UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE ARQUITECTURA Y ...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO

DOCTORADO EN DISEÑO

Estudio de tecnología de modelado 3D para su aplicación en escultura
sustentable.

TESIS DE DOCTORADO

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE DOCTORA EN DISEÑO

PRESENTA: M. en A.V. GUADALUPE NAYELLI GARCÍA RAMÍREZ

Director: Dr. Silverio Hernández Moreno

Tutor adjunto externo: Dr. Álvaro Villalobos Herrera
Tutores adjuntos internos: Dr. Ignacio Mendiola German
Dr. Ricardo Victoria Uribe
Dr. Arturo Santamaría Ortega

Toluca, Estado de México, Febrero 2017

Agradecimientos

Siempre quiero agradecer a Dios que me
permitió aprender en este periodo, por todas
las bendiciones que pone en mi camino.

Agradezco a mi padre, mi madre, hermanas,
cuñados, Karina, Dereck y Tanock por su
amor y apoyo. A David por sus valiosos
comentarios a mi trabajo, y paciencia.

Agradezco a cada uno de los doctores del
CIAD-FAD que abrieron la puerta de su
oficina para asesorar mi proyecto, por su
paciencia, constancia, tolerancia y consejos
para conmigo.

Gracias a mi compañero Deniss por sus
valiosos consejos y comentarios para
enriquecer dicho proyecto, por su amistad.

Gracias a mis amigas Vero, Elizabeth,
Monica, Ely, por su apoyo y amistad.

Gracias a los escultores Alí y Monica por sus
consejos y asesorías, por su gran amistad.

Gracias Josué Tello por su aportación en la
temática de impresión 3D y dibujo digital.

Contenido

CONTENIDO ......................................................................................................................................5
INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................................9
1. ANTECEDENTES Y PROBLEMÁTICA ...................................................................................13
1.1. INTRODUCCIÓN DE CAPÍTULO ...............................................................................................14
1.2. ANTECEDENTES DEL TEMA ...................................................................................................14
1.2.1. Planteamiento del problema ....................................................................................17
1.2.2. Justificación ..............................................................................................................19
1.2.3. Hipótesis ...................................................................................................................23
1.2.4. Objetivo general ........................................................................................................24
1.2.5. Objetivos particulares ...............................................................................................24
1.2.6. Metodología ..............................................................................................................25
1.3. CONCLUSIONES DE PLANTEAMIENTO ....................................................................................28
2. TECNOLOGÍA DE MODELADO 3D Y SU APLICACIÓN EN LA ESCULTURA .....................30
2.1. INTRODUCCIÓN DE CAPÍTULO ...............................................................................................31
2.2. CONCEPTO DE CAD ............................................................................................................32
2.2.1. Modelado de sólidos .................................................................................................34
2.2.2. Renderizado .............................................................................................................44
2.3. ¿QUÉ ES RP? ....................................................................................................................46
2.3.1. Tecnología RP para modelado 3D ............................................................................48
2.3.2. Breve historia de tecnologías RP ..............................................................................50
2.3.3. Procesos básicos ......................................................................................................53
2.3.4. Aplicaciones..............................................................................................................55
2.3.5. Tecnologías más difundidas .....................................................................................56
2.3.6. Materiales poliméricos ..............................................................................................63
2.4. CONCEPTO DE CNC ...........................................................................................................65
2.4.1. Corte chorro de agua ................................................................................................67
2.4.2. Corte láser ................................................................................................................68
2.4.3. Corte de plasma .......................................................................................................72
2.5. ESCÁNER 3D ......................................................................................................................73
2.6. IMPRESIÓN 3D ....................................................................................................................77
2.7. ESCULTURA DISEÑADA CON NUEVAS TECNOLOGÍAS ..............................................................82
2.7.1. Concepto de escultura ..............................................................................................83
2.7.2. Casos de obra que utiliza tecnología de modelado tridimensional ..........................85
2.7.2.1. Software para modelado tridimensional ........................................................................... 86
2.7.2.2. Obra con impresión 3D .................................................................................................... 92
2.7.2.3. Obra intervenida con máquina CNC ................................................................................ 98
2.7.2.4. Obra intervenida con pantógrafos motorizados .............................................................. 102
2.7.2.5. Obra intervenida con corte con chorro de agua .............................................................. 102
2.7.2.6. Obra intervenida con corte láser .................................................................................... 109
2.7.2.7. Obra intervenida con corte de plasma............................................................................ 109
2.7.2.8. Obra con intervención de escaner 3D ............................................................................ 111
2.8. CONCLUSIONES DE TECNOLOGÍA DE MODELADO 3D Y SU APLICACIÓN EN LA ESCULTURA ........ 120
3. CONCEPTOS BÁSICOS DE SUSTENTABILIDAD ............................................................... 123
3.1. INTRODUCCIÓN DE CAPÍTULO ............................................................................................. 124
3.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE SUSTENTABILIDAD ....................................................................... 124
3.2.1. Desarrollo sustentable o Sustentabilidad ................................................................ 124
3.2.2. Eco-Diseño ............................................................................................................. 126
3.2.3. Eco-Rediseño ......................................................................................................... 131
3.2.4. Diseño Sustentable ................................................................................................. 132
3.3. CONCEPTO DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA ........................................................................ 134
3.3.1. Aplicaciones del ACV ............................................................................................. 136
3.3.2. Etapas del ACV ...................................................................................................... 138
3.3.3. Objetivo de estudio del Análisis de Ciclo de Vida y alcance ................................... 139
3.3.4. Análisis de inventario de Ciclo de Vida ................................................................... 141
3.3.5. Evaluación de Impacto de Ciclo de Vida. Cálculo de Indicadores .......................... 144
3.3.6. Metodologías básicas para evaluar impacto ambiental .......................................... 147
3.4. CONCLUSIONES DE CONCEPTOS BÁSICOS DE SUSTENTABILIDAD ........................................... 153
4. LCA EN IMPRESIÓN 3D ....................................................................................................... 156
4.1. INTRODUCCIÓN DE CAPÍTULO ............................................................................................. 157
4.2. ACV EN IMPRESIÓN 3D ..................................................................................................... 157
4.3. ¿QUÉ ES ÁCIDO POLILÁCTICO (PLA)? ................................................................................ 165
4.3.1. PLA para impresión 3D ........................................................................................... 169
4.3.2. ACV de PLA............................................................................................................ 171
4.4. CONCLUSIONES DE ACV EN IMPRESIÓN 3D ........................................................................ 174
5. CASO DE ESTUDIO: ANÁLISIS COMPARATIVO DE DOS FORMAS DE FABRICACIÓN DE
UNA BANDA DE MOEBIUS, CON ENFOQUE SUSTENTABLE .................................................. 176
5.1. INTRODUCCIÓN DE CAPÍTULO ............................................................................................. 177
5.2. CASO: BANDA DE MOEBIUS ............................................................................................... 178
5.2.1. La escultura Banda de Moebius ............................................................................. 178
5.2.2. Fabricación en FV ................................................................................................... 185
5.2.3. Fabricación impresa en 3D con PLA ...................................................................... 187
5.3. COMPARACIÓN DE COSTOS ENTRE FABRICACIÓN DE FV E IMPRESIÓN 3D-PLA...................... 190
5.4. FUNDAMENTOS DEL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA .................................................................. 193
5.4.1. Metodología ............................................................................................................ 194
5.4.2. Objetivos y alcance de estudio ............................................................................... 195
5.4.3. Datos de inventario ................................................................................................. 196
5.4.3.1. Modelado artesanal ....................................................................................................... 196
5.4.3.2. Modelado 3D ................................................................................................................. 198
5.5. EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................... 199
5.5.1. Interpretación de resultados ................................................................................... 201
5.5.1.1. Comparación de alternativas ......................................................................................... 201
5.5.1.2. Análisis individual de etapas .......................................................................................... 202
5.6. DISCUSIONES ................................................................................................................... 205
5.7. CONCLUSIONES DEL CASO DE ESTUDIO ............................................................................... 213
6. CONCLUSIONES GENERALES ........................................................................................... 215
7. FUENTES DE INFORMACIÓN .............................................................................................. 219
8. GLOSARIO ............................................................................................................................ 230
9. ANEXOS ................................................................................................................................ 235
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................... 241
ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................................... 245

Introducción

Quiero iniciar con una cita de París Matía:

Para cada forma habrá un material ideal, porque el material tiene propiedades de color, de
textura y de sensación. ...el peso en específico condicionará muchas veces el tamaño y
distribución de volúmenes… las técnicas de construcción y los procesos industriales han
ampliado mucho el campo de posibilidades de los escultores... Gracias a esta irrupción de
nuevos materiales, el escultor de hoy en día podrá ser capaz de abordar la construcción de
cualquier forma, siempre y cuando sepa elegir el material que por sus características
intrínsecas y plásticas se adapte mejor a la idea. (Matía, 2009:15).

Matía bien menciona que la elección del material condicionará sustancialmente el
método de trabajo, puesto que no es lo mismo trabajar con madera, piedra, metal
o un trozo de hielo; y agrega que todos los materiales tradicionales tienen
condicionantes, pero que en estos nuevos materiales es difícil que existan
limitaciones en escalas, materiales y formas.

Dentro del campo de la escultura existe una preocupación ocasionada por las
limitaciones de los propios materiales, pero con el surgimiento de tecnología de
modelado 3D (prototipado rápido) y nuevos materiales abre una amplia gama de
posibilidades para solucionar los problemas de producción dentro de un taller.

Debido a eso la presente investigación es de carácter técnico, puesto que habla
de aspectos específicos de los sistemas de prototipado rápido, como una
posibilidad innovadora.

El tema “Estudio de tecnología de modelado 3D para su aplicación en escultura
sustentable” surge de la necesidad de mejorar costos, calidad en acabados y
mayor exactitud en el volumen de la escultura en comparación a los métodos
tradicionales dentro del área del modelado tridimensional, así pues interesa a
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escultores y artesanos; no dejando de lado la manipulación de los materiales
tóxicos.

La línea de investigación institucional es “Patrimonio, Ambiente y Tecnología” a la
que se inserta dicho proyecto de investigación. El objeto de estudio consiste en
analizar la viabilidad del uso de tecnología de modelado 3D para hacer escultura
híbrida con un menor impacto ambiental en comparación con el método de
aplicación de la fibra de vidrio con resina poliéster, ya que el manejo de este último
puede ser tóxico para la persona que manipula dicho material aunado al daño al
medio ambiente.

La hipótesis a comprobar es la siguiente: Si se utiliza tecnología de modelado 3D
para la escultura de pequeño formato, entonces se obtiene mayor exactitud en las
medidas, se reduciría el impacto ambiental en comparación con el método de
aplicación de fibra de vidrio, así como la disminución de costos en el proceso y
menor daño a la salud.

Para dicho enfoque los objetos secundarios son: conceptualizar la tecnología
como herramientas de modelado 3D; mencionar qué tecnología se aplican a la
escultura actual; describir los materiales y procesos tradicionales en el modelado
de una Banda de Moebius (BM) de mediano formato; producir una escultura
utilizando una herramienta tecnológica, imprimir una BM; realizar un análisis
comparativo de unidades contaminantes del proceso de modelado tradicional con
el proceso tecnológico para evaluar cual tendría menor impacto ambiental
utilizando la herramienta de Sima Pro 8.0; y realizar un comparativo de costos de
la producción de la BM realizada de manera artesanal con la impresa en 3D.

La propuesta de dicha investigación radica en proponer el uso de tecnologías de
modelado 3D como lo es el prototipado rápido, para la fabricación de escultura y
también como una herramienta que posibilita el proceso creativo de generación
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