Carrocería de autobús

Se necesitaba refrescar el diseño de la línea de autobuses de una empresa carrocera.  Las carrocerías no eran aerodinámicas y su diseño era una copia de los 70s.  Se requería desarrollar una carrocería urbana y otra interurbana. Se realizó una investigación sobre las últimas tendencias de diseño automotriz y se integraron soluciones a problemas de inventarios y logística.  Por ejemplo, los parabrisas no se podían fabricar en Costa Rica y había izquierdos y derechos. Se logró modelar un parabrisas reversible y aerodimámico basado en un manto esférico.  La empresa nunca había contado con un modelo tridimensional por computadora de su carrocería.  Modelamos el chasis, las superficies externas, las estructuras portantes y todos los accesorios.

El proyecto incluyó la integración de la estructura de la carrocería con el chasis fabricado en Asia. Esto requirió modelar todos los componentes en 3D, simular los esfuerzos principales por FEA y luego validarlos en la estructura del prototipo.  Se usaron galgas de deformación y un deformímetro para medir los esfuerzos en diversos tipos de pruebas a carga plena sin enchapado.  Se realizaron pruebas de carretera con el bus sin enchapado y luego completamente terminado.  Luego se desarrollaron jigs o plantillas de ensamble para soldar las diferentes estructuras de la carrocería y así acelerar la producción y mejorar la estabilidad dimensional.

El reto de diseño era redireccionar los rayos solares incidentes en oficinas de ventanales verticales, para generar iluminación natural y evitar el desconfort de los usuarios.  Las soluciones tradicionales incluyen elementos arquitectónicos externos a la fachada o cortinas y filtros internos que en principio bloquean la luz, requiriendo encender la iluminación artificial.  Se estudió el principio de los colectores solares anidólicos, que redireccionan la luz sin generar formas.  Como parte del reto se definió que el dispositivo debería redireccionar la luz hacia el cielo raso a las diferentes horas de exposición de la fachada sin causar deslumbramiento a los usuarios y sin necesidad de ajustar las superficies en el transcurso del día.

En el proceso de afinamiento de la geometría y disposición óptimas, se generaron decenas de miles de reflecciones a lo largo de 12 propuestas y 5 prototipos funcionales.  Se escogió el acero inoxidable especular para construir las lamelas.  Se definió que, a pesar de que la instalación externa a la fachada brinda la mayor reducción térmica, requiere de un mayor gasto de instalación y mantenimiento.  Así que la propuesta final se parece más a una persiana interna pero con propiedades de iluminación (opuesto al concepto de persiana).  Otro requisito de diseño es que los usuarios pudieran ver através del dispositivo con al menos 40% de área visible hacia el exterior.

El último prototipo se instaló en una oficina administrativa durante un período de tres semanas y se midieron las variables de luz y calor con sensores grabadores de datos (data loggers).  La oficina estuvo en uso durante toda la prueba y el usuario indicó que no tuvo que encender la luz artificial en ningún momento del día, a pesar de que, estando en una fachada oeste, el sol solo incidía en las tardes.  Esto comprobó que el dispositivo también aprovechaba la claridad del día para iluminar el espacio sin incidencia directa del sol.  Más imágenes en la galería de imágenes.

El reto de diseño fue aprovechar una nueva tecnología de fuentes de luz para iluminar naves industriales con alturas internas de hasta 14 metros.  Así que el aspecto más importante del diseño fue el direccionamiento eficiente de la energía luminosa hacia las zonas requeridas.  Otros aspectos morfológicos incluidos en el diseño fue la reducción total del volumen de la luminaria, para lograr reducir el costo de flete para exportación al caber más unidades por contenedor.  Así que se dispusieron los balastros a los lados de la luminaria lo cual logró un mejor enfriamiento de éstos.  Las propuestas de reflectores para las diferentes configuraciones de tubos se simularon por computadora para validar la eficiencia energética y luminosa y para comprobar la distribución del flujo luminoso.  Los resultados fueron mejores de lo esperado y se procedió a la fabricación de los prototipos funcionales.

Los reflectores se especificaron en aluminio especular de 86% de reflectividad.  Éstos se diseñaron en tres partes longitudinales, dos de las cuales se podían retirar fácilmente para dar mantenimiento a los componentes electrónicos.  El cuerpo se fabricó en lámina de acero postpintado con polvo.  Se realizaron pruebas de fabricabilidad, instalación y temperatura para validar todos los parámetros funcionales.  

La alta eficiencia energética y la fabricabilidad del producto causaron un impacto inmediato en el mercado nacional e internacional.  Se comenzaron a ganar proyectos de iluminación contra marcas extrangeras, lo que requirió aumentar los volúmenes de fabricación.  El diseño fue posteriormente fabricado en otros países de Latinoamérica y se fabricó en Costa Rica para el mercado estadounidense, gracias a su innovación y bajo costo.  Más imágenes en la galería de imágenes.

Una empresa líder en iluminación perdió un proyecto grande contra una empresa pequeña porque el producto que propuso era anticuado y el cliente quería un diseño más moderno y eficiente. La empresa pequeña copió unos diseños de luminaria fabricadas en aluminio extruido con formas redondeadas.  Así que el reto era desarrollar una luminaria de instalación lineal con un diseño más orgánico, un buena eficiencia y uniformidad luminosa y que fuese fabricable en laminación.  El estudio comenzó con el reflector de aluminio anodizado especular, para maximizar el flujo en la sección transversal más angosta posible.  Se aprovechó en el diseño del cuerpo una antigua matriz de curvado de láminas que ya no se usaba, pero que aplicada de manera inortodoxa, generaba un diseño integrado y orgánico.

Como parte del concepto de diseño se necesitaba diseñar una tapa para rematar los extremos de cada línea de luminarias.  Al tener la luminaria una sección orgánica, era tecnológicamente inviable fabricarla por laminación, así que se especificó la técnica de inyección de plástico para su fabricación.  Se imprimió el prototipo de tapa en FDM para comprobar el ajuste con el cuerpo y el acabado en general.  Se fabricó el molde con el logotipo grabado y las piezas calzaron perfectamente y podían absorber pequeñas variaciones de fabricación en el cuerpo. 

El producto fue un éxito y se comenzó a especificar en muchos proyectos tipo retail en la región.  También se desarrolló una versión con iluminación indirecta por medio de ranuras troqueladas por CNC en el cuerpo antes del curvado.  La uniformidad del flujo luminoso proyectado en las superficies horizontales (pisos, mesas, góndolas, etc.) fue muy superior al diseño de la competencia y ganó muchos proyectos por esta característica.  Más imágenes en la galería de imágenes.

Ante el exitoso desarrollo de la luminaria lineal contínua en lámina de acero, el equipo de mercadeo de la empresa decidió que se debía desarrollar una familia de luminarias en perfil extruido con formas orgánicas.  La competencia ya tenía varias matrices de extrusión diferentes para formar las diferentes morfologías que componían sus líneas de productos.  El diseñador industrial decidió que era factible formar todas las morfologías deseadas con un solo perfil de aluminio.  Este concepto lograría varias ventajas:  reducir el costo inicial de matrices a una sola, reducir el inventario de partes extruidas a un solo perfil, y flexibilizar el inventario requerido para cualquier producto que solicitara un proyecto.  Se imprimió en 3D una sección del perfil con FDM para comprobar la factibilidad constructiva y de ensamble.

Como parte del proceso de desarrollo se diseñaron en 3D y simularon los flujos luminosos de todos los modelos, para anticipar todos los retos constructivos.  Finalmente se investigó el suministro de perfil extruido en la región centroamericana y se mandó a fabricar la matriz de extrusión.  Además se diseñaron los accesorios plásticos requeridos para rematar los extremos de los perfiles y para colgar las luminarias.  Para reducir el costo de moldes de inyección de esos componentes, se usó un mismo molde para injectar las piezas aunque se especificaron en diferentes resinas.  Para lograrlo se recurrió a un punto de inyección unilateral girable.  

La cantidad de diferentes modelos generados con diferentes dimensiones presentó el reto de diseñar un sistema de empaque que no impactara los inventarios de la empresa, debido a los mínimos de fabricación de los suplidores de cajas.  Así que, aprovechando que todos los modelos tendrían la misma altura, se conceptualizó y desarrolló un empaque modular basado en esquineros que luego se termoencogían.  Esta estrategia de empaque logró proteger el producto, minimizar el inventario de empaque y mostrar el producto al usuario sin necesidad de abrir el empaque.

La línea de luminarias de aluminio extruido fue un éxito ya que permitió ofrecer más de 150 modelos diferentes (SKUs) con un solo perfil de aluminio.  Conforme el volumen de producción fue aumentando, se compraron cierras especiales de corte y se diseñaron jigs de ensamble para agilizar y estabilizar la fabricación.  El control de la calidad de la geometría del perfil fue clave y se logró por medio de galgas "pasa-no-pasa" entregadas al fabricante del perfil con copias para la inspección de calidad de ingreso.  Más imágenes en la galería de imágenes.

Un fabricante de luminarias de parque recibió un reclamo de un proyecto importante ya que los componentes eléctricos habían hecho corto  circuito en varias ocasiones.  Se investigó el diseño y se encontró que el compartimento donde se alojaban los componentes eléctricos permitía el ingreso de agua y no quedaban fijados mecánicamente sino puestos adentro.  Adicionalmente se encontró que la bombilla no quedaba en el centro geométrico del globo acrílico y la carcasa de aluminio fundido era costosa por su masa y las operaciones de acabado que requería.  Se inició el proceso de reconceptualización de la ubicación de los componentes y el material de la carcasa.

La solución propuesta ubicó el balastro dentro del volumen de la esfera de acrílico y se usó como parte de la estructura para que la bombilla quedara en el centro geométrico.  Esto además redujo dramáticamente el volumen de la carcasa de aluminio, lo que bajó los costos.  La carcasa se separó en dos partes: una para fijar la esfera de manera sellada contra el agua y la otra para recibir el poste y fijar los componentes eléctricos.  Esto permitió que se pudiera retirar la esfera sin perder el sello y sin desarmar los componentes eléctricos.  Las superfices de las piezas fundidas en aluminio se dejaron con la textura original de la arena del molde, lo que mejoró la estética y eliminó un 80% de los maquinados posteriores requeridos, y bajó aún más los costos de fabricación.

Tanto los ingenieros a cargo de los parques como los equipos de mantenimiento del fabricante resaltaron la facilidad de instalación y acceso a los componentes de ese nuevo diseño.  Se logró mayor coherencia estética con la curvatura de la esfera y se bajaron los costos de fabricación.  No hubo más reclamos de cortos circuitos o humedad dentro de los componentes eléctricos.  Además, al ubicar la bombilla más arriba dentro de la esfera de acrílico, se logró disminuir la sombra que la carcasa proyectaba en el piso del parque.  Más imágenes en la galería de imágenes.

El reto era diseñar un objeto para ser fabricado por aspirantes a la carrera de Diseño de Productos de una universidad.  El objeto debería no solo ser utilitario sino que dejara enseñanzas sobre la importancia del diseño industrial.  El diseñador conceptualizó y desarrolló una silla de cartón corrugado cuyas secciones teselaran entre sí, aprovechando al máximo la lámina de cartón.  Esto enseñaría a los aspirantes el concepto del impacto ambiental por desperdicio de materias primas y el concepto de teselación en sí.

Para la fabricación por parte de los aspirantes se cortaron en láser plantillas acrílicas con las formas de las diferentes piezas.  Los aspirantes deberían calcar las pantillas en las láminas y luego cortarlas y armar las sillas.  Las plantillas enseñarían los conceptos de fabricabilidad, repetibilidad y diseño para el ensamble.  La actividad tomaría tres horas y los aspirantes podrían llevarse las sillas para la casa.  Se fabricó un prototipo para comprobar el correcto ajuste y robustez de todos los componentes.

El cliente solicitó el diseño de un recipiente de 50 litros de capacidad fabricado de cartón para recolectar desechos para reciclaje en escuelas públicas.  Además solicitó que la forma fuese novedosa para que llamara la atención y generara recordación.  El diseñador exploró diferentes geometrías y proporsiones para generar el volumen deseado y luego se basó en la morfología de los recipientes de papas a la francesa de restaurantes de comida rápida, para generar un volumen de mantos curvos.  En una primera etapa se proyectó en una sola pieza, pero luego se discutió con el cliente la posibilidad de que los residuos líquidos en botellas de refresco debilitaran el cartón. Así que se proyecto el recipiente con tapa independiente para sujetar bolsas plásticas para algunos residuos. 

El diseño contemplaba que se transportara en forma plana y se desplegara en sitio de manera fácil e intuitiva.  Como parte del proceso de desarrollo se fabricaron varios prototipos y se afinaron los medios de engomado y desplegado.  También se realizaron pruebas de resistencia estática a un 200% del peso esperado máximo de llenado.  Finalmente se incluyó una sección de plástico adhesivo a los puntos de contacto del recipiente con el suelo, para evitar que la humedad en pasillos y aulas debilitara el cartón en ese punto. 

Este proyecto inicia como una inquietud de usar la fabricación digital para desarrollar una línea de productos de bajo impacto ambiental.  El impacto ambiental de los productos industriales inicia con el origen las materias primas y sigue con el consumo energía y suministros y los desechos de los procesos de transformación y acabado.  El empaque y la eficiencia en el transporte también generan impacto ambiental y finalmente, la vida útil y el reciclaje también.

La hipótesis tecnológica y de diseño consiste en la fabricación por corte láser de productos en lámina de acero inoxidable 304 de 1mm de espesor.  La idea es que los productos sean comprados por el cliente final en forma plana para que los termine de configurar fácil e intuitivamente sin herramientas, siguiendo una secuencia de instrucciones gráficas.  El acero es una materia prima que abunda de fuentes de chatarra reciclada. Al alearlo con otros elementos queda protegido contra la corrosión.  Esto previene la necesidad de aplicarle tratamientos anticorrosivos y pinturas que aumentan el impacto ambiental y finalmente no logran alargar mucho la vida en ambientes húmedos.  La durabilidad de los productos fabricados en acero inoxidable 304 asegura una vida útil de más de 50 años de uso contínuo.  La venta en plano de los productos hace muy eficiente su transporte y almacenamiento, lo que reduce su impacto ambiental.

Se conceptualizó y diseñó una línea de objetos para la cocina y el hogar en general.  Primeramente se cortaron varios prototipos para calibrar las ranuras de doblado y comprobar los acabados.  Se notó que el equipo usado para cortar las piezas dejaba marcas en su acabado, así que se definió un postproceso sencillo para texturizar las piezas rápida y homogéneamente.  Finalmente se realizó un lote piloto de fabricación para validar varios de los diseños, para hacer pruebas de instalación y para muestras promocionales.

El proyecto comenzó con la necesidad de proteger del sol y la lluvia un puesto de comidas para estudiantes en la plazoleta central de una universidad.  El propietario del puesto era muy querido por los estudiantes y hasta salía en las encuestas de satisfacción de los estudiantes.  Pero sus ventas y su salud se veían afectadas durante la temporada lluviosa debido a que el puesto tenía un techo muy reducido.  Se estudió la posibilidad de cambiar el techo por uno más amplio, pero el viento se concentraba entre los edificios, generando fuertes ráfagas que podrían desestabilizar el puesto.  Así que se definió que debía proyectarse algún tipo de cubierta que fuese amplia y fijada firmemente, pero que no interfiriera con las actividades que se organizaran en la plazoleta.

Se propuso desarrollar una tensoestructura que sería fácilmente replegable o desmontable.  Se especificó un arco tensor de tubo del mismo diámetro que la baranda presente en la zona definida para su ubicación.   Al cotizar el proyecto con una firma especializada en tensoestructuras, el costo era de 3.5 millones de colones, sin instalación.  Esto estaba completamente fuera del presupuesto disponible.  Así que se procedió a desarrollar la geometría y los planos del arco y de la cubierta tensoestructurada, para buscar suplidores alternos.  La cubierta fue donada por una empresa de rótulos de carretera usando un material impermeable muy resistente.  El arco fue fabricado por un taller por 150 mil colones. El personal de mantenimiento de la universidad realizó los anclajes en los 6 puntos de contacto con la infraestructura existente y realizó el montaje.

Tanto el arco como la cubierta tensoestructurada calzaron según lo previsto en los modelos tridimensionales por computadora, incluyendo una distribución uniforme de la tensión en el manto de la cubierta.  La instalación se realizó en 3 horas (excluyendo los anclajes en concreto) y para la tarde de ese día la lluvia no afectó la operación del puesto de comidas.  El costo total del proyecto se estimó en 400 mil colones incluyendo accesorios, cables e instalación.  Más imágenes en la galería de imágenes.

Un fabricante de luminarias en Costa Rica fija sus módulos LED a la lámina del cuerpo por medio de unos componentes que entran a presión manualmente uno a uno en agujeros en la lámina. El problema es que esos componentes son importados desde Europa y se requieren muchos para fijar los módulos.  En algunas luminarias se requieren hasta 100 unidades, lo que hace más frágil la cadena de suministro ante picos inesperados de demanda. Además, afectan el costo de fabricación por el costo del componente y por la necesidad de coger e instalar cada uno manualmente. Otro inconveniente es que las patillas de agarre a la lámina sobresalen por el otro lado, lo que requiere otra lámina posterior que proteja al personal que manipula e instala estas luminarias. El reto consisitió en eliminar el componente por medio de alguna figura troquelada directamente en la lámina metálica.

El desarrollo inició con la búsqueda de figuras troqueladas que existiesen en la empresa y en los catálogos de suplidores de troqueles, que pudieran fijar firme y rápidamente los módulos.  Al no encontrar una figura que cumpliera estas condiciones se procedió a explorar diferentes conceptos morfológicos que podrían ser generados por una punzonadora CNC. Se estudiaron y modelaron diferentes geometrías y se llegó a un puente con lados inclinados en contrasalida, como se muestra arriba en la ilustración por computadora. Se mandó a fabricar la herramienta de punzonado y se iniciaron las pruebas de fabricación y fijación. Un requisito crítico de la fijación es que debe presionar al módulo LED contra la lámina para que pueda disipar el calor contra ésta. Así que también se hicieron varias pruebas de comportamiento térmico.

Las pruebas de ensamble apuntaron a que los módulos tienen una variabilidad de anchura que no podría ser absorbido por el nuevo troquel en forma monolítica. Se dificultaba el ensamble. Así que se insertó una ranura de ajuste en el centro del troquel con una herramienta existente. Esto permitió un ingreso y ajuste rápido de los módulos por medio de un simple movimiento de rotación con un destornillador plano. Las pruebas de ensamble y de temperatura fueron muy exitosas y se actualizaron los planos con esta mejora. Se constató también una mejora en la facilidad de mantenimiento en el campo por el personal de servicio técnico.

Como usuario de la feria del agricultor en Escazú experimenté el calor y el deslumbramiento que causa el uso de toldos convencionales. En la fotografía arriba no solo se aprecia que los usuarios deben usar sombreros o taparse el sol como puedan, sino que también el alto contraste entre las zonas soleadas y los productos bajo toldos no permiten que se aprecien claramente.  Además, si llueve durante la actividad, solamente los agricultores están protegidos, y los compradores deben portar un paraguas, aparte del carrito de compras.  También se investigó que han habido emergencias cuando el viento ha levantado todos que solamente estaban apoyados al piso, sin ningún anclaje que los retenga.

Se desarrolló un concepto de cubierta tensoestructurada sostenida por postes curvados, para evitar los aleros, rótulos y otros obstáculos que se proyectan sobre las aceras.  La cubierta abarcaría toda la anchura de la calle, protegiendo del sol y la lluvia tanto a vendedores como a compradores.  Los postes serían fijados a la acera por medio de pernos con un sistema que no quedara sobresaliente cuando no esté en uso la tensoestructura.  El sistema no requeriría de escaleras para su instalación ya que la parte alta del toldo se engancharía al poste alto antes de erguirlo y fijarlo.