I.INTRODUCCIÓN

El prototipado rápido se refiere a utilización de ma- quinarias digitales que permiten desarrollar un amplio marco de diseños, de una manera interactiva y real des- de un ordenador, para identificar materiales, escalas e incluso acabados finales mediante el uso de software de representación 3D, [1] lo agrupa de 3 procesos diferen- tes: sustractivos que parten de un bloque para dar ciertas formas, aditivos que consiste en la unión de partículas de diferentes polímeros y por último comprensivos que

solidifica materiales líquidos.

Se basa en la construcción de estructuras físicas tridimensionales, corte por corte, a partir de modelos virtuales, término genérico utilizado para definir las tec- nologías que pueden fabricar de manera más rápida a comparación de otros métodos de prototipado, objetos físicos de alto desempeño directamente de fuentes de datos del CAD, conocidos como prototipos rápidos. Es- tos objetos fueron idealizados con el propósito de via- bilizar experimentos, permitiendo visualización de es- tructuras y realización de pruebas para producir objetos comercialmente competitivos [2].

Considerando el uso, se plantea una perspectiva de estudio enfocada a la implementación del prototipado rápido para el diseño de mobiliario en Quito Ecuador, considerando la optimización de tiempo y recursos, la facilidad de diseño asistido por software de modelado 3D.

Según datos del 2016, pertinentes al Banco Nacio- nal del Ecuador, el sector mobiliario registró alrededor de 100 empresas dedicadas a la fabricación de muebles y sus partes, convirtiéndose así en una de las mayores fuentes de empleabilidad en cuanto a empresas media- nas se refiere, a pesar de la cantidad de empresas no ge- neró ingresos positivos mostrando así un decrecimiento desde el 2013, esto presenta una oportunidad de mejora en respecto a los procesos, optimización de tiempo y recursos, directamente relacionado con el empleo del prototipado. En refuerzo a lo anterior [3] afirma que el prototipado rápido reduce el inventario de materias pri- mas y productos finales que quizá no se vendan; es por ello que se fabrica bajo pedido. La relación más cercana con el cliente es un acicate para el constante desarrollo y mejora de los productos fabricados.

En la actualidad existen diferentes lugares de inves- tigación para desarrollo de diseño digital y prototipado rápido, conocidos como laboratorios de fabricación o “FabLabs™”. Generalmente se entiende como talle- res comunitarios donde los miembros comparten he- rramientas para ganancias profesionales o actividades de aficionados, estos espacios atraen a personas que se

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extendiendo el costo de las herramientas industriales y reuniendo a la comunidad para compartir conocimiento, tiempo y esfuerzo en proyectos [4].

Esta tecnología, originada en el MIT (Instituto Tec- nológico de Massachusetts) se ha extendido por américa latina, entre los países pioneros se encuentra Perú. Con la misión de desarrollar el talento humano al más alto nivel para provocar transformaciones positivas en el mundo, y la filosofía de democratizar la tecnología, na- ció en 2009 la Asociación FabLab™ Perú como centro de investigación dedicado a crear proyectos inclusivos y productos de vanguardia basados en la fabricación di- gital y la biología sintética; y de igual manera generar nuevas interrelaciones entre arte, ciencia y tecnología mediante la investigación aplicada [5].

Como referencia para la comprensión de que esta tecnología es adaptada en Latinoamérica, a nivel nacio- nal, existen laboratorios de fabricación, equipados con lo necesario para efectuar ensayos en prototipado rápi- do estos son: FabLab™ Zoi, Bacteria Lab, Asiri Labs, Drot Lab y aquellas que pertenecen a centros de educa- ción superior como UIDE Serv.Lab, FabLab™ La Me- tro, FabLab™ YACHAY, FabLab™ Universidad Cató- lica de Cuenca. Estos laboratorios poseen herramientas de fabricación para impresión 3D, fresado CNC, corte y grabado láser, fresado de precisión y cortadora de vinilo, además algunas de ellas como Bacteria Lab y Drot Lab cuentan con producción de circuitos. Asiri se compone de cinco laboratorios que están ubicados en la Escuela Politécnica del Litoral (ESPOL) permitiendo el desarrollo de prototipos para diferentes artefactos y productos. Su objetivo, es motivar a la sociedad a crear y creer [6].

Dentro del equipo de cada laboratorio cabe desta- car la presencia de maquinarias como impresoras 3D, maquinaria CNC y escáneres 3D, producen prototi- pos mediante la el Diseño Asistido por Computadora (CAD) y la Manufactura Asistida por Computadora (CAM), el CAD como herramienta de diseño permite la representación de productos, piezas y sistemas de ma- nera interactiva gracias al uso de softwares, el CAM se maneja en procesos de manufactura de manera progra- mada sustentando etapas de producción, es soportado por el sistema CNC, el cual controla acciones y pro- ceso mediante codificación numérica. Se puede hallar una variedad de programas a seleccionar en base a la compatibilidad con la maquinaria, preferencia y necesi- dades del diseñador, tales como TinkerCAD, FreeCAD, CREO, Fusion 360, Solidworks, AutoCAD, CATIA, Open SCAD, Rhino3D, entre otros.

Con lo antes expuesto, la producción de prototipos se da en cada una de las máquinas de distintas maneras,

en la impresión 3D, Durante la impresión 3D se aporta y adhiere controladamente diferentes tipos de materia- les para crear objetos a partir de datos de modelos en tres dimensiones, normalmente capa sobre capa (ASTM International 203AD) [7]. El material de impresión que se encuentra inicialmente en forma de filamento pasa por una boquilla que se encuentra a altas temperaturas, en donde se funde para luego ser depositado en una pla- taforma, por medio de movimientos rectilíneos en un plano, el material va genera la forma de la pieza, Cada pasada corresponde a una línea de material depositado, que se vincula a otra adyacente mediante la energía tér- mica del material semifundido.

Por otra parte, la producción de biocomposites debe ser un importante nicho para el uso y valorización de las fibras lignocelulósicas. Pero como se mencionó anteriormente, algunas propiedades químicas como la hidrofilicidad de las fibras deben ser modificadas para mejorar su compatibilidad con las matrices poliméricas [8].

En base a diversas opciones, no refiriéndonos a nin- guno en particular, se trata habitualmente de filamentos con una base de PLA a la que se le añaden fibras reales de madera. Los buenos filamentos de madera mezclarán el propio filamento PLA con polvo de madera real [9].

Otro proceso para la elaboración de prototipos es el maquinado CNC (Control Numérico Computarizado), según [10]. Un sistema que permite controlar y moni- torear en todo momento los movimientos y posiciones de una máquina herramienta mediante la utilización de dispositivos electrónicos y mecánicos. Máquinas encar- gadas de realizar cortes mediante plasma, aumentando la precisión y la velocidad del prototipado dentro del estudio de [11] se determina que en la pieza a trabajar

se genera el plasma a gran velocidad casi doblegando a la velocidad del sonido a (2000km/h), y este plasma generado supera los 1000º C, y así con esta temperatura duplica la temperatura a lo que se encuentra el material a trabajar casi a 5504ºC, y con estos parámetros se ob- tiene un mejor corte y mayor precisión en el área de trabajo del material.

El escáner 3D, dentro de la producción de prototi- pos, ayuda a la reconstrucción del modelado 3D, para así tener una visión clara de errores, o posibles modi- ficaciones dentro del diseño inicial. El escaneo 3D nos genera una malla o nube de puntos en 3 dimensiones, con esto podemos realizar una modificación de esta malla a esto se lo denomina la ingeniería inversa, es realizar una reingeniería, un rediseño o directamente para volver a fabricar el objeto. La reconstrucción 3D permite conocer aspectos geométricos de objetos de los cuales no se tiene referencia [12].

El diseño de mobiliario es una disciplina técnica que requiere de habilidades, como el control de materiales, procesos de fabricación, gestión de los proveedores, cálculos de estabilidad, ergonomía, diseño en 3D, ma- quetación y producción de un prototipo real. Para ello, el curso ofrece tanto el apoyo de los profesionales del sector como de medios que se ponen a disposición del alumno en el taller de modelística y el FabLab [13]. Se usaban como motivos decorativos renacentistas, ara- bescos tallados con cabezas de perfil, luego el cambio se extiende en la propia estructura de los muebles. La utilización generalizada del torno y del tallado, permi- ten al mobiliario alcanzar diseño original y definir los rasgos característicos de un estilo propio [14].

II.DESARROLLO

La madera es un elemento base de materia prima, con este material se desarrolla varios trabajos, estando presente en ellos de una pequeña o gran manera. Se usa maderas de gran calidad, por eso es muy importante para nosotros, su selección y posterior elección [16].

Los mobiliarios tienen origen, evolución y progreso frente a la humanidad, primero como un objeto, a partir de ello se descubrió que efectúan varias funciones que pueden ser utilizados de distintas maneras y cumplir de

Tabla 2. Tipos de madera para mobiliarios

manera estética ciertas necesidades.

La estructura de la madera determina en gran me- dida propiedades y características de ésta. En el caso de las maderas, la estructura viene dada por elementos anatómicos que la forman: células, vasos leñosos, fi- bras, canales de resina, etc. Así, la composición celular, grosor, simetría, etc., de estos elementos determinan las características de la madera, y junto a las otras propie- dades físicas y mecánicas, sus posibles usos [17].

Fuente: Propia

A. Factores influyentes en la implementación

La implementación del prototipado rápido es una tecnología que altera a toda la sociedad facilitando la creación y personalización de productos, logrando sa- tisfacer necesidades con un alto nivel de complejidad en específico. En la actualidad esta tecnología se ha ex- tendido mundialmente ya que los ordenadores poseen habilidades para la creación de productos directamente desde la parte digital, es por ello que la impresión 3D está cambiando al mundo de la fabricación [19].

La tecnología 3D es cada día más recurrente en el mundo del mobiliario y es importante ya que permite ofrecer piezas únicas o series de mobiliario limitadas, una correcta implementación no sólo reduce costes sino también merma tiempo y procesos de elaboración, es decir una tecnología versátil capaz de generar un valor agregado al material y su diseño.

Para determinar un estudio cuantitativo de la facti-

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bilidad de implementación de este sistema acerca del di- seño de mobiliario, se consideraron factores que actua- ron como variables para la elaboración de un modelo de regresión logística; permitiendo estimar la probabilidad de una variable cualitativa binaria en función de una va- riable cuantitativa. Una de las principales aplicaciones de la regresión logística es la organización binaria, en el que las observaciones se clasifican en un grupo u otro dependiendo del valor que tome la variable empleada como predictor [18]. Como primer factor se encuentran los costos, la implementación de maquinaria CNC y 3D incluyen altos costos de importación cuyos precios en Ecuador oscilan entre 3000 y 11000 USD, otro peligro evidente es la tecnofobia, que abre paso a realizar es- fuerzos para evitar costos a corto plazo asociados con una nueva tecnología que terminarán negando el acceso a sus beneficios a largo plazo [20].

El siguiente componente es la tecnología, el para-

digma tecnológico actual en el país, en el caso concreto de Ecuador, existen grandes retrasos en relación al uso de tecnologías, así como en la infraestructura de las co- municaciones. Esta realidad afecta al normal desarrollo productivo del Estado y con ello a la creación de pues- tos de trabajo para los jóvenes que ingresan al mercado laboral [21].

Recursos, el tercer factor influyente, se conoce como las capacidades en cuanto a infraestructura que pre- sentan empresas del sector mobiliario, por el espacio requerido al momento de la elaboración del producto, el tamaño de la maquinaria y los requerimientos de la misma. Es importante proteger la maquinaria del medio ambiente circundante y de riesgos de impacto mecáni- co, ubicarla en un espacio central para facilitar la circu- lación de los usuarios alrededor de ella, adecuar las con- diciones de iluminación, ventilación y desplazamiento en el espacio asignado [22].

El cuarto factor influyente es confiabilidad, qué tan exacto es el prototipo a comparación del modelado di- gital; la confianza que emiten las máquinas y el proceso.

[23]describe la situación como la “Falta de confianza en la tecnología, porque en proyectos tecnológicos pa- sados ofrecieron resultados parciales, o duplicaron los costos y el tiempo previsto en su realización.”

Al no conocer acerca del prototipado rápido y la creación de nuevas ocupaciones, en consecuente se ge- nera incertidumbre acerca de los procesos y evolución de la tecnología, por lo tanto, también se considera al desconocimiento como factor influyente.

La incidencia del manejo de software 3D se toma en cuenta como sexto factor expuesto debido a que las entidades encargadas manejan este tipo de herramientas computacionales. En general, la utilización de software en Ecuador es aún baja y es posible esperar un creci- miento importante de la demanda proveniente de áreas económicamente importantes para el país como turis- mo, agroindustria, desarrollo medioambiental y entida- des gubernamentales [24].

Como último factor de influencia, se considera la capacitación en el manejo de maquinaria CNC e impre- soras 3D, la falta de la misma propicia a que la empresa piense en no efectuar este tipo de tecnología, a pesar de su interés en la implementación de esta.

III.METODOLOGÍA

B. Entrevistas realizadas

Para evaluar la factibilidad de la implementación del prototipado rápido en diseño de mobiliario, se conside- ró analizar distintas empresas que trabajan en esta línea en Quito-Ecuador, identificando la información más

relevante y estrictamente reservada en bases de datos identificadas para garantizar la calidad y la veracidad de la información recolectada. Las entidades entrevistadas son empresas reconocidas a nivel nacional, encargadas exclusivamente del diseño de mobiliario, con niveles estables de ingresos y un buen posicionamiento dentro del mercado.

C. Encuestas realizadas a profesionales

Se realizaron encuestas dirigidas profesionales den- tro de la rama industrial, de diseño y producción, quie- nes poseen conocimientos de prototipado rápido y labo- ratorios de fabricación, mediante los datos obtenidos, se llevó a cabo un análisis de factibilidad mediante un mo- delo de regresión logística, con variables establecidas.

Los datos a considerar fueron recopilados a partir de datos estadísticos de la Secretaria de Educación Supe- rior, Ciencia, Tecnología e Innovación, abarcando ra- mas como: ingeniería industrial, mecánica industrial y diseño industrial. Para obtener el tamaño de la muestra se aplicó la medición de una prueba finita, denotada en la ecuación (1):

En donde, n representa el tamaño de la muestra, e el margen de error, en este particular de 0.05%, p es la probabilidad a favor de 50%, q es la probabilidad en contra de 50%, z es el nivel de confianza de 95% o numéricamente 1.96, y N la población de 85 361, co- rrespondiente a los datos de la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación. La muestra determinada mediante la ecuación 1, corresponde a 98 personas a encuestar.

D. Análisis de datos

A partir de los acercamientos realizados con las di- ferentes entidades, se relacionan variables para generar un modelo cuantitativo para el análisis de factibilidad, el modelo se describe en la ecuación (2):

(2)

Donde Y representa la factibilidad; Bn valores es- perados establecidos y Xn son variables cuyos datos fueron obtenidos mediante la recolección de esta in- formación. En la tabla IV se indica la elaboración del modelo de regresión logística, crea porcentajes de acep-

tación según la recopilación de datos, para el análisis particular el valor arrojado determina la factibilidad de implementación de esta tecnología en base a los aspec- tos limitantes anteriormente expuestos.

Mediante una cuantificación de 0 y 1 para respues- tas afirmativas y negativas, se logran establecer valores numéricos para cada variable, este estudio demuestra la factibilidad para la implementación de esta tecnología en base a los aspectos de bondad que representa el mo- delo de regresión logística expuesto.

Tabla 3. Datos esperados Bn

Fuente: Propia

Tabla 5. Tabulaciones de entrevistas

Tabla 4. Modelo de Regresión Logística

Modelo de Regresión Logística

Bn Xn BnXn

Fuente: Propia

III.RESULTADOS

A.Tabulación de datos, entrevistas

Temática central: implementación del prototipado rápido dentro del sector mobiliario

Para poder clasificar esta información obtenida se tomó como referencia las respuestas de distintas empre- sas del sector mobiliario centrado en los factores que la empresa ha considerado para que no se implemente el prototipado rápido, así como su interés para la ejecu- ción a corto o largo plazo.

Posterior a las entrevistas realizadas a diferentes empresas se pudo evidenciar que el desconocimiento es el principal factor por el cual no se ha podido imple- mentado el prototipado rápido, sin embargo, en muchas empresas se evidencia el deseo de empezar a reducir tiempos de producción y dar nuevas propuestas a sus principales clientes, con lo cual se puede identificar los aspectos para introducir dicha tecnología dentro del me- dio.

Según el estudio realizado, indica que los factores: costos, tecnología, recursos, confiabilidad, descono- cimiento, manejo de software y capacitación influyen en un 78.51%, cifra que representa la incidencia de los mismos dentro de la implementación de prototipado rá- pido en la industria de diseño de mobiliario, el estudio pone a consideración los factores que deben ser sujetos a mejora en cada uno de sus procesos para lograr el de- sarrollo de esta tecnología en las empresas.

Figura. 1. Resultado de encuestas realizadas Fuente: Propia

En la figura 1, revela que un 96.5% de los encues- tados afirman la importancia de la implementación del prototipado rápido en el sector mobiliario, demostrando la factibilidad que tiene esta tecnología para ser desa- rrollada. Las entidades entrevistadas aún no han imple- mentado la fabricación digital por el desconocimiento de la tecnología, de sus beneficios en cuanto a optimi- zación de tiempo y recursos, desarrollo económico y mejora continua de procesos y productos.

Los costos de fabricación digital representan el prin- cipal factor limitante para la implementación de este

sistema en la industria del mobiliario, precios de ma- quinarias y materias primas necesarias para el proceso.

V. CONCLUSIONES

La relación entre las variables que impiden activar esta tecnología en las empresas dedicadas al diseño de mobiliario respecto al conocimiento dentro del proceso de prototipado rápido son puntos claves en el déficit de la implementación de la fabricación digital.

La información recopilada señala que el prototipado mejora las ganancias de una empresa, en consecuente, las compañías estarían dispuestas a realizar la inversión con la consideración de un análisis costo beneficio, es un proceso que de manera general evalúa un determi- nado proyecto de un esquema para tomar decisiones. Involucra, de manera explícita o implícita determinar el total de costos y beneficios de las alternativas para seleccionar la mejor o más rentable. Este análisis se de- riva de la conjunción de diversas técnicas de gerencia y de finanzas con los campos de las ciencias sociales, que presentan tanto los costos como los beneficios en unidades de medición estándar usualmente monetarias para que se puedan comparar directamente.

Existen factores que dificultan la implementación del prototipado rápido, representado por el 78.51% del modelo de regresión logística, a pesar de esta cifra, el 96.5% de los encuestados afirman la factibilidad de la implementación mediante procesos de mejora. Para la implementación del prototipado rápido se deben exa- minar estos factores para evaluar la factibilidad del pro- ceso.

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RESUMEN CURRICULAR

Christian Barba Estudiante de Ingeniería en Diseño Industrial de la Universidad Central del Ecuador; Graduado de la Academia Naval Almirante Nelson (ANAN), 0000-0003-0545-5584