Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital

JIDA’24. XII Jornadas sobre Innovación Docente en Arquitectura Aranjuez, URJC/EIF/GFA, 21-22 noviembre 2024 DOI: 10.5821/jida.2024.13302 This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital Models and prototypes in design: from handwork to digital fabrication Fernández-Rodríguez, Juan Francisco; Aguilar-Alejandre, María; Martín-Mariscal, Amanda Departamento de Ingeniería del Diseño, Universidad de Sevilla, España. [email protected]; maraguil[email protected]; [email protected] Abstract This communication analyzes the teaching experience developed in the Artistic Expression subject of the Degree of Engineering in Industrial Design and Product Development at the University of Seville (2023-24), focused on the development of physical models and prototypes, through manual and digital techniques. Students are proposed to develop mandatory handwork models and voluntary digital manufacturing models as a tool associated with the design process. To do this, the purpose of the model within the design process is analyzed, as well as the phase when it is developed and the possible materials and techniques to be used. Thus, students develop handwork models in the initial phases of the design process, with an impact on decision-making at a geometric and formal level, and 3D manufacturing prototypes in more advanced phases, with a more finalist or presentation nature. Keywords: model, prototype, geometry, digital manufacturing, design teaching. Thematic areas: pedagogy, graphic ideation, industrial design, experimental pedagogy, active methodologies. Resumen La presente comunicación analiza la experiencia llevada a cabo en la asignatura de Expresión Artística II del Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto de la Universidad de Sevilla (2023-24), centrada en el desarrollo de maquetas y prototipos físicos, mediante técnicas manuales y digitales. Se propone a los estudiantes desarrollar maquetas manuales obligatorias y maquetas de fabricación digital voluntarias como herramienta asociada al proceso de diseño. Para ello, primero se analiza el objetivo que ha de cumplir la maqueta dentro del proceso de diseño, la fase en la que se desarrolla y los posibles materiales y técnicas a emplear para llevarla a cabo. De esta forma, los estudiantes desarrollan maquetas manuales en fases iniciales del proceso de diseño, con incidencia en la toma de decisiones a nivel geométrico y formal, y prototipos de fabricación 3D en fases más avanzadas, con carácter más finalista o de presentación. Palabras clave: maqueta, prototipo, geometría, fabricación digital, docencia en diseño. Bloques temáticos: pedagogía, ideación gráfica, diseño industrial, pedagogía experimental, metodologías activas. 675/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC Resumen datos académicos Titulación: Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto Nivel/curso dentro de la titulación: 2º (de cuatro cursos que componen el grado) Denominación oficial asignatura, experiencia docente, acción: Expresión Artística II Departamento/s o área/s de conocimiento: Ingeniería del Diseño / Expresión Gráfica en la Ingeniería Número profesorado: 5-6 Número estudiantes: 120 cada curso Número de cursos impartidos: 8 Página web o red social: no Publicaciones derivadas: no 676/889 Fernández-Rodríguez, J.F.; Aguilar-Alejandre, M.; Martín-Mariscal, A. This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 Introducción y contexto La elaboración de maquetas y prototipos supone, en el contexto del diseño de productos, un paso clave para facilitar la resolución de problemas formales, geométricos, materiales o constructivos desde fases iniciales del proceso creativo. La presente comunicación aborda el desarrollo de una experiencia docente en el ámbito de los cursos iniciales del Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto de la Universidad de Sevilla. En concreto, en una asignatura ligada al área de conocimiento de Expresión Gráfica, Expresión Artística II, cuyo objetivo se centra en el desarrollo de competencias en el uso de herramientas gráficas para la ideación y representación de proyectos de diseño de producto. Dentro del proceso de diseño son muchas las herramientas a las que el estudiantado tiene acceso para desarrollar sus propuestas. Por una parte, el bocetaje analógico en sus distintos formatos -desde bocetos de exploración de distintas ideas, como punto de partida del proceso de diseño, a bocetos de carácter explicativo o de presentación final del producto diseñado- . Por otro lado, el uso de técnicas digitales de representación -desde dibujo vectorial a representación de imágenes del producto en contexto de uso- . Junto a estas herramientas, es cada vez más habitual que se incorpore el uso de softwares de modelado digital que facilitan la representación fotorrealista del producto, lo que da lugar al desarrollo de maquetas virtuales. Sin embargo, para el equipo docente implicado en esta asignatura, junto con la elaboración de este tipo de material gráfico, es necesario seguir fomentando el desarrollo de maquetas de trabajo y prototipos físicos. Al hablar de maquetas de trabajo se busca resaltar la diferencia entre el trabajo manual y el trabajo digital, desarrollado mediante el uso de equipos de impresión tridimensional o corte mecanizado. Es necesario hacer esta distinción, dado que en los últimos años la mayor parte de maquetas y prototipos elaborados en la asignatura han utilizado técnicas digitales bajo una perspectiva finalista de presentación del proyecto. Por ello, el objetivo de la experiencia llevada a cabo en el curso académico 2023-2024, en la que se centra la presente comunicación, es el de fomentar el empleo de técnicas manuales para el desarrollo de maquetas de trabajo durante la fase inicial de diseño, de forma que sirvan como herramienta de aproximación, evaluación de alternativas y toma de decisión, que se vean posteriormente apoyadas por el desarrollo de maquetas físicas mediante técnicas digitales. En este contexto, los contenidos docentes impartidos durante el curso académico 2023-2024 se han adecuado a este objetivo, facilitando el acercamiento del estudiantado al concepto de “maqueta de trabajo” tanto en clase teórica como en el desarrollo del trabajo práctico al que posteriormente haremos mención. Así, se pasa de entender el prototipo como un objetivo finalista a considerarlo una herramienta de testeo mediante el que mostrar y probar alguno de los aspectos del producto diseñado, aunque no todos a la vez. Conceptos clave para el desarrollo de la experiencia El diseño de productos constituye un campo de estudio asociado a diferentes disciplinas y campos de conocimiento -investigación del mercado y tipología de productos, generación de ideas, uso de materiales, procesos de fabricaciónque han de analizarse desde una visión 677/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC integrada, aunque con particularidades asociadas a cada una de las fases del proceso de diseño (Morris, 2009). En este proceso, el diseñador ha de recorrer un trayecto que se inicia en el momento en que se enfrenta a resolver un problema funcional y que finaliza en la configuración de una solución final, que solo alcanzará su razón de ser si resulta útil para dar respuesta a ese problema inicial (Munari, 2016). Junto con la búsqueda de soluciones funcionales, el carácter estético y formal de los objetos diseñados jugará un papel relevante, dando lugar al binomio función-forma al que el diseñador tendrá que dar respuesta. Será necesario, por tanto, incorporar en el proceso de diseño criterios dimensionales y de proporción ligados al desarrollo de análisis geométricos y el uso de principios compositivos (Elam, 2014). En este contexto, el desarrollo de maquetas y prototipos se pone al servicio del proceso de diseño sirviendo como una herramienta de aproximación a la definición formal y geométrica del objeto a diseñar, en primera instancia, y de ajuste y definición de detalle en fases posteriores. Multitud de diseñadores -los hermanos Bouroullec, Stefan Diez, Dieter Rams o Norman Fosterapuntan en sus relatos hacia la maqueta y el prototipo como una herramienta para la visualización de sus diseños, pero sobre todo como un instrumento de ajuste durante las distintas fases de desarrollo de su trabajo (Terstiege, 2012). Un aspecto clave a la hora de abordar el desarrollo de una maqueta asociada a un proceso de diseño es definir la utilidad que tendrá esta dentro del propio proceso, por lo que será necesario definir sus características, el uso que se le va a dar, así como las herramientas y materiales que se van a utilizar para su elaboración (Hallgrimsson, 2013). Dichas maquetas y prototipos podrán fabricarse de forma manual, aunque en los últimos tiempos el auge de la fabricación digital en sus diferentes técnicas y aplicaciones -tanto en diseño como en arquitectura, medicina o electrónicahace que en muchos casos se asocie el concepto de maqueta o prototipo con la impresión 3D. Sobre este modelo de fabricación encontramos multitud de experiencias, muchas de ellas asociadas a la aparición de talleres de fabricación digital – Fab Lab – como el de Sevilla, que a su vez han introducido conceptos como el Open Design y la creación colectiva tanto en el campo del diseño como de la arquitectura (Perez de Lama et al, 2014). Surge así una cultura de la creación e innovación asociada a nuevas fuentes de creatividad (Berchon y Luyt, 2016). A su vez, el desarrollo de maquetas y prototipos también cumple una labor pedagógica en el contexto de las enseñanzas de Expresión Gráfica, y en particular en el campo del análisis de las formas. Así, ayudan a ensayar y dar validez a soluciones a través de maquetas analíticas (Carazo y Galván, 2014), ya sean manuales o desarrolladas con técnicas de fabricación digital. En este contexto, ya se han realizado trabajos previos que analizan la utilidad docente de la maqueta tanto en formato físico como virtual. Es el caso del estudio llevado a cabo por el Taller Integrado de Proyectos (TIP) de quinto curso de la ETSA de la Universidad de Navarra. Dicha experiencia permite analizar las debilidades y fortalezas de ambas alternativas en función, entre otros, de la fase de desarrollo del proyecto. De esta forma, se concluye que, al igual que nadie contrapone el lápiz al ordenador, parace lógico señalar que ambos tipos de maquetas sirven al proceso de aprendizaje del alumno: mientras que la maqueta física se empleará en sus diferentes formatos en fases iniciales de desarrollo del proyecto, la maqueta virtual aparecerá una vez superada la primera fase conceptual del proceso de proyecto (Tárrago et al, 2020). En este contexto, como ya se ha señalado, la experiencia docente presentada en esta comunicación se centra en analizar la incidencia en el proceso creativo y de diseño del desarrollo 678/889 Fernández-Rodríguez, J.F.; Aguilar-Alejandre, M.; Martín-Mariscal, A. This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 de maquetas físicas, priorizando el uso de técnicas manuales primero y con el apoyo de técnicas de fabricación digital después, de forma que se consiga incidir en la calidad de los objetos diseñados gracias a un proceso de trabajo iterativo de testeo y validación. Objetivo inicial de la maqueta o el prototipo en el proceso de diseño Según el objetivo que deba cumplir la maqueta o el prototipo dentro del proceso de diseño, se puede establecer una clara distinción entre tres tipos distintos de modelos a desarrollar. Se utiliza como objeto de referencia para definir estos tipos la lámpara Candela Luau (figura 1). Fig. 1 Lámpara Candela Luau. Imagen del producto final en contexto de uso. Fuente: Hallgrimsson, 2013 - Maquetas de ajuste geométrico: En este caso, el objetivo de la maqueta o el prototipo será únicamente realizar ensayos en relación a las dimensiones principales del producto diseñado, así como la relación de proporción entre sus partes. No será relevante para este tipo de maquetas el carácter finalista, por lo que se no será necesario utilizar los materiales realmente previstos para el producto diseñado, y se utilizarán, por el contrario, materiales fácilmente moldeables para garantizar la realización de distintas pruebas para testar soluciones (figura 2). Fig. 2 Lámpara Candela Luau. Maquetas de ajuste geométrico. Espuma de Poliuretano. Fuente: Hallgrimsson, 2013 679/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC - Maquetas / prototipos de funcionamiento: En este caso, el objetivo del prototipo será el de testar el correcto funcionamiento del producto diseñado y su adecuación al uso previsto. En el caso de la lámpara Candela Luau, se analiza el peso del mecanismo previsto para su funcionamiento, de forma que permita que se traslade de forma cómoda (figura 3). Fig. 3 Lámpara Candela Luau. Maquetas de ajuste del peso del mecanismo. Fuente: Hallgrimsson, 2013 - Maquetas / prototipos de acabado final: En este caso resultará relevante realizar un prototipo finalista, en el que ajustada la geometría y el funcionamiento del producto se ensaye su aspecto final, incluyendo el uso de materiales finales, para testar aspectos estéticos del producto (figura 4). Fig. 4 Lámpara Candela Luau. Maquetas de ensayo del material final previsto. Fuente: Hallgrimsson, 2013 680/889 Fernández-Rodríguez, J.F.; Aguilar-Alejandre, M.; Martín-Mariscal, A. This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 Adecuación de la maqueta o el prototipo a las distintas fases de diseño Además de la definición del objetivo a alcanzar con la maqueta o el prototipo, es necesario analizar en qué etapa del proceso creativo y de diseño van a elaborarse estos modelos, lo cual condicionará la forma de abordarlos. De esta forma, distinguiremos dos tipos: - Maquetas de ideación: Estas maquetas se desarrollarán fundamentalmente en etapas inciales del proceso de diseño con el objetivo de contribuir a aportar ideas dentro del proceso creativo. Se trata de una herramienta dirigida a “pensar” el proyecto y aportar las primeras ideas de diseño (figura 5). Fig. 5 Maquetas de ideación con cartulina. Colección lámparas Granada. Fuente: Carlos Jiménez Design (https://www.carlosjimenezdesign.com) - Maquetas / prototipos de muestra: A partir de una idea inicial ya establecida, las maquetas o prototipos de muestra contribuyen a facilitar la comprobación y ajustes del producto, a nivel geométrico, dimensional o de detalle, y contribuyen también a su presentación y visualización (figura 6). Fig. 6 Maquetas de ajuste geométrico. Silla Steltman. Fuente: Gerrit Rietveld 681/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC Criterios para la elaboración de maquetas y prototipos Definido el objetivo que se pretende alcanzar con la maqueta o el prototipo, así como la fase en la que va a elaborarse, podemos establecer tres criterios a tener en cuenta para concretar las características que ha de tener la misma: [1] la elección de la técnica a utilizar en función de las características del producto; [2] la elección del material a emplear; [3] la elección de la escala adecuada al tipo de maqueta a elaborar y al material empleado. De esta forma, podemos hacer una clasificación que relaciona las principales técnicas a utilizar en la elaboración de maquetas y prototipos con los posibles materiales asociados a estas: - Maqueta con materiales planos: Papel, cartón, PVC, cartón pluma, tejidos, metacrilato, acetato, cuero. Se trata de maquetas pensadas desde la utilización de elementos planos con los que obtener volúmenes mediante el uso de patrones de construcción, el plegado o el curvado del material (figura 7 y 8). Normalmente se trata de técnicas y materiales sencillos de trabajar y se asocia con fases iniciales del proceso de diseño. Fig. 7 Maquetas de ideación con elementos planos. Fuente: Sofía Dellera Fig. 8 Maquetas de ideación con lana. Silla Doña Pakita. Fuente: Carlos Jiménez Design (https://www.carlosjimenezdesign.com) 682/889 Fernández-Rodríguez, J.F.; Aguilar-Alejandre, M.; Martín-Mariscal, A. This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 - Maqueta con materiales de desbaste: Espuma de poliuretano. Se trata de maquetas pensadas desde la construcción de formas con geometrías más complejas surgidas a partir de la sustracción de material por desbaste (figura 9). Se trata de una técnica y material fácil de trabajar, por lo que suele emplearse en fases iniciales del proceso de diseño, para testar formas y geometrías. Fig. 9 Maquetas de ideación con foam. Taller de prototipos dirigido por Carlos Jiménez. Escuela Politécnica Superior de Sevilla (2023). Fuente: Elaboración propia 683/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC Fig. 18 Maquetas digitales de presentación del producto. Fuente José Luis Notario Domínguez y Alice Fontana 5. Por último, se elabora un prototipo finalista mediante impresión 3D con filamentos de PLA de color azul. Se trata de la maqueta voluntaria presentada por el equipo de trabajo (figura 19), y que sirve como maqueta de testeo de detalles del producto y de prueba del funcionamiento del mismo a nivel de agarre, al elaborarse a escala natural. Fig. 19 Prototipo fabricado con impresión digital. Fuente José Luis Notario Domínguez y Alice Fontana 690/889 Fernández-Rodríguez, J.F.; Aguilar-Alejandre, M.; Martín-Mariscal, A. This work is licensed under a Creative Commons License CC BY-NC-ND 4.0 6. Como última prueba, se realiza un último prototipo mediante impresión 3D utilizando filamentos elásticos, para dar un acabado plástico al prototipo, más similar al material final pensado para el producto (figura 20). Fig. 20 Prototipo fabricado con impresión digital en material elástico. Fuente José Luis Notario Domínguez y Alice Fontana Conclusiones de la experiencia A través de los resultados arrojados por los trabajos desarrollados por el estudiantado de la asignatura en el curso 2023-24 podemos señalar que, en la mayor parte de los casos las maquetas elaboradas de forma manual han tenido incidencia en el proceso creativo y de toma de decisión, fundamentalmente a nivel geométrico y formal, lo que se valora como un aspecto positivo del ajuste metodológico propuesto en el enunciado de la práctica al hacer obligatoria la realización de este tipo de maquetas. La presentación de ejemplos en clase y la distinción entre tipos de maqueta y posibles materiales a utilizar también ha contribuido a que el estudiantado asimile como maqueta aquellos modelos elaborados en cartón, yeso o plastilina, que distan mucho de la idea de prototipo fabricado digitalmente, pero que ayuda de forma rápida y sencilla a tomar decisiones en el proceso de diseño. Respecto a la elaboración de maquetas a través de técnicas de fabricación digital, sin embargo, se observa que ha sido menor el porcentaje de estudiantes que ha llegado a elaborarlos -en torno al 30% del totaldebido fundamentalmente a que se proponía como objeto entregable 691/889 Maquetas y prototipos en diseño: del trabajo manual a la fabricación digital JIDA’24 INICIATIVA DIGITAL POLITÈCNICA UPC voluntario y pese a ser el tipo de prototipo que, en cursos anteriores, se desarrollaba de manera mayoritaria. Los prototipos elaborados bajo esta modalidad han tenido, en la mayor parte de los casos, un carácter finalista, asociándolos a la idea de presentación del producto y toma de decisión a nivel de detalles y acabado. No obstante, y pese a la importancia de la maqueta manual dentro del proceso de diseño, se observa que aquellas propuestas -como es el caso de PULPIZ- que han contado tanto con maqueta manual como con prototipo de fabricación digital, han alcanzado un mejor grado de desarrollo, dado que han testado aspectos asociados a la forma y geometría, pero también el detalle y acabado. Por ello, y como propuesta de mejora a desarrollar en los próximos cursos, se plantea la necesidad de incidir en la importancia de alcanzar una mayor integración entre el uso de técnicas manuales y digitales de fabricación que faciliten al estudiantado el desarrollo de sus de maquetas y prototipos dentro del proceso de diseño. Agradecimientos El equipo docente de Expresión Artística II quiere agradecer a todos los estudiantes que han cursado la asignatura entre los años 2016 y 2024 por su dedicación e implicación en la realización de estos cuadernos de campo. Bibliografía Berchon, Mathilde y Luyt, Bertier. 2016. La impresión 3D. Guía definitiva para makers, diseñadores, estudiantes, profesionales, artistas y manitas en general. Barcelona: Editorial Gustavo Gili. Carazo Lefort, Eduardo y Galván Desvaux, Noelia. 2014. «Aprendiendo con maquetas. Pequeñas maquetas para el análisis de arquitectura». EGA Expresión Gráfica Arquitectónica, 19(24), pp. 62-71. Elam, Kimberly. 2014. La geometría del diseño: Estudios sobre la proporción y la composición. Barcelona: Editorial Gustavo Gili. Hallgrimsson, Bjarki. 2013. Diseño de producto: maquetas y prototipos. Barcelona: Promopress. Morris, Richard. 2009. Fundamentos del diseño de productos. Barcelona: Parramón. Munari, Bruno. 2016. ¿Cómo nacen los objetos?: apuntes para una metodología proyectual. Barcelona: Editorial Gustavo Gili. Pérez de Lama, José, Lara Bocanegra, Antonio José y Vázquez, Narciso Jesús (Eds.). 2014. Yes we are open. Fabricación digital, arquitectura, cultura y tecnologías libres. Sevilla: Editorial Universidad de Sevilla. Tárrago Mingo, Jorge et al. 2020. «¿Materia o bit? maqueta real o virtual como herramienta del taller integrado de proyectos». A: García Escudero, D.; Bardí Milà, B, eds. VIII Jornadas sobre Innovación Docente en Arquitectura (JIDA'20), Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Málaga, 12 y 13 de Noviembre de 2020: libro de actas. Barcelona: UPC. IDP; GILDA; UMA editorial. Terstiege, Gerrit, ed. 2012. The making of design: From the first model to the final product. Walter de Gruyter, Basel: Birkhũser. 692/889