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El MIT es conocido como una fábrica de ideas. También puede llamar al MIT una fábrica de aprendizaje. Pero para un grupo de estudiantes durante el último año, el MIT ha sido, en efecto, una fábrica.
El equipo de estudiantes graduados diseñó y construyó, completamente en un laboratorio del MIT, una planta de ensamblaje para un sistema de extrusión de fibra de escritorio reconfigurable de bajo costo.
La fábrica fue el proyecto de tesis de los alumnos de la Maestría en Ingeniería en Manufactura Avanzada y Diseño. El equipo transformó el dispositivo de extrusión de fibra (Fr)(E)(D), o FrED, de una única unidad de prueba de concepto de $5400 a 25 unidades fabricadas a un costo de alrededor de $200 cada una, una reducción del 96 % en los costos.
Los FrED están listos para ser entregados a estudiantes de manufactura avanzada en Monterrey, México, como parte de una colaboración a largo plazo entre el Tecnológico de Monterrey y el MIT, dijo Brian Anthony, director asociado de MIT.nano y responsable del programa de inmersión industrial a mecánica. ingeniería, que asesoró a los alumnos.
Los dispositivos y la fábrica son parte de un «círculo virtuoso de educación», dice Anthony. “Los dispositivos se utilizarán como herramienta educativa en las aulas de pregrado y posgrado del MIT y del Tec de Monterrey este año académico, así como en la capacitación vocacional de la fuerza laboral manufacturera en México. La propia fábrica del MIT seguirá sirviendo como plataforma para enseñar a nuestros estudiantes sobre el diseño de líneas de montaje y otros conceptos de fabricación.
«Una pistola de pegamento con esteroides»
El FrED original fue construido en 2017 por el estudiante de doctorado de Anthony, David Kim. Introduce barras de pegamento y el sistema extruye, enfría y enrolla la fibra, guiado por sensores en el camino. El producto compacto y relativamente económico enseña a los estudiantes sistemas de fabricación y control a través de un dispositivo donde pueden modificar varios procesos para variar el diámetro final de la fibra.
Esta «pistola de pegamento con esteroides» es una buena herramienta tanto para estudiantes como para profesionales, dice Anthony, porque representa «un equilibrio entre un proceso que es conceptualmente fácil, pero tan pronto como se puede entender un poco por debajo del capó, se puede hacer muy complejo.
Para expandir su utilidad y alcance, FrED necesitaba ser aún más económico, más fácil de ensamblar y más fácil de usar. Aquí es donde entran Russel Bradley, Aviva Jesse Levi MNG ’22, Rui Li MNG ’22 y Tanach Rojrungsasithorn MNG ’22.
El equipo de estudiantes graduados trabajó a tiempo parcial en la primavera y a tiempo completo en el verano para construir y probar un nuevo prototipo FrED, encontrar una forma de fabricar el dispositivo a escala y luego establecer una cadena de suministro y una línea de ensamblaje para construir las 25 unidades. El nuevo FrED tarda unos 12 minutos en estar listo para usar, según descubrió el equipo durante las pruebas de usuario.
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Estudiantes del MIT crean planta de ensamblaje única para dispositivos de extrusión de fibra
Se dividieron el trabajo: Rojrungsasithorn administró la fábrica y se aseguró de contar con el equipo adecuado, Levi trabajó en el diseño de la extrusión de preformas de fibra y la estructura general de FrED, Li desarrolló los sistemas de medición de fibra y diámetro, y Bradley trabajó en la electrónica del dispositivo.
El equipo encontró varias formas de reducir los costos de FrED. Para empezar, cambiaron muchas piezas de metal a plástico y utilizaron impresoras 3D para fabricar algunas piezas internamente.
El equipo encontró problemas en la cadena de suministro relacionados con la pandemia, pero «obtuvimos muchas piezas estándar», dice Levi. «Muchos de los engranajes que forman parte del sistema de extrusión están listos para usar, puede comprarlos en Amazon o McMaster-Carr o en esos sitios web estándar, que también ayudaron».
Mientras Li trabajaba en el sistema de recolección de filamentos del dispositivo, que contiene varios engranajes, descubrió que la variación en las piezas impresas en 3D «era incluso mayor de lo que esperaba». Era difícil ver esto en el mundo real en comparación con un libro de texto.
El nuevo diseño redujo la cantidad de microprocesadores y motores y cambió el costoso sistema de medición del micrómetro láser, reemplazándolo con «un concepto que en su lugar utiliza cámaras, aprendizaje automático y teoría de la visión artificial», dice Bradley.
El equipo también creó un conjunto de archivos de diseño 3D y procedimientos operativos y de fabricación estándar para que los estudiantes en Monterrey u otros lugares «puedan replicar nuestra planta de producción y las generaciones futuras». [of FrED] puede estar lo más cerca posible del nuestro”, señala Rojrungsasithorn.
La instalación de la fábrica le enseñó al equipo otra lección importante: al principio puede ser difícil unir partes individuales para que funcionen como un sistema. “A veces hay errores que no ves hasta que lo pones todo junto”, dice Bradley.
Contratos de futuros de fábrica
El proyecto confirmó para Levi, Li y Rojrungsasithorn que los próximos pasos en sus carreras se encuentran en la fabricación y el diseño. Levi tomó un trabajo como ingeniero de diseño mecánico en Tesla, Li trabaja como ingeniero de diseño de herramientas mecánicas en Intel y Rojrungsasithorn regresó a Tailandia para trabajar en la fábrica de su familia, que fabrica bastidores que almacenan piezas proporcionadas a los fabricantes de automóviles.
Bradley está en el MIT por otro año, manteniendo la fábrica y usándola como herramienta de enseñanza en un curso de sistemas de fabricación. Tener la fábrica en el campus «es realmente algo especial», dice, porque la mayoría de las universidades solo tienen instalaciones tipo makerspace para crear uno o dos prototipos.
En Monterrey, los nuevos FrED se utilizarán “para enseñar a los ingenieros conceptos relacionados con el control de procesos, sensores, aprendizaje automático y procesos de fabricación”, agrega Anthony, con miras a algún día montar una fábrica en el campus de México.
