TDX II Análisis, procesos, materialidad

TDX Valeria Ollivier Ortiz

Taller de Diseño Experimental II M.D.A. Gibsy M. Estrada Calderón Módulo I: Análisis, Procesos, Materialidad Valeria Ollivier Ortiz 07 junio 2021

Contenido 01. Introducción 02. Objetivos 03. Metodología 04. Análisis 05. Propuesta de sistema natural 06. Justificación de propuesta 07. Exploración diagramática 08. Evolución diagramática 09. Exploración morfológica 3d 10. Definición morfológica de prototipo final 11. Exploración de configuración de sistema 12. Configuración de sistema final 13. Proceso de fabricación digital 14. Proceso de fabricación análoga 15. Diagrama-síntesis del proceso de diseño experimental 16. Escenario especulativo 17. Reflexión final del proceso 18. Bibliografía

01. Introducción El presente trabajo de Taller de Diseño Experimental II: Análisis, procesos, materialidad se desarrolló un sistema material a partir de una metodología de proceso experimental y de biomimética. Mediante el análisis del sistema natural del panal, la exploración morfológica y la iteración, se generaron modelos digitales y análogos, para el proceso de fabricación a partir de moldes y diversos materiales.

02. Objetivos Objetivo General Incidir en el pensamiento lateral imaginativo a partir de métodos experimentales, para generar soluciones de diseño mediante procesos creativos.

Estimular la capacidad crítica y analítica para generar las bases de procesos específicos y metodologías de diseño en la búsqueda de soluciones a problemas emergentes e innovación.

Objetivos Particulares A partir de una metodología hibrida experimental-emergente generar un sistema material con base en el análisis de sistemas naturales (patrones de crecimiento, comportamiento proliferación), mediante el desarrollo de modelos análogos y digitales para su exploración morfológica.

Las variables con las que deberá cumplir este elemento son: Tridimensional, Escalable, Replicable, Autoportante, Estructura al mínimo (eficiencia)

03. Metodología La metodología que se implementó para el desarrollo del sistema material fue la hibridación del proceso experimental y el proceso de “diseño bio” o biomimética.

El proceso experimental está basado en la iteración, aleatoriedad y variables, como medio de innovación en procesos creativos para resolver problemas, donde la modificación de alguna de las variables generará un resultado diferente para cada iteración.

La biomimética se refiere al entendimiento del diseño basado en evidencia biológica. Este proceso de diseño tiene como fin generar soluciones innovativas a problemas cotidianos inspirados en la capacidad de la naturaleza de adaptación y eficiencia en el uso de recursos.

04. Análisis Los panales conforman el esqueleto o estructura rígida del organismo “Colmena”. Un panal es una estructura rígida formada por celdillas (cavidades) hexagonales opuestas que comparten caras entre si y el fondo.

Estas celdillas, que unidas entre si forman los panales, son utilizadas para incubar los huevos, albergar y proteger la cría, acopiar y predigerir el alimento (pan de abejas), dar rigidez al nido y cuando están llenos de miel y polen; tienen la función de depósito de alimentos de reserva y como aislamiento térmico del organismo.

Las colmenas tienen varios panales yuxtapuestos que dejan entre si como galerías por donde transitan las abejas calentando el nido, alimentando la cría o depositando el alimento. Estos pasillos tienen dimensiones estables según la raza de abejas. (Valega, 2020)

Las abejas exploradoras adaptan su espacio retirando la madera podrida y otros elementos contaminantes antes de construir su panal. Recubren todo el interior del nuevo hogar con propóleos para protegerlo contra hongos, bacterias. Lo impermeabilizan para tapar fisuras y evitar el ingreso de agua, insectos y viento.

Posteriormente segregan cera para construir sus celdas de arriba hacia abajo, de adentro hacia afuera. Formando capas planas llamadas panales. Cada uno conformado por centenares de celdas en sus dos caras.

La forma hexagonal de las colmenas no son sólo una cuestión de estética, ni sirven sólo para almacenar la miel. Cada celda es una cuna Los hexágonos de las colmenas no son sólo una cuestión de estética, ni sirven sólo pa potencial y una fuente de alimento para que se desarrolle una larva.

Cada celda es una cuna potencial y una fuente de alimento para que se desarrolle una

Los hexágonos de las colmenas no son sólo una cuestión de estética, ni sirven sólo para almacenar la miel.

Cada celda es una cuna potencial y una fuente de alimento para que se desarrolle una larva.

Imagen. Ciclo de vida la abeja obrera (Enciclopedia británica, 2018)

Imagen: The first 21 days of a bees life condensed into 60 seconds. Filmed by Anand Varma at the Harry Laidlaw Honeybee Research Facility at UC Davis with the help of Billy Synk.

Imagen. The first 21 days of a bees life condensed into 60 seconds. Filmed by Anand Varma at the Harry Laidlaw Honeybee Research Facility at UC Davis with the help of Billy Synk. (Ask nature, Imagen: 2021) The first 21 days of a bees life condensed into 60 seconds. Filmed by Anand Varma at the Harry

Fuente: (Ask Nature, 2021)

Laidlaw Honeybee Research Facility at UC Davis with the help of Billy Synk.

Fuente: (Ask Nature, 2021)

Estructura Estructura Estructura

La estructura de las celdas están compuestas de poliedros dodecaedros rombóicos. En la vista superior se pueden observar las formas hexagonales, y en la Estructura parte posterior el poliedro conformado por sus tres caras.

dodecaedro rombóico PoliedroPoliedro dodecaedro rombóico

Vista superior

Vista superior

Vista superior

Longitudinal VistaCorte inferior

Vista Inferior

Vista Inferior

Fuente: (Matemáticas visuales, 2021)

Vista Inferior

Vista Inferior

Vista superior

Corte Longitudinal

Corte Longitudinal

Poliedro dodecaedro rombóico

Poliedro dodecaedro rombóico Vista superior

Corte Longitudinal Corte Longitudinal

Fuente: (Matemáticas visuales, 2021)

Corte longitudinal

Poliedro dodecaedro rombóico

Vista Inferior Fuente: (Matemáticas visuales, 2021)

Fuente: visuales,2021) 2021) Fuente:(Matemáticas (Matemáticas visuales,

Darwin teorizó que por la evolución natural, las abejas emplearon la forma hexagonal para construir sus hábitat porque era la forma más eficiente para economizar la cera.

Darwin teorizó que por la evolución natural, las abejas emplearon la forma Las abejas melíferas necesitan consumir aproximadamente 8 libras (3.6 kg) de miel para producir 1 libra (0.45 kg) de cera. hexagonal para construir sus hábitat porque era la forma más eficiente para Fuente: (Ask Nature, 2021) economizar la cera. Las abejas melíferas por ejemplo, necesitan consumir aproximadamente 3.6kg de miel para producir 0.45kg de cera. (Ask nature, 2021)

La forma hexagonal de las celdas ha sido una interrogante durante mucho tiempo para los científicos. Recientemente se analizó que las abejas no realizaban formas hexagonales perfectas para conformar los hexágonos, sino que las abejas partían de formas circulares.

“Dentro de la colmena, las abejas trabajan, segregan, empaquetan y vibran.

Todo ello forma un cilindro hueco dentro de la cera blanda y caliente, básicamente un túnel en el que la abeja puede moverse. Cuando la abeja sale, comienza el proceso de enfriamiento.

La cera se enfría, la tensión superficial se reequilibra y la estructura se tensa en forma de hexágono. Se forman los mismos ángulos de 120 grados que en las burbujas de jabón, creando una estructura mecánicamente estable. La cera se enfría, la tensión superficial se reequilibra y la estructura se tensa en forma de hexágono.” (Ask Nature, 2020)

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ONOS 05. Propuesta de Sistema Natural Se propone retomar las cualidades estructurales y modulares que confrorman el panal de abejas.

06. Justificación de propuesta Se propone el panal de abejas como sistema natural ya que con base en el análsis de éste se pueden considerar diversas variables que tengan las siguentes características: ligereza, flexibilidad, eficiencia, modular, así como se retomará el concepto de transición formal del círculo-hexágono basado en el comportamiento de la tensión superficial de la estructural del panal.

Con ello se busca generar un módulo óptimo en términos del aprovechamiento de recursos que impactará en su tamaño, densidad y forma. Este módulo debe tener la capacidad de replicarse y unirse, para generar un sistema más complejo. Estas uniones se buscará tengan libertad de crecimiento hacia cualquiera de los ejes.

07. Exploración diagramática

Unidad

Cuátruple

Doble

Triple

Quíntuple

La unidad inicial se dibujó tomando como base el depósito de miel de las abejas, que inicialmente tiene una forma circular pero debido a la tensión superficial transiciona hacia un hexágono. Esta forma en transición se replicó para analizar la composición en un sistema bidimensional.

Unidad

Cuátruple

Doble

Triple

Quíntuple

Se depuraron las formas eliminando ciertos contornos y tomando únicamente las conexiones generadas entre el módulo inicial. Esto se realizó como una exploración para darle ligereza al sistema, quitando los elementos más densos (el interior de los círculos.

Unidad

Unión extremos

Superpuesto

Como parte de la exploración se definió una unidad que pudiera replicarse y generar un sistema, mediante la unión de sus extremos y la superposición de las formas.

Unidad

Volumen

Unión extremos

Con la finalidad de generar una forma que pudiera ser generada físicamente, se agregó volumen a una de las piezas desarrolladas en exploraciones previas.

Esto permitió generar patrones interesantes cuando eran superpuestas.

Triple

Unión extremos

Superpuesto

En esta exploración se tomó como unidad un sistema triple y se observó la manera en que crecería mediante la unión y superposición de los elementos.

Cuátruple

Unión extremos

Superpuesto

En esta exploración se tomó como unidad un sistema cuádruple.

Quíntuple

Unión extremos

Superpuesto

En esta exploración se tomó como unidad un sistema quíntuple.

Tomando como base un sistema triple de las primeras exploraciones, se extruyó la forma hacia una tercera dimensión, para visualizar cómo pudiera crecer en todos los ejes.

08. Evolución diagramática

Se tomó en cuenta el sistema triple ya que era el más eficiente y permitiría un crecimiento del sistema más libre.

Trazos

Pieza

Con la finalidad de darle más resistencia y que el sistema tuviera más resistencia, se agregó espesor a las formas y posteriormente se retiró parte del cuerpo central para mejorar su eficiencia y ligereza.

09. Exploración Morfológica 3D

La forma resultante fue extruída para generar un módulo tridimensional inicial.

Buscando generar el crecimiento en muchas direcciones se exploró con la forma octogonal en las uniones, extrapolando esos cortes al resto del contorno, con lo cual además se optimizó el volumen.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

Exploración del crecimiento del sistema con uniones octagonales.

10. Definición morfológica de prototipo final

cción de iones

Con la finalidad de mejorar la estabilidad estructural en el sistema, se diseñaron uniones machihembradas octagonales con la finalidad de tener ocho grados de giro.

11. Exploración de configuración de sistema final

Se muestra una exploración de crecimiento simple de dos unidades en sistema dual bidimensional.

Se muestra una exploración de crecimiento múltiple en varias dimensiones con rotaciones en 90°.

12. Configuración de sistema final

Con el objetivo de simplificar la fabricación y de generar aún mayor libertad de giro se modificó el diseño de la unión octagonal prismática por una sección cilíndrica.

Se muestra una exploración del sistema con uniones cilíndricas con una libertad de rotación de 360° que se traduce en mayor posibilidad de crecimiento biomimético.

Se muestra una exploración del sistema con uniones cilíndricas con una libertad de rotación de 360° que se traduce en mayor posibilidad de crecimiento biomimético.

Se muestra una exploración del sistema con uniones cilíndricas con una libertad de rotación de 360° que se traduce en mayor posibilidad de crecimiento biomimético.

13. Proceso de fabricación digital

Con el módulo definido, se comenzó el proceso de diseño digital computarizado, primero con el modelado en tres dimensiones y posteriormente utilizando el software Creality Slicer, se analizó el proceso de la impresión 3D a detalle revisando dónde se colocarían los soportes del módulo, su posicionamiento en la máquina y el tiempo que tomaría su fabricación.

Se imprimieron en 3D tres módulos como prototipo para verificar su factibilidad para fabricación.

Entre los problemas que se detectaron estaba la fragilidad de las uniones debido a que el espesor de la conexión hembra era muy delgado y fácilmente se podría romper.

Se escaló la pieza al doble del volumen inicial para poder verificar el diseño de la unión.

Sin embargo, se decidió que el tamaño del módulo era muy grandes para los fines que se buscaban en esta experimentación y aumentaría cantidad de material, tiempo de fabricación y costo.

Se modifcó el diseño de las conexiones del módulo impreso originalmente y se imprimió un prototipo a 1.3 veces el tamaño original, además de que se mejoró la resolución de la impresión, dando como resultado un módulo más funcional.

Para agilizar la validación de las uniones del módulo, se imprimieron únicamente las conexiones hembra y macho de la pieza, de manera que se pudiera verificar el funcionamiento de las uniones.

14. Proceso de fabricación análoga El proceso de fabricación análoga consistió primeramente de realizar un molde de silición. A partir del molde de silicón, se pueden fabricar las piezas de cualquier material que se desee.

En este caso se elaboraron 3 moldes de silicón. El primero se realizó en una charola redonda, al no contar con ningún conocimiento previo a este proceso , este molde resultó fallido porque las pieza de 3D se retiró cuando se hizo la primera pieza, y al volverla a colocar para el colado de la segunda cara de silicón quedó con un espesor y definición incorrecta.

Posteriormente se hizo nuevamente el molde de silicón, teniendo los cuidados necesarios, y mejorando cada paso del primer procedimiento del molde.

Además del tubo que se dejó para el vaciado del material, se agregaron algunos tubos pequeños de plástico (palos de paleta) para que las burbujas de aire salieran y la pieza tuviera mayor calidad. Este proceso se optimizó en el siguiente colado de las piezas, al identificar dónde no habia pasado el material, por lo que se agregaron más tubos de plástico y lograr que salieran todas las burbujas de aire de la pieza.

El tercer molde se realizó con el fin de poder generar la mayor cantidad de piezas solicitadas en la materia y porque se contaba material extra, logrando una cantidad de 30 piezas en total.

Para la elaboración del molde de silicón se empleó: 1 litro de silicón, 250ml de diluyente, 30ml de catalizador.

La duración de secado fue de cada cara fue 1 hora 30 minutos.

Proceso de primer molde de silicón.

Debido a la preocupación por la resistencia de las uniones de la pieza, se decidió comenzar por la resina al ser un material resistente.

Cantidad: 30gr de resina, 30 gotitas de catalizador colorante amarillo Con este molde no se logró la definición ni la calidad de la pieza.

Proceso de segundo molde de silicón.

Se realizó con una base de MDF, y paredes de bateria. Se le colocó vaselina en la pieza 3D y plastilina. También se diseñaron las conexiones del molde con unas tapas y se le colocaron perforaciones con tubos de plástico para mejorar la calidad de la pieza evitando las burbujas de aire. Las piezas tardaban en secar aproximadamente 30 minutos. Sin embargo uno de los problemas que se identificó en el proceso de fabricación, fue la conexión tipo hembra debido a que en el momento de vaciado para realizar el molde de silicón, no entró suficiente material.

Al detectar la problemática que se presentaba con las conexiones hembra y la resina, se decidió explorar con parafina para verificar si era una opción mejor.

Se identificó que con este material se pueden producir piezas de manera muy rápida, sin embargo, por la esbeltez de la pieza, se rompía facilmente, no iba a poder funcionar estructuralmente ni con crecimiento en las tres direcciones, además que cuando se detallaban las conexiones para unirlas se rompían con mucha facilidad.

También se exploró con crayolas derretidas. Se identificó que con este material, de igual manera se podían fabricar de una manera muy rápida, pero se presentó la misma problemática con las conexiones, y al ejercer un poco de fuerza para unirlas o detallar la conexión hembra o macho se rompían.

Por lo tanto, se decidió retomar nuevamente la resina, al detectar que era un material resistente conforme a las características morfológicas de la pieza además que es un material ligero e iba a permitir un crecimiento sin riesgo a que se fracturaran las piezas por alguna caida.

Se intentó colocar cabezas de alfileres para generar el hueco en la pieza pero cuando se quería retirar, la cabeza del alfiler se despegaba y se atoraba.

Por lo que se intentó nuevamente con los tubos de plástico de las paletas, detenidos por alfileres.

Nuevamente se quedaban atorados los tubos en la pieza, pero con el uso de un tornillo se pudieron retirar sin problema. Las piezas se desmoldaron a los 25 min aproximadamente, todavía frescas, para poder retirar con mayor facilidad los tubos de plástico.

Posteriormente se colocaban nuevamente los tubos de la paleta para que el secado de la pieza fuera correcto y se definiera bien la conexión hembra.

Con el perfeccionamiento de la técnica, se redujo el tiempo de desmolde y optimización en las conexiones. Posteriormente se lijaron las piezas y se quitaron los excedentes (generados del vaciado de la resina).

Se detallaron las conexiones macho con lija y cutter para que la conexión macho no estuviera más grande que la hembra, ya que si se forzaba la unión de macho y hembra, por lo general se fracturaban y se rompían las conexiones. Esta parte del proceso fue la que requirió mayor tiempo y trabajo a detalle.

15. Diagrama-síntesis del proceso de diseño experimental

El proceso de fabricación análoga y digital tuvo una constante redefinición y evaluación en cada etapa del proceso con el fin de tener un mejor resultado.

16. Escenario especulativo

parques urbanos para que las abejas puedan realizar sus colmenas, fomentando así el incremento de la población, cuidado y preservación. “Las abejas y otros HABITÁCULO PARA ABEJAS enpolinizadores, como las mariposas, los murciélagos y los colibríes, están, cada vez más, amenazados por los efectos de la actividad humana”. (ONU, 2021)

+ Módulo

= Unión lineal

Modelo 3D

Rotación de ejes

Configuración de Sistema

Especulación Gráfica habitáculo Taller de Diseño II Módulo I Especulación: en Experimental parques urbanos para que las abejas puedan Valeria Ollivier Ortiz M.D.A. Gibsy M. Estrada Calderón realizar sus colmenas, fomentando así el incremento de la población, cuidado y preservación.

17. Reflexión final del proceso Como reflexión del proceso completo, expongo algunas consideraciones.

La primera es que a pesar de ser un proceso creativo que muchos creyeran que debe ser totalmente libre, enmarcarlo con una metodología y darle un orden, ayuda considerablemente a tener mejores resultados.

En segundo lugar, como proceso iterativo ayuda mucho que llevemos a cabo un proces posterior al diseño digital. Muchos diseñadores que no se involucran en la manufactura o prototipado de sus creaciones, pueden generar productos o figuras cuya fabricación se torne muy complicada o sea poco eficiente.

La tercera consideración tiene que ver con los aprendizajes personales, ya que que al ser un proceso de exploración con elementos que previamente no conocíamos, generó ciertos obstáculos, frustraciones y piezas defectuosas que no se generarían si únicamente nos quedáramos con un diseño digital. Esto refuerza en el diseñador por una parte la perseverancia, pero más importante, lo aterriza en entender cómo ocurren los procesos en la realidad, donde suelen ser mucho más caóticos y dependen de muchas variables que solamente se pueden percibir al momento de ejecutar el modelo.

Por último, fue satisfactorio que después de este proceso complejo e iterativo, se pudo lograr el objetivo de generar un sistema material ligero, flexible, eficiente, modular y autoportante.

18. Bibliografía

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