Great Pagoda, Kew, regresa a la gloria del siglo XVIII con la ayuda de 3D Systems

Producto: Impresión SLS
Industria: Diseño y Arte

La restauración es una empresa importante. Más allá del cuidado minucioso esencial para preservar y estabilizar las estructuras históricas, la restauración incluye una gran cantidad de investigación y planificación para devolver las reliquias a un estado conocido o asumido con la mayor integridad posible.

Cuando los Palacios Reales Históricos (HRP) en el Reino Unido comenzaron su compromiso de restaurar la Gran Pagoda, Kew, se enfrentó a algunos desafíos monumentales. Varios elementos clave de diseño del edificio original se habían perdido en la historia, y reemplazarlos rápidamente resultó desafiante en términos de costo, logística y diseño. Sin embargo, al aportar las tecnologías y la experiencia de la fabricación bajo demanda de sistemas 3D a este proyecto, este esfuerzo se hizo no sólo manejable, sino eficiente.

Utilizando un flujo de trabajo de escaneo a CAD con fabricación selectiva de sinterización láser (SLS), el equipo de fabricación de sistemas 3D bajo demanda proporcionó accesorios duraderos y repetibles para el esfuerzo de restauración de HRP. Lejos de ser un proceso práctico, el equipo contribuyó con muchas horas de ingeniería front-end y acabado back-end para proporcionar una experiencia de diseño y fabricación de servicio completo de alta calidad.

Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO

Aunque la opinión popular del rey Jorge III puede estar dividida, no se puede negar el impacto de sus 59 años de reinado. Más allá de los innumerables volúmenes de extensos estudios y películas sobre su vida y su gobierno, su legado está impregnado de la tierra misma de las tierras que gobernó, particularmente en el Real Jardín Botánico de Kew. Declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO, los jardines albergan La Gran Pagoda, una llamativa estructura de 163 pies encargada en 1761 y construida al estilo chinoiserie adornado y muy de moda.

En los años posteriores a la presentación de la pagoda, atrajo a multitudes de turistas que llegaron a maravillarse con sus detalles exóticos y llamativos. El centro de todas las conversaciones fueron los 80 dragones de madera pintados que adornaban las esquinas octogonales de cada nivel sucesivo.

La charla de la ciudad durante más de veinte años, los dragones kew fueron retirados en la década de 1780 para acomodar las reparaciones del techo a la pagoda y nunca fueron reemplazados. Aunque los rumores alegan que los dragones sirvieron como pago por deudas reales de juego, los expertos creen que la madera simplemente se había podrido con el tiempo. Un tema a menudo revisitado para los conservacionistas, La Gran Pagoda finalmente está siendo devuelto a su antiguo esplendor, dragones y todo, por primera vez en más de 200 años. Como parte de un proyecto de restauración emprendido por HRP y el Real Jardín Botánico de Kew, este lote de dragones está diseñado para soportar la prueba del tiempo con especial refuerzo por tecnología moderna.

Calidad apta para un rey

A medida que HRP comenzó a explorar metodologías para reemplazar a los dragones, se enfrentó a un dilema: no sólo los reemplazos de madera invitarían al mismo problema de longevidad que antes, sino que la pagoda no había apoyado el peso de los dragones durante dos siglos. “Uno de los aspectos más desafiantes de este proyecto fue minimizar el impacto impuesto por tantos dragones en este edificio catalogado de grado uno”, dijo Craig Hatto, Director del Proyecto en Historic Royal Palaces. Preocupado de que la estructura envejecida pueda responder mal a la reintroducción repentina de 80 adornos a gran escala de peso completo, HRP quería explorar una alternativa de peso más ligero para ayudar a garantizar una instalación exitosa y sin incidentes. Junto con estas consideraciones prácticas estaban las cuestiones igualmente válidas del tiempo y los costos asociados con los materiales y procesos tradicionales.

HRP estaba buscando una solución de restauración que respondiera a las preocupaciones de calidad, peso, tiempo y costos inherentes al proyecto. Al buscar un proveedor capaz de cumplir con todos los aspectos, HRP pidió a 3D Systems que presentara una licitación competitiva, que posteriormente ganó sobre la base de poder proporcionar la experiencia, tecnología, calidad y escalabilidad necesarias para cumplir con el proyecto.

Diseñar los dragones

Los dragones de Kew fueron traídos a la vida como un esfuerzo de colaboración entre dos conjuntos de diseñadores especializados. La apariencia exterior de los dragones fue recreada por HRP utilizando la escasa información histórica disponible para lograr la representación más precisa posible. Una vez diseñado, un prototipo de dragón fue tallado en madera para permitir el flujo de trabajo de fabricación digital que siguió, emprendido por el segundo equipo de diseño e ingeniería de 3D Systems. Otros siete dragones de madera fueron tallados para adornar el primer nivel de la pagoda, dejando 72 para ser creados usando la impresión SLS.

Utilizando un flujo de trabajo de ingeniería inversa y un FARO® Design ScanArm, el dragón de madera tallada fue escaneado en un entorno de diseño 3D que permitiría a 3D Systems abordar las preocupaciones de HRP con respecto al peso. Los expertos en diseño de 3D Systems utilizaron una variedad de software, incluyendo Geomagic® Design X™ para realizar ingeniería inversa de los datos de escaneo en CAD y vaciar los datos de escaneo a un espesor controlado, preservando tanto los detalles exteriores como la integridad estructural en el proceso.

Cuando se combinaba con los intrincados exteriores de los maestros cortados a mano, la geometría hueca resultante era demasiado compleja para ser fabricada tradicionalmente y requería fabricación aditiva para la producción. El uso de un flujo de trabajo de fabricación digital también permitió a 3D Systems escalar sin problemas los dragones para lograr un tamaño ligeramente diferente para los niveles dos a diez de la pagoda. En total, se prepararon 18 diseños, compuestos por nueve tamaños de dragón diferentes y una versión izquierda y derecha de cada uno.

Los ingenieros de 3D Systems incorporaron otra característica simple pero convincente en cada uno de los diseños de dragones mediante la adición de características de montaje integradas directamente en los archivos CAD. Estos diseños constituían parte de los diseños de construcción de los dragones, y fueron ideados e implementados por el equipo de fabricación bajo demanda de 3D Systems en estrecha colaboración con Hockley &dawson, el otro equipo de ingeniería líder en el proyecto. Debido a la mecánica necesaria para el refuerzo y el montaje, cada una de las 18 variaciones del dragón requirió atención individual y trabajo de diseño.

“Los dragones finales son esencialmente una copia perfecta del original, pero han sido mejorados de una manera que es invisible para el observador”, dijo Nick Lewis, Gerente General de fabricación de sistemas 3D bajo demanda en el Reino Unido. “Diseñamos elementos internos para un proceso de montaje seguro, pero los diseñamos de tal manera que estén completamente ocultos para que no haya tuercas, pernos o rastros de construcción visibles.”

Beneficios ocultos de la fabricación aditiva

Aprovechando la capacidad de diseño para la fabricación aditiva, el equipo de fabricación bajo demanda de 3D Systems incorporó una serie de tornillos, roscas y cubiertas que siguen la forma exacta de los dragones a lo largo de la columna vertebral. “Las estructuras finales que entregamos aprovechan el valor único que se puede extraer del proceso aditivo”, dijo Lewis. “La ingeniería de esta manera es una práctica común para nosotros, pero sigue siendo milagrosa para nuestros clientes. El factor sorpresa hace que sea divertido de revelar, pero para mí se trata de ser ingenioso y resolver problemas de manera más efectiva y eficiente, lo que es un beneficio central del uso de nuestra tecnología”.

La experiencia en ingeniería de 3D Systems está integrada en cada una de las 18 versiones diferentes de los dragones que fueron impresos sls. Como señala el gerente regional de ventas de fabricación bajo demanda de 3D Systems On Demand, Simon Hammond, la capacidad de combinar la precisión con la variedad es un beneficio constante del uso de fabricación aditiva para la producción. “Muchas horas de cuidadoso trabajo de ingeniería se pusieron en los diseños finales, pero mediante el uso de un flujo de trabajo digital con cad 3D e impresión 3D, somos capaces de adelantar la inversión en tiempo”, dice Hammond. “Una vez listos los archivos finales, podríamos lanzarnos a la producción con 18 resultados diferentes sin 18 conjuntos de herramientas y moldes. Diseñar y fabricar el mismo resultado con un buen costo y un momento sensato sería un desafío para cualquier otro proceso”.

Después del escaneo y diseño 3D, los primeros prototipos de los dragones fueron impresos para su análisis y pruebas para asegurar que los diseños finales fueron construidos de acuerdo con los estrictos requisitos de la construcción moderna.

A lo largo de este proceso, 3D Systems trabajó diligentemente para cumplir con los requisitos estéticos del cliente mientras cumplía con todos los requisitos técnicos de los constructores. Estas consideraciones entraron en juego cuando los ingenieros de 3D Systems determinaron cómo dividir mejor los modelos SLS para imprimir, así como colocar y ocultar las diversas tapas y cierres para el montaje.

Producción de impresión 3D para restauración histórica

Los equipos de fabricación bajo demanda de 3D Systems en el Reino Unido y los Países Bajos imprimieron los dragones utilizando la tecnología SLS. Debido a la gran escala de los dragones, cada uno con dimensiones finales en el rango de 1,2 – 2 metros, 3D Systems sPro® 230 máquinas SLS fueron elegidas para la tarea. Con un volumen máximo de construcción de 550 mm x 550 mm x 750 mm, el sPro 230 permitió producir los dragones en un bajo número de piezas grandes que fueron montadas por expertos por el equipo de 3D Systems.

Los dragones fueron impresos en 3D en DuraForm® PA, un material de nylon poliamida 12 duradero capaz de producir un aspecto y una sensación comparables a los dragones originales. La resolución y las propiedades mecánicas de DuraForm PA lo convierten en un candidato ideal para piezas complejas con paredes delgadas o requisitos de ajuste rápido. En el caso de los dragones Kew, estas características se adaptaban tanto al requisito de funcionalidad de instalación como a los requisitos cosméticos de la restauración histórica. Una vez impresos, los dragones fueron terminados y pintados a mano en el Reino Unido por el departamento de acabado 3D Systems High Wycombe. El equipo de 3D Systems también pintó los dragones de madera finales para garantizar la consistencia visual en todo el proyecto.

“3D Systems se siente muy honrado de haber sido seleccionado para este proyecto”, dijo Lewis. “Además de la rara oportunidad de ayudar a restaurar un hito cultural e histórico, este proyecto muestra el elemento extremo de lo que hacemos. Nuestra experiencia va mucho más allá de la impresión 3D y pudimos ofrecer orientación en múltiples etapas de esta restauración, desde ingeniería y producción escalable hasta acabado”.

La gran revelación

Después de permanecer 200 años sin su ornamentación adecuada, La Gran Pagoda, Kew, finalmente será restaurada para atraer multitudes curiosas una vez más. “A lo largo de las décadas, muchos han intentado y no han podido recrear a los dragones perdidos en Kew, lo que ahora sólo ha sido posible gracias al uso innovador de la impresión 3D”, dice Hatto. “El equipo especializado desarrolló una solución innovadora, ligera y duradera, que en última instancia nos ha permitido devolver estos iconos perdidos a este preciado edificio real. Los dragones pueden ocupar el lugar que les corresponde dentro de este Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO y volver a formar parte del horizonte de Londres durante muchos años”.

Ya sea que esté buscando ingeniería inversa completa y servicios de fabricación de bajo volumen o necesite piezas impresas 3D de giro rápido, prototipos avanzados o modelos de apariencia, 3D Systems On Demand Manufacturing puede ayudar. Las tecnologías incluyen una amplia gama de tecnología de impresión 3D y experiencia en acabados, así como herramientas convencionales cnc, fundición de uretano e inyección.