Conclusión
En conclusión, la impresión 3D de un motor no es imposible, pero la información sobre las partes de un motor y las condiciones en las que deben funcionar deja claro que la impresión 3D de estas partes es un asunto costoso. Aparte de los costos involucrados, es un proceso lento. Por lo tanto, la impresión 3D de un motor depende de su uso previsto y del tipo de motor.
