ejemplo de proyecto cepillo de dientes
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Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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Título:
Proyecto de diseño e industrialización de un CEPILLO DENTAL CON PASTA DENTÍFRICA
INTEGRADA EN LA EMPUÑADURA
TOMO 1
MEMORIA
ETSEIB
UPC
Ingeniería de materiales.
Asignatura: Proyectos
S.G.M.
J.M.G.
E.M.H.
J.N.C.
A.P.R.
I.P.V.
Tutor: Joaquim Lloveras Macià
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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Índice del proyecto
Tomo 1. Memoria 1. Introducción.
2. Objetivo.
3. Finalidad.
4. Alcance.
5. Análisis antecedentes.
5.1. Disposición de los orificios de aplicación.
5.2. Situación de la bomba.
5.3. Tipo de válvula antiretorno.
5.4. Sistema de impulsión del dentífrico.
5.5. Tipo de gel.
5.6. Reutilización.
5.7. Público al que va dirigido.
5.8. Materiales.
5.9. Estudio económico de las propuestas.
5.9.1. Sistemas impulsión.
5.9.2. Sistemas antiretorno.
5.9.3. Mango y cabezal.
5.9.4. Pastas dentífricas.
6. Planteamiento.
6.1. Variables de entrada salida.
6.2. Restricciones
6.3. Criterios.
6.4. Variables de solución.
6.5. Uso del proyecto. Análisis de usuarios
6.6. FAST.
6.7. Análisis de seguridad.
6.8. Estudio fiabilidad. Árbol de fallos.
6.9. Instrucciones de uso.
6.10. Análisis de ventajas e inconvenientes.
6.11. Estudio de impacto ambiental.
7. Alternativas y justificación de la propuesta.
7.1. Sistema de impulsión.
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7.2. Válvula antiretorno.
7.3. Disposición física del cepillo.
7.4. Situación de la bomba.
7.5. Tipo de cepillo.
7.6. Capacidad del cartucho.
8. Descripción básica estudio de materiales.
8.1. Descripción básica.
8.2. Estudio de materiales.
8.2.1. Propiedades mecánicas.
8.2.2. Características generales.
8.2.3. Aspectos económicos.
8.2.4. Aspectos ambientales.
9. Planificación básica del proyecto.
Tomo 2. Planos
Tomo 3. Presupuesto
Tomo 4. Anexos
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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1. Introducción
Se aprovecha la ocasión que brinda la obligación académica de realizar un proyecto,
para poner en práctica los conocimientos que se han ido adquiriendo durante las
clases teóricas, la elección del producto del que será objeto el proyecto, no ha sido
casual, ha sido fruto de un análisis en el que se ha valorado la idoneidad del
producto, que permitirá aplicar los conceptos teóricos y sacar el máximo provecho
de las técnicas aprendidas.
2. Objetivos
Diseño de un cepillo dental con mecanismo dispensador de gel dentífrico
incorporado. Se estudiará la viabilidad de realizar el cartucho contenedor del gel con
un material biodegradable con el fin de minimizar el impacto medioambiental
derivado de su consumo. Se respetaran los criterios de ergonomía e higiene que
presentan los modelos actuales.
3. Finalidad
Se busca un aumento en la comodidad del usuario final:
• En el caso del usuario común, se evitará la acción de aplicar la pasta desde el
tubo, simplificando los movimientos del usuario.
• Para los usuarios que utilicen el cepillo de dientes en viajes, se evitará llevar
la pasta dentífrica y el cepillo dental, unificándose ambos elementos en uno.
• El dispensador permitirá economizar la cantidad de gel dentífrico utilizado
en cada aplicación.
Creación de valor añadido respecto al cepillo dental tradicional:
• El mayor precio de venta del producto respecto a un cepillo tradicional
permite aumentar los ingresos por unidad comercializada.
• El sistema de dosificación mediante el empleo de cartuchos de gel
recambiables de uso exclusivo implica la fidelización del cliente a la marca durante
la vida útil del cepillo.
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4. Alcance
Se realizará un estudio formal y funcional, así como de los materiales a utilizar para
todos los componentes del cepillo, a excepción de las cerdas.
Se procederá a la realización de un prototipo para el estudio de la viabilidad tanto
funcional como económica.
Asimismo se realizará un estudio del proceso de fabricación del producto.
5. Análisis de antecedentes
Estudio del estado de la técnica
Este invento se refiere en general a dispositivos de higiene dental y más
específicamente se refiere a un cepillo dental con pasta dentífrica incorporada, y con
un sistema de aplicación controlada.
Es bien conocido que la enfermedad periodental afecta a una parte significativa de la
población. Está también establecido que la enfermedad periodental es
fundamentalmente causada por agregados complejos de microorganismos,
principalmente bacterias en las regiones de hendiduras o grietas entre los dientes o
en los dientes y las encías. Estos agregados son corrientemente denominados como
placa dental. Debido a eso la necesidad de limpiarse los dientes de forma periódica
aún cuando se este de viaje, con un cepillo dental que sea cómodo y fácilmente
transportable cuando se esta viajando.
Este dispositivo se basa en un concepto, que aún no ha sido usado hasta el momento
comercialmente por ninguna firma, que es, la unión en una sola unidad del dentífrico
y el cepillo de dientes. Este dispositivo se basa en la presencia de gel dentífrico
incorporado, que es mediante una bomba de aspiración/vacío (air-less), aplicado de
forma regulada al exterior de las cerdas, a través de un solo orificio, protegido por un
diafragma de plástico. Esta bomba asegura de forma sencilla la cantidad adecuada
para cada cepillado.
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Las patentes que se han consultado para realizar el estudio del estado de la técnica,
nos muestran que este concepto es ya bien conocido por diversos autores, creando
unidades donde se une el dentífrico y el cepillo de dientes tradicional.
Típicamente estos dispositivos incluyen un depósito para almacenar el dentífrico y
un medio para bombear el dentífrico fuera del depósito, en las puntas de las cerdas.
Estos dispositivos han sido estudiados gracias a diversas patentes, tanto de ámbito
nacional como internacional. Se han estudiado un total de 12 patentes y 19 modelos
de utilidad.
A continuación se procede ha hacer un estudio exhaustivo de estas patentes y
modelos de utilidad.
El estudio se ha realizado utilizando un análisis funcional de cada una de las partes
del cepillo, para así poder clasificar y valorar mejor los diferentes inventos.
Como criterios de estudio se han usado:
• Sistema de impulsión del dentífrico
• Tipo de válvulas antirretorno
• Disposición de los orificios de aplicación
• Situación de la bomba
• Forma de recarga
• Tipo de gel
• Zona de aplicación del dentífrico
• Público al que va dirigido
• Materiales que se usaran
5.1. Disposición de los orificios de aplicación
Para el caso de la morfología de las cerdas, y como se reparte el dentífrico a través
de ellas, casi ninguna patente se refiere a ello de forma clara. Sólo es especificado en
algunos casos, como las patentes A64B 11/05, A64B 11/12, A64B 9/06, A64B
11/08, que indican que la pasta saldrá a través de 2 o 4 ranuras, sin especificar el
diámetro de estas, ni su disposición. En el caso de los cepillos con bomba eléctrica
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A64B 15/00, A64B 15/03, se indica que las ranuras serán 4, y que estarán orientadas
de forma radial, al centro del cabezal de geometría redonda.
En este proyecto se propone que haya un solo orificio, para evitar la entrada de
cuerpos extraños con una válvula en forma de diafragma de plástico elástico, y
no nocivo en contacto con los líquidos bucales. Esta válvula protegería la salida,
de saliva, del agua, de trozos de comida al cepillo. La tubería final sobresaldría
un poco, no más de 3 mm. para facilitar su aplicación. Este orificio estaría
situado en el centro del cabezal, que tendría unas cerdas orientadas tipo Cross
Action para facilitar su aplicación. Lo que haría aplicar el gel por todo el
cabezal sería el movimiento del cabezal con los dientes, y la incorporación del
agua o la saliva que lo haría aumentar de tamaño al gel.
5.2. Situación de la bomba.
Por lo que a este factor, en los casos de motor eléctrico de vibración y de
dosificación la bomba está situada en la parte posterior del mango. En los otros casos
la bomba siempre está en el mango, y sólo en las patentes A64B 11/07 y A64B
11/10 que se dispone de 4 partes la bomba no está colocada después del mango y
más cerca del punto de aplicación.
En este proyecto se propone colocar la bomba lo más cerca del punto de
aplicación del cabezal para evitar que el recorrido del fluido sea el mínimo, así
se reducen al máximo las perdidas de carga, y la presión que se debe aplicar sea
la menor, y además se evita que el fluido se solidifique y cree zonas dónde se
obture el paso, y se haya de aplicar una presión superior a la que puede
suministrar la bomba de vacío. La situación de la bomba es tal que permite que
sea accionada con el dedo pulgar, justo antes del cepillado de los dientes.
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Bomba de succión (air-
less) Mediante un fuelle Por presión de un pistón Hélice/Sin fin
Compresión de la
empuñadura Bomba eléctrica Otros
6 3 5 7 5 3 2
Patilla manual Bolas antirretorno Sin ningún tipo Diafragma Clapeta
Válvula
bola/muelle Otros
5 8 1 0 2 14 1
Toda la empuñadura Bolsa Reinyectable Desechable Recargable Otros
6 0 14 6 5 0
Dos partes Tres partes 4 partes Más 1 sola parte
16 6 2 1 6
De viaje De bolsillo Escolares En casa Combinado No dice nada
10 6 4 1 6 4
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Estudio de las unidades.
Con los estudios realizados anteriormente se puede observar que la mayoría de las
patentes proponen un modelo formado por tan solo dos unidades, una con el mango
donde hay un receptáculo para el dentífrico y la bomba o el sistema de impulsión, otra
con el cabezal dónde hay las cerdas.
En este proyecto se propone que en el mango se introduzca una bolsa con la recarga, de
esta manera es mucho más fácil de recargar. En el caso de que el receptáculo sufriese
algún tipo de taponamiento, sólo se debería cambiar por otra bolsa, sin tener que
desechar todo el mango, como pasaría en los otros casos. La bolsa se uniría por clipaje
con la zona dónde va la bomba, de manera que esta cerraría herméticamente sin
perdidas.
En las patentes de más de 2 partes, el ensamblaje es más complejo pudiendo encarecer
el coste de la unidad. Además, cuantas más unidades tenga, hay más peligro de que
pierda dentífrico por alguna de ellas, necesitando juntas tóricas o de otro tipo.
En este proyecto las diferentes unidades vendrían unidas también por clipaje de
las mismas, de esta forma se evita que las roscas se ensucien, y que la disposición
de la bomba siempre este en el mismo sitio, evitando que se pudiese pasar de
roscado, dejando la bomba en un lateral del mango.
5.3. Tipo de válvula antirretorno
Como se puede apreciar en la mayoría de las patentes utilizan válvulas antirretorno
clásicas como son, modelos de un cartucho con una bola de plástico rígido (PVC, PS)
juntamente con un muelle, y un espacio por donde pueda pasar el fluido. Este tipo de
válvulas son muy usuales en bomba dosificadoras de productos químicos. Estas
válvulas, pero requieren un mantenimiento, a veces se obstruye el espacio que hay entre
el muelle y la bola, formándose una concreción provocada por el dentífrico mismo. En
otros casos se proponen sistemas que están formados por válvulas que se con un muelle
que dejan pasar el fluido que está comprimido a presión como en la patente A64B
11/10. En otros casos se propone el uso de clapetas, unidas con bisagras, estas pero dan
problemas al obstruirse, y, además, el fluido debe salir a una elevada presión. En otros
casos se propone el uso de bolas antirretorno con la reducción de la sección para evitar
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que estas se escapen, en este caso las bolas depende de que material sean, y de la
composición de la crema, las puede deformar, o crear incrustaciones que eviten el
cierre.
En otros casos, normalmente en los modelos de utilidad se propone el uso de una
clapeta a la salida del dentífrico, cosa que evita que entre material del exterior, pero que
no evita el retroceso del material durante la impulsión del mismo.
Como se puede observar la mayoría de las propuestas se centran en la utilización de
elementos clásicos para bombas, sin tener en cuenta las necesidades de; un
mantenimiento nulo de la unidad, de fácil montaje, de evitar la entrada de cuerpos
extraños, y de fácil uso, y de poco peso.
También la mayoría de modelos no proponen ningún tipo de válvula a la salida del
dentífrico para evitar la entrada de agua o de saliva, que reseque la pasta, o de un cuerpo
extraño que tapone la salida, solo se proponen estuches para evitar la sequedad de la
pasta.
En este proyecto se defiende la propuesta de poner dos diafragmas de plástico
elástico como puede ser el PP, que con dos cortes en radios a 90º permitan la
apertura al paso del fluido, y que cuando ya no se ejerza presión se cierren
evitando el retorno de la columna por vacío.
5.4. Sistema de impulsión
En la mayoría de las patentes se propone el uso de un sistema de impulsión u otro. Estos
sistemas son normalmente manuales.
Si nos centramos en los que no lo son, sólo encontramos el sistema de bomba eléctrica,
defendido en las patentes de A61C 15/00, A61C 17/20, A61C 17/34. En estos casos se
propone la utilización de una bomba centrífuga que a la vez que hace vibrar el cabezal
con la fuerza centrífuga que se genere haga impulsar el fluido hacía el exterior. Este
modelo podría ser de gran utilidad, aunque en este caso nos hemos centrado en un
modelo más simple, que utiliza la fuerza manual.
Los modelos manuales usan normalmente bombas de vacío o también llamadas air-less,
estas bombas que se hacen funcionar con la fuerza del dedo, pueden ser a través de un
muelle colocado de forma transversal al mango con dos bolas antirretorno. Al apretar el
muelle se impulsa el fluido colindante hacia la salida cerrando la bola de aspiración, y
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que cuando se deje de impulsar el lugar donde hay el vacío se incorpore para igualar las
presiones nuevo fluido de refresco, cerrando la bola antirretorno de impulsión su
retroceso. Este modelo tiene una cierta complejidad funcional y estructural, además, se
pueden quedar entre muelle y bolas trozos de gel que formen una pasta, y impidan el
paso del fluido.
La otra posibilidad en bombas, es una membrana flexible y elástica, como la que ya se
utiliza en algunas maquinillas de afeitar. Esta membrana esta colocada encima de una
cavidad formada por dos zonas, una de aspiración y la otra de impulsión, y igual que en
el caso anterior al comprimir se expulsa, y al liberar se aspira nuevo gel, en este caso se
usan a veces válvulas antirretorno con bola y muelle, que direccionan el flujo evitando
retrocesos.
En otros casos es la combinación de un muelle o fuelle con una bola, o por un fuelle que
hay al final del mango. A veces es gracias a la aplicación de una fuerza en un pistón que
recorre el mango. En todos estos casos es muy difícil aplicar todo el dentífrico sin dejar
nada dentro, a demás si la unidad esta cabeza arriba es difícil ejercer suficiente presión
con el fuelle para que salga el dentífrico.
En los casos de que el mango sea flexible, es una unidad de gran simplicidad, pero que
también tiene los mismos problemas de aplicación al final, que a demás se requiere un
plástico flexible pero resistente.
También se puede usar un modelo de sinfín o tornillo de Arquímedes, en este caso se
deben poner unas muescas y placas que direccionen el flujo para evitar retrocesos, y
siempre existe la posibilidad de que haya rozamientos entre partes que se hayan
solidificado con el sinfín, aumentando esto considerablemente la fuerza que se debe
ejercer.
Por último existen los que tienen un gas a presión que se libera hacia una cámara dónde
hay una placa que hace de pistón, al abrir una válvula con un muelle, que hace de
impulsión del dentífrico. En este caso cuando se haya abierto totalmente la válvula el
gas se habrá expandido totalmente y se deberá recargar el gas y el dentífrico. También
se puede poner a presión el dentífrico cosa que hace más compleja como ya se ha visto
su recarga.
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Sistema de impulsión por hélice
Sistema de impulsión por bomba eléctrica
Clásico sistema de impulsión por bomba
Detalle del sistema de impulsión por bomba
Sistema dónde se aprecia la antirretorno
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Sistema de impulsión por fuelle
En nuestro proyecto se defiende el uso del sistema de impulsión de vacío o air-less,
porque es fácil de usar, y ya se ha probado con éxito en maquinas de afeitar. Este
sistema a demás presenta pocas posibilidades de averías ya que contiene solo la
cámara, la membrana pegada a la cámara, y dos tubos que salen de la cámara, y
que son del mismo trozo de material, así se evitan perdidas, y la necesidad de usar
juntas tóricas. Este sistema consta de un diafragma a la salida de la bolsa donde
hay el gel, para evitar retrocesos, y de una reducción en la tubería de impulsión
para así aumentar la velocidad del flujo, y la direccionalidad, y disminuir su
presión. Este sistema además de ser cómodo de usar, ya que se ejerce fuerza con el
pulgar, consigue que se pueda aplicar casi todo el gel contenido en la bolsa, y no
permite el contacto con elementos extraños ya que hay otro diafragma al exterior
de la aplicación.
Se podría decir que de los cepillos estudiados se ha visto que tienen diversas
desventajas. Típicamente incluyen mecanismos complicados para alimentar el
dentrífico, o para evitar que este retorne o se seque, que son usados en las bombas
clásicas. Dando como resultado un tamaño total inconveniente del cepillo de
dientes, y un coste elevado de la unidad, que a demás tiene problemas de fiabilidad,
siendo necesario en algunos casos un mantenimiento de esta. Los que usan pastas
tradicionales tienen problemas de taponamiento y atascamiento por la formación
de depósitos duros, modo de tartas, que impiden el paso del flujo de forma fiable, y
regulada. Muy pocos de estos alimentan el fluido a una velocidad controlada que es
necesaria para el caso de cepillos vibratorios, en los que el efecto acústico de la
vibración es transmitido por la pasta en la boca. Todo esto hace que la mayoría de
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ellos sean dispositivos inadecuados para utilizar como aplicadores de agentes
terapéuticos o de higiene personal.
5.5. Tipo de gel.
En ninguna de las patentes ni modelos de utilidad estudiados se hace ninguna referencia
al tipo de pasta dentífrica a utilizar para una cepillo con pasta incorporada.
En nuestro caso se usaría un dentífrico tipo gel, con una mayor cantidad de agua, y
con una densidad inferior cosa que hace que no se deba dar tanta energía par
mover el fluido, haciendo que el peso fuese menor, y más manejable el cepillo. El
tipo gel tiene menor viscosidad cosa que disminuye la energía que se le debe dar al
fluido para una velocidad dada, es decir, que la fuerza con la que se apretará a la
bomba no será muy grande, y la presión aplicada tampoco. A demás se requiere un
fluido del tipo tixiotrópico, de esta manera al aplicar la cizalla, disminuye la
viscosidad del fluido, y una vez aplicado es más denso, y se queda en la zona de
aplicación hasta que el movimiento con los dientes, lo aplica por todo el cepillo.
Esta tixiotropia se consigue con arcillas bentoníticas. Este gel estaría formado por
un sol que sería la crema dentífrica liófila, en la cuál a penetrado el medio de
dispersión que es el agua con los colorantes y aromas. Este gel debería tener poca
cantidad en gomas, tipo celulosa o xantano, y con pocos silicatos hidratados, para
reducir su viscosidad
5.6. Reutilización.
En el caso de la recarga o reutilización de la unidad, algunas patentes como A64B 09/02
entre algunas otras, proponen que sea de una sola aplicación, creando pues un modelo
más pequeño, con menor volumen, y de poco peso, útil incluso para llevar en el bolsillo,
aunque no queda bien resuelto el problema de la correcta dosificación, ya que se debe
hacer comprimiendo el mango flexible (cosa que hace muy difícil la correcta aplicación)
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En otros casos se propone abrir el mango y recargar directamente el dentífrico, dentro
del receptáculo, cosa que vemos poco práctica, y cómoda para un cepillo, que se supone
que debe ser una novedad en el mercado.
Por lo que se refiere a la utilización de equipos de reinyección, se cree que se encarecerá
mucho el precio del producto. Estos tipos se proponen para cepillos que viene con una
carga de gas a presión, o en el que el mismo dentífrico venga comprimido en el interior,
en estos casos se necesitan unas valonas con una unión cónica que haga de tope, y que
permita reinyectar sin que se escape el fluido. Cosa que hace el diseño más complejo,
con la necesidad de más materiales, más sensibles a que se estropeen, y que encarecen
el ensamblaje, y su precio final.
En algunos casos como en las patentes A64B 15/00, y A64B 17/20, en que se propone
un cepillo con bomba eléctrica giratorio, se recambian las pilas, y se incorpora un
sistema eléctrico de recarga.
En el caso de este proyecto se propone simplemente la utilización de unas bolsas de
plástico, que contengan unos 25 mL, para aproximadamente unas 2 aplicaciones
diarias y que duren unas 2 semanas. Esta bolsa se podría vender juntamente con el
cepillo, o vender en packs de recarga. Esta bolsa seria un saco cerrado por
termosellado, con el gel envasado al vacío para evitar que se secase. Podría estar
formado por una pared interna delgada de vinilo o de polueretano, con aluminio, y
PET para poder imprimir sobre ella. Esta bolsa vendría cerrada con un tubo de
PP de alta densidad o un caucho en forma de O, con el diafragma, que se
incorporaría por clipaje a la unidad de bombamiento.
5.7. Público al que va dirigido
En la mayoría de las patentes se describe como potencial público, el que viaja, y que de
esta manera se reduce en la maleta, o en el neceser la cantidad de enseres de higiene.
También se propone útil para gente que lo pueda llevar en el bolsillo, para aquellos que
estén fuera de casa durante su jornada laboral, en este caso debería ser de pocos usos, o
que se pudiese entregar de forma gratuita en hoteles, en los casos anteriores debería ser
de forma y uso muy simple para abaratar los costes. También se propone el uso entre un
sector potencial, que son los escolares después de las comidas en el colegio.
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En nuestro caso también se propone para gente de viaje. El volumen de las bolsas
de recarga, y el grosor del cepillo, pero también lo harían útil para el uso habitual
en casa. Este cepillo sería pero demasiado grande para un uso de bolsillo, aunque
esto nos permitiría aumentar el precio, ya que sería un enser con un valor
determinado para el uso diario, y no un regalo que haga una marca o un hotel a
sus clientes.
5.8. Materiales que se usarán
En la mayoría de las patentes en las que se propone algún sistema de bombamiento,
aparecen tanto en la bomba, como en las válvulas antirretorno ineludiblemente los
muelles. Estos muelles siempre son metálicos, normalmente serian de una aleación
férrica de acero inoxidable de no muy alta calidad, normalmente martensítico con un
Tratamiento Térmico que le permita tener resistencia y tenacidad. Tienen una
composición en Carbono de hasta un 1%, y una proporción en Cr de hasta un 17%.
Deben resistir pues la corrosión en medio acuoso, y también deben ser resistentes a
medios salinos (ya que el gel lleva fosfatos, silicatos...), que facilitan la corrosión por
picadura. En las válvulas que estén en contacto con el exterior se debe tener en cuenta el
problema del contacto con la saliva (que es corrosiva), y con las incrustaciones del agua
potable, ya que a veces puede llegar a durezas de 40º en la escala francesa. A todo esto
también se podrían usar aleaciones ligeras de Al, o de Ti, que son más resistentes a al
corrosión, pero más caras.
Las bolas antirretorno que se usan deben ser de cauchos o de plásticos rígidos (PS), para
evitar que se deformen, y no permitan el retroceso del dentífrico. Estos elementos a
demás pueden comportar la generación en zonas donde el flujo sea más estancado, de
agregados sólidos, que impidan el paso del fluido.
En el caso de una impulsión con una hélice se podría usar un acero inoxidable o un
nylon resistente, o de incluso PP de alta densidad., Pero se debe tener en cuenta que el
fluido iría desgastando las hélices, y que el acero tendría problemas de picaduras
En muchos de los cepillos donde hay unidades roscadas, o más de dos o tres unidades,
sería necesario el uso de juntas tóricas de teflón o de otro tipo de material, para evitar
fugas.
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En las propuestas estudiadas anteriormente se propone un receptáculo en el interior del
cepillo, este debería ser de un material, que evitase que se resecase el dentífrico, y que
hiciese de barrera con el aire.
En este proyecto se defiende el uso de una bomba toda de plástico sin elementos
metálicos, que se pudiesen corroer. Esta bomba podría ser típicamente de un
material elástico en el cabezal dónde se bombea el fluido, como podría ser de PE o
PP, y la cámara de la bomba de PP de alta densidad, que fuese más rígido. Los
diafragmas podrían ser incluso del mismo PP, con dos cortes. Estas partes se
podrían unir con plastisoles o dicloruros de vinilo. Esto haría un sistema muy fácil
de ensamblar y de bajo coste tanto en maquinaria, como en la materia prima
(granza) El mango podría ser la parte rígida de PP con ABS, o con SBR (caucho
sintético) o de PS, con una parte gomosa más cómoda, que podría ser de alguna
espuma de PUR.
5.9.Estudio económico de propuestas.
En el estudio económico de los antecedentes, se ha decidido poner un apartado donde se
comparan brevemente los precios de otros cepillos, geles y cremas, que si que están
actualmente en el mercado, para así poder comparar de forma más cuantitativa su
viabilidad económica. No se pretende, pero, entrar a fondo en los costes de producir y
comercializar una serie de estos productos.
Las propuestas anteriormente estudiadas, no han sido puestas a la práctica actualmente
por ninguna marca comercial, cosa que nos hace ver su poca viabilidad económica hasta
el momento. Esta falta de viabilidad es como ya se ha mencionado anteriormente,
debido al uso de materiales de coste elevado, y que, además, su ensamblaje en la
cadena de montaje es complejo y costoso, con la necesidad de máquinas muy
especificas, para la unión de estos elementos.
Las propuestas anteriormente descritas requieren los siguientes materiales:
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5.9.1. Sistemas de impulsión:
• Aleaciones martensíticas de acero inoxidable Cr, o Cr, Ni, para muelles
• Aleaciones martensíticas de acero inoxidable Cr, o Cr, Ni, para hélices
• Aleaciones ferríticas de acero inoxidable Cr, o Cr, Ni, para pistones
• Aleaciones ferríticas de acero inoxidalbe Cr, para fuelles
• Aleaciones de Cu, y de acero dulce para la bomba eléctrica
• Fundición maleable, o aleaciones Al-Si-Mg, para cuerpos de motores
• Materiales plásticos elásticos, cauchos sintéticos para bombas
• Materiales plásticos muy elásticos y poco rígidos, tipo PE, en el caso de usar
mangos deformables.
5.9.2.Sistemas antirretorno
• Bolas antirretorno de caucho duro, o de PS, pero que no sean cauchos tipo SBR,
que se hinchen con la presencia de alcholes, o otros disolventes
• Los “cartuchos” donde van las válvulas antirretorno, de PVC serían los más
resistentes o sino de PP o de PS
• Juntas tóricas de PTFE
• Plásticos rígidos y resistentes al desgaste, tipo PS o Poliamidas, para patillas
manuales.
• Aleaciones ferríticas de acero inoxidalbe Cr, para clapetas
5.9.3. Mango y cabezal
En este caso las patentes estudiadas no dan ninguna reseña sobre el material del que
deberían estar hechas estas partes. Sólo se refieren a la poliamida 6,6 o Nylon para
las cerdas.
Todos estos materiales son de elevado coste, ya que los aceros inoxidables son caros,
las bolas de caucho de este tamaño no son habituales, la bomba eléctrica o el sistema de
vibración incrementarían el precio del producto, al igual que las aleaciones de Al o Ti si
se usasen. El precio se vería incrementado también por su fabricación, que no sería
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innovadora, necesitando nueva maquinaria, y su ensamblaje altamente costoso, ya que
habrían muchas partes a unir.
En este proyecto se proponen los siguientes materiales:
• La cámara de la bomba de PP de alta densidad. El material elástico en el cabezal
dónde se bombea el fluido, como podría ser de PE o PP. Estas partes se podrían
unir con plastisoles o dicloruros de vinilo.
• Los diafragmas podrían ser incluso del mismo PP, con dos cortes.
• El mango podría ser la parte rígida de PP con ABS, o con SBR (caucho
sintético) o de PS, con una parte gomosa más cómoda, que podría ser de alguna
espuma de PUR.
• El copolímero PP con ABS, sería de la forma que el 70-80% del material sería
PP, para abaratar el coste, y el ABS, sería con una cantidad en polibutadieno
determinada para que diese un acabado brillante, pero con suficiente SAN para
que fuese resistente a la tensión de flexión.
• La espuma de poliuretano seria con una cantidad de aire, que hiciese que la
sensación del contacto con el cepillo fuese suave, pero sin hacer un material
poco rígido y resistente.
• La bolsa con el gel, sería de film de aluminio de 20-50 micras, con una capa
exterior de PET, donde se pueda teñir con tinta la marca comercial, y el interior
de PE de baja densidad. Todos unidos con adhesivos plásticos.
Se usan pues PE, PP, ABS, PUR o PS, todos ellos con cargas, plastificantes, y con
colorantes, el PP, y el PE. Estos son materiales plásticos fáciles de adquirir, y que se
pueden conformar bien, y ensamblar con las máquinas de las que se dispone
actualmente. Y para la bolsa film de aluminio, PET, y PE que son faciles de conseguir.
Y la bolsa sería termosellada.
Como comparativa de precios se han estudiado diferentes cepillos de dientes
comerciales, con diferentes pastas dentífricas.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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5.9.4. Pastas dentífricas (volumen estándar de 75 mL)
• Binaca Fresh 1.35 €
• Kemphor 1.50 €
• Colgate 1.50 €
• Signal 1.50 €
• Denivit 1.45 €
• Licor del Polo (gel) 1.39 €
Se puede ver que los geles tienen un precio algo inferior a la media de las cremas
dentales, que es de 1.49 €.
Cepillos de dientes
• Oral B 3.85 €
• Oral B eléctrico 17.25 €
• Binaca Plus 4.95 €
• Braun eléctrico 9.75 €
• Jordan de viaje 2.5 €
Los precios de los cepillos normales están sobre los 3.5 €, y los eléctricos son mucho
más caros.
Nuestro cepillo de dientes estaría en un precio medio, teniendo en cuenta que hay el
mismo material que en uno de normal (tendría un peso similar), pero que incorpora unos
20 mL de gel (0.45€ de gel), el precio estaría entorno a los 5.5 a 6 €, ya que contiene
bolsas, y la bomba que encarecen un poco el precio.
Se ha realizado una búsqueda y análisis de patentes y modelos de utilidad, de diversos
cepillos de dientes con características similares a las del proyecto. (Ver anexo)
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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6. Planteamiento
El planteamiento supone el estudio y análisis del concepto a desarrollar según una serie
de pautas que ayudan a conocer cuales serán las necesidades básicas de los usuarios del
proyecto, de los usuarios del producto, cuales serán las restricciones con las que
trabajaremos, los criterios para la elección de los materiales más adecuados, el sistema
de energía más eficiente, la programación inicial y el seguimiento del proyecto.
Para la realización del planteamiento se utilizan una serie de herramientas que permiten
el trabajo en grupo de forma que todos los miembros del grupo aporten sus experiencias
y conocimientos al planteamiento del proyecto, de esta manera aumenta la calidad tanto
del proyecto como del producto que se pretende desarrollar.
Las herramientas utilizadas son entre otras el diagrama de variables de entrada y salida,
diagrama de análisis de usuarios, análisis de ventajas e inconvenientes, análisis de
seguridad, estudio del impacto ambiental etc......de las que más adelante se hará
mención de forma más detallada.
6.1. Variables de entrada y de salida.
Se entiende como variables de entrada y salida a los materiales y energías que entran en
el sistema y de los que, producto de su elaboración, se obtendrá producto acabado,
material de desecho (del que se indicará su reutilización), energía degradada y
emisiones.
Diseño:
En la fase de diseño, tal y como se han definido las variables de entrada y salida, se
puede decir que la energía mental de todos los miembros del grupo a la hora de
conseguir el mejor producto y la aplicación de dicha energía a la elaboración de un
documento son las variables de entrada, como variable de salida se obtiene el
documento que será la guía para la realización del proyecto y que permitirá aumentar la
calidad de vida de todos aquellos que hagan uso de él.
Fabricación.
Si en la fase de diseño las variables de entrada son difíciles de cuantificar, en la fase de
fabricación, son datos concretos y cuantificables, es decir, como se puede ver en la tabla
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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se tiene una entrada de materia prima y energía y una salida de producto acabado y
energía degradada.
ENTRADA SALIDA
Material polimérico en forma de granza Producto
Energía para transformar granza Energía degradada.
Combustibles Emisiones.
Uso.
Durante el proceso de uso del producto se deben añadir al producto diferentes recargas,
de forma que se vuelve a cuantificar en una tabla.
ENTRADA SALIDA
Productos químicos Gel dentífrico
Energía para reacción Energía degradada.
Combustibles Emisiones.
Eliminación.
En el proceso de eliminación del producto y de sus componentes también tenemos una
entrada y salida de producto.
ENTRADA SALIDA
Dispositivo fuera de uso Materia prima (otros procesos)
Combustible Energía.
Elimina emisiones.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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6.2. Restricciones, condiciones limitativas del diseño.
Se entiende restricciones a aquellas condiciones que limitan el diseño, es decir, durante
el diseño del producto y del proceso productivo se tendrán en cuenta las leyes naturales,
la legislación vigente sobre el tema, las imposiciones del promotor, el impacto
ambiental etc.....
Condicionantes Área de decisión
Existencia dispensador-cartucho de gel
dentífrico Diseño formal y funcional del conjunto
Volumen cartucho de gel dentífrico Tamaño y comodidad para el usuario
Reciclabilidad del cartucho de gel
dentífrico
Material con el que está hecho el
cartucho de gel
Estudio de las normativas de materiales
para higiene
Estudio de las toxicidades de los
diversos materiales
Eliminación y generación de residuos
después de la vida
Estudio de la reciclabilidad de los
distintos materiales
Reología del gel que se aplicará Estudio de la tipología del gel a usar
6.3. Criterios.
Se entiende por criterios aquellas condiciones que se han de cumplir que son deseables
pero que no son restrictivas, seguidamente se hace una descripción de cuales son y cual
ha sido el camino para conseguir cumplirlas.
Coste mínimo.
En la realización del diseño, selección de materiales, elección de elementos productivos
etc..... se ha tenido en cuenta que cumplan los requerimientos de uso y a la vez que
tengan un coste mínimo.
Peso mínimo.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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El cepillo ha de ser manejable y resistente a la vez, esos son los dos criterios que se han
tenido en cuenta a la hora de seleccionar los materiales y la geometría de todas las
piezas que forman parte del cepillo.
Fácil manejo, atractivo y seguro.
Para conseguir un fácil manejo se ha realizado un estudio de ergonomía, tomando como
ejemplo cepillos existentes en el mercado, los miembros del equipo de trabajo han dado
su parecer de forma que el diseño incorpora las tres cualidades que se exponen al inicio
del párrafo.
La seguridad se ha conseguido utilizando los materiales más convenientes en cada parte
del cepillo.
6.4. Variables de solución.
Tamaño y forma.
Para decidir el tamaño del cepillo se ha realizado en base a cepillos comerciales
existentes en el mercado y las pruebas que los miembros del equipo hemos hecho, una
de las peculiaridades fundamentales de este cepillo es que debe contener la pasta
incorporada y ello ha hecho variar las dimensiones del mango, la forma definitiva es la
solución que se puede ver en los planos es la que permite cumplir con los
requerimientos de uso que se van a hacer al cepillo.
Energía a utilizar
Para su funcionamiento el producto no requerirá de otra energía que la manual del
usuario, es decir que no difiere de un cepillo tradicional en ese aspecto, de esta manera
se consigue abaratar el mantenimiento del producto así como disminuir la dependencia
de otras energías.
Materiales.
La selección de materiales se ha realizado en función del uso de las diferentes partes
del cepillo, se cumple las recomendaciones del colegio de odontólogos, así como las
normas de obligado cumplimiento en productos que por su uso estan en contacto con la
piel y mucosas de los usuarios.
Los materiales elegidos se describen en el punto 8 del proyecto.
6.5. Uso del proyecto. Análisis de usuarios
Analizar el tipo de usuarios del proyecto representa un ejercicio mental que permitirá
aumentar la calidad tanto del proyecto como del producto, cuando se piensa en el uso
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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del proyecto se deben tener en cuenta cuales son los tipos de usuarios y sus
requerimientos, una vez se sabe quienes son los usuarios y que es lo que necesitan se
debe elaborar el proyecto con esas necesidades como objetivo, de forma que se acaben
cumpliendo.
El proyecto cumplirá las necesidades de cada uno de los usuarios, de forma que todos
ellos encontraran la información necesaria para cumplir su cometido, en la elaboración
del proyecto se evitará en lo posible la información redundante y ambigua, aunque
también permitirá una interpretación abierta a todo lo que signifiquen mejoras.
TIPOS DE USUARIO Y REQUERIMIENTOS Diseñadores
Equipo proyectista Rendimiento económico Información del promotor Legislación, normativas
Infraestructura (local, material,...) Operadores Suministradores Fabricantes de plásticos (granza)
Especificaciones de los distintos tipos de plástico a utilizar (resistencia requerida, toxicidad, colores, cantidades).
Fabricantes de pasta dentífrica
Información acerca de las propiedades de la pasta (tipo, fluidez,...)
Fabricantes de maquinaria de producción y utillajes
Tipo de producción Diseño del producto (planos, materiales) Fabricantes de embalajes Diseño del blíster, textos, etc. Especificaciones técnicas Cantidades, tamaño de packs
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Fabricante del producto acabado Dpto. de Ingeniería Totalidad de las especificaciones técnicas Dpto. de Producción Tipo de producción, proceso de fabricación, maquinaria necesaria Cantidad de materiales, cadencia de producción Dpto. de Mantenimiento Maquinaria a utilizar, cadencia de producción Tolerancias Dpto. de Logística Materiales a utilizar, cantidades, cadencia de producción Dpto. de Marketing Previsión de ventas, diseño del producto, tipo de usuario final Dpto. Financiero Coste del proyecto Previsión de ventas, costes de material, maquinaria, mano de obra Empresas de Logística Transporte de materias primas Tipo de materias, peligrosidad Ubicación de fábricas
Volumen, peso Ritmo de entregas Transporte de maquinaria Tamaño y peso de máquinas Restricciones de las vías de tráfico y de los accesos Transporte de producto acabado Ritmo de entregas Dimensiones de los lotes, pesos Fragilidad del producto y/o embalaje
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Distribución de producto acabado Ritmo de entregas Puntos de venta Explotador Empresa dedicada a la fabricación de productos para la higiene dental
Es el fabricante del producto, las necesidades son las anteriormente expuestas para el fabricante
Consumidor
Plataformas de compra y distribución de productos de perfumería, distribuidoras de hipermercados, supermercados,…
Coste del producto, previsión de ventas, margen de beneficio
Perfumerías, hipermercados, supermercados, farmacias, tiendas de conveniencia…
Coste del producto, previsión de ventas, margen de beneficio, perfil del cliente destinatario, disponibilidad del producto
Comprador final (particular)
Funcionalidad Estética Ergonomía Capacidad del depósito Coste de adquisición asequible Disponibilidad del producto y de los recambios
Utilizador Individuo (particular)
Mismos requerimientos que el comprador final (acostumbra a ser el mismo individuo excepto en el caso del utilizador infantil)
Existen diferentes tipologías de utilizador: Según edad: adulto, niño, anciano Según sexo: mujer, hombre Según lugar de utilización: doméstico, viajero
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Cada tipo de utilizador dará distinta preferencia a los diversos requerimientos del producto
Usuario fin de vida del producto Basurero, gestora de residuos Composición, toxicidad, reciclabilidad
6.6 Diagrama FAST.
FAST son las siglas que representan un concepto que viene resumido cada una de las
palabras que contiene la sigla.
Functional. Se indican las funciones.
Análisis. Se realiza un análisis de dichas funciones.
System. Representa un sistema gráfico para mostrar las funciones.
Technique. Es una técnica para analizar funciones técnicas.
6.7 Análisis de seguridad.
El diseño del producto se debe realizar con un criterio de funcionamiento seguro, eso
significa diseñar con el criterio de no agresión a:
• Personas.
• Cosas.
• Medio ambiente.
El producto tendrá un correcto funcionamiento técnico, se estudiará la seguridad, tanto
de los componentes como de las funciones.
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Uno de los criterios de diseño que se han tenido en cuenta durante todo el proceso del
diseño es que la seguridad favorece a largo plazo el éxito económico del proyecto.
6.8. Estudio de fiabilidad. Se describen a continuación los principales fallos que pueden darse durante la utilización del cepillo dental NOMAD: Fallo de clip de unión de mango y cabezal Se produce el fallo por la deformación plástica del material empleado en el clipaje. Esta deformación genera una disminución de la fuerza de unión entre mango y cabezal. Puede producirse después de repetidos ciclos de acople de ambas partes. Rotura de clip de unión de mango y cabezal Se produce el fallo por la rotura del resalte de material empleado para el clipaje. Puede suceder en caso de fuerte impacto del cepillo, como en el caso de una caída, o bien por una mala manipulación durante la unión de mango y cabezal. Fallo de clip de unión ó Rotura de clip de unión = Desprendimiento del cabezal Incrustaciones de suciedad en las cerdas Con el uso se va depositando suciedad en la base de las cerdas, afectando a la estética del cepillo y a su higiene. Doblado de las cerdas Con el uso se van doblando las cerdas del cabezal, afectando a su funcionalidad. Incrustación de suciedad ó Doblado de cerdas = Desgaste de las cerdas Desprendimiento del cabezal ó Desgaste de las cerdas = Fallo del cabezal Secado de la pasta Debido a la entrada de aire por el conducto expulsor puede producirse el secado de la pasta dentífrica. Entrada de elemento externo A través del orificio de salida de la pasta dentífrica puede producirse la entrada de elementos externos. Secado de pasta ó Entrada de elemento externo = Obstrucción de la válvula
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Obstrucción de la válvula u Obstrucción conducto = Obstrucción del sistema de impulsión Fallo de unión sistema bombeo Se produce el fallo por la deformación plástica del material empleado en el clipaje. Esta deformación genera una disminución de la fuerza de unión entre cartucho, bomba y cabezal. Puede producirse después de repetidos ciclos de acople de las partes. Rotura unión sistema de bombeo Se produce el fallo por la rotura del resalte de material empleado para el clipaje. Puede suceder por una mala manipulación durante la unión de cartucho, bomba y cabezal. Fallo de unión sistema de bombeo ó Rotura unión sistema de bombeo = Desacoplamiento de los elementos Perforación de la bomba Se produce por fallo del material elástico de la bomba. Perforación del cartucho Se produce el fallo por mala manipulación del cartucho al efectuarse la operación de unión con la bomba. Perforación de la bomba ó Perforación del cartucho = Rotura sistema impulsor Desacoplamiento de elementos ó Rotura sistema impulsor = Fallo sistema de impulsión Obstrucción sistema de impulsión ó Fallo sistema de impulsión = Fallo de impulsión de pasta dentífrica Fallo del cabezal ó Fallo de impulsión de pasta dentífrica = FALLO TOTAL DEL CEPILLO DENTAL
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Árbol de fallos
6.9. Instrucciones de uso.
PROCEDIMIENTO DE RECARGA
1. Sujetar el extremo del cabezal fuertemente con una mano.
2. Tirar del mango hasta separar las dos partes.
3. Separar el cartucho de pasta dentífrica del dispositivo de bombeo.
4. Introducir el nuevo cartucho presionando la boquilla de salida contra el extremo de la
bomba, hasta perforar el sello protector.
5. Situar el mango frente al cabezal, haciendo coincidir las dos marcas.
6. Presionar el mango contra el cabezal, hasta oír un “clack”.
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PROCEDIMIENTO DE USO
1. Sujetar el cepillo con una mano, situando el dedo pulgar sobre el pulsador.
2. Humedecer las cerdas con agua si se desea.
3. Presionar 2 o 3 veces el pulsador según la cantidad de pasta requerida.
4. Cepillar los dientes durante 2 minutos (siga los consejos de su dentista).
5. Limpiar en profundidad el cabezal, para evitar la obstrucción de la válvula de salida
de pasta dentífrica.
6.10. Análisis de ventajas e inconvenientes.
Seguidamente se enumeran las ventajas y los inconvenientes de las mejoras que aporta
el producto con respecto a otros productos existentes en el mercado.
VENTAJAS
• Apto para ciertas discapacidades
• Mayor comodidad
• Mayor rapidez
• Ahorro de dentífrico
• Unificación cepillo y pasta dentífrica
• Uso más fácil para viajes (anti olvidos)
• Uso de la pasta siempre en buen estado
• Uso modular (recambio del cabezal, deposito, dispensador)
• Producto innovador
INCONVENIENTES
• Producto más complejo
• Coste superior al cepillo tradicional
• Necesidad de montaje
• Menor resistencia del mango
• Posible fallo de impulsión de la pasta
• Exclusividad en el uso de la pasta dentífrica
• Depósito más limitado que el tradicional
• No apto para ciertas discapacidades
• Uso de más materiales: dificultad para el reciclaje
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6.11 Estudio de impacto ambiental.
En el desarrollo del cepillo dental NOMAD se han tomado en consideración criterios de
minimización del impacto medioambiental. Han sido varias las medidas adoptadas en
este sentido.
En primer lugar consideramos la reducción del volumen de material empleado en la
fabricación.
La vida útil de un cepillo dental se estima que es de entre 3 y 4 meses. Esta vida
limitada se debe a que las cerdas pierden propiedades con su uso, dejando de cumplir
efectivamente su función. Bajo este precepto el cepillo dental NOMAD ha sido
desarrollado de manera modular, presentando partes reemplazables. Cuando las cerdas
alcanzan el final de su vida útil se desecha únicamente el cabezal del cepillo,
conservando el cuerpo de éste.
Con esto se logra una importante reducción de consumo de materiales, con el
consiguiente ahorro energético en su fabricación y transporte, así como una disminución
de los residuos generados.
En segundo lugar, y con el mismo fin de lograr una reducción de consumo de material y
generación de residuos, se ha escogido un material especialmente duradero para la
fabricación de las cerdas. Con dicho material se logra prolongar la vida útil del cabezal
en torno al 20% en comparación con el material empleado en los cepillos
convencionales.
En tercer lugar se ha establecido el marcaje, mediante símbolos identificativos, de los
plásticos empleados en las diferentes partes que componen el cepillo dental, en vistas a
facilitar su separación y posterior tratamiento en las plantas de gestión de residuos.
Por otra parte, se impone el empleo de un embalaje de reducidas dimensiones. Para la
confección de dicho embalaje se emplearán materiales reciclados en la medida de lo
posible, utilizando aquellos potencialmente menos contaminantes. Se garantizará la
gestión de los residuos de embalaje mediante la adhesión al sistema de “Punto Verde”.
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7. Alternativas estudiadas y justificación de propuestas
7.1. Sistema de impulsión del gel:
o Tornillo sinfín: Manejo poco práctico, genera mayor complejidad en su
montaje, y mayor peso de la unidad.
o Aire a presión: Mayor dificultad para controlar la dosificación, aumento
de la complejidad y coste de fabricación.
o Cartucho deformable: Pérdida de rigidez en la empuñadura, mal
aprovechamiento del gel.
o Mecanismo de bombeo mediante bomba peristáltica: Es el sistema
escogido. Fácil fabricación, excelente capacidad de regulación del gel dentífrico, fácil
implementación en el cuerpo del cepillo, coste contenido.
7.2. Tipo de válvulas antirretorno:
Se ha optado por disponer dos válvulas antirretorno, una en la aspiración de la bomba,
justo después del cartucho de gel, y la otra en la salida del cepillo. Estas válvulas deben
impedir, respectivamente, el retroceso del flujo durante la impulsión, y la exposición a
los fluidos del gel contenido en el conducto de salida, así como evitar el secado del gel
por contacto con el aire.
• Bolas antirretorno: De difícil ensamblaje, pueden deformarse con el gel.
• Válvula tipo mariposa: Se puede obstruir por el paso del gel. También es de difícil
ensamblaje.
• Válvulas tipo diafragma: De fácil fabricación. Evitan la operación de ensamblado ya
que pueden ser fabricadas de manera integrada en el mecanismo de bombeo. Menor
posibilidad de obturación respecto a las válvulas de mariposa.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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7.3. Disposición física del cepillo:
• Una sola unidad: Aunque su fabricación es mucho más simple, en el caso de que se
obstruya el tubo de dosificación se debería desechar toda la unidad, antes de
alcanzar el tiempo de vida previsto del cepillo.
• Dos unidades: De esta forma se puede cambiar de forma independiente la parte de
las cerdas, dónde ira la bomba, con la empuñadura donde irá la bolsa dosificadora.
7.4. Situación de la bomba:
• Se ha decidido situar la bomba en la parte más cercana a las cerdas para que de esta
manera el recorrido del gel hasta su punto de dosificación sea el menor posible,
evitando así posibles taponamientos. Esta disposición permite además cambiar la
bomba independientemente de la empuñadura.
7.5. Tipo de cepillo:
• Se ha optado por un cepillo de accionamiento manual, ya que uno eléctrico
aumentaría en gran medida su volumen, peso y coste. Esto iría en detrimento de la
capacidad de almacenamiento de gel dentífrico así como de su comodidad de
manejo.
7.6.Capacidad del cartucho de gel:
• La capacidad del cartucho de gel se estima en 25 ml, cantidad suficiente para
permitir el cepillado durante 15 días aproximadamente, con una media de 2 a 3
aplicaciones diarias. Esta capacidad conlleva un peso contenido del conjunto y
permite la adopción de formas ergonómicas en la empuñadura, con el consiguiente
agrado de utilización.
8 Descripción básica, estudio de materiales.
8.1. Descripción básica.
El cepillo está formado por diferentes piezas que desarrollan las diferentes funciones del
mismo, desde el almacenamiento del gel dentífrico hasta la
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impulsión de este hasta las cerdas. Visiblemente desde el exterior solo percibimos el
cabezal con el aplicador, y el mango. El resto de la piezas quedan ocultas en el interior
de las anteriormente citadas. A continuación se hace una pequeña descripción de todos
los componentes.
La parte anterior del cabezal posee una forma prismática, que en su parte posterior se va
modificando geométricamente para adaptarse de manera
suave a la entrega con el mango. Coincidiendo con su eje longitudinal, viene atravesado
por una cavidad que servirá para el paso del gel dentífrico y para el
alojamiento del dispensador. En su parte superior posee otra cavidad preparada para la
colocación del aplicador.
El aplicador que se colocará en la cavidad previamente citada es un cuerpo concavo de
cuya zona central parte un elemento cruciforme que será el que presionará el botón del
dispensador cuando el usuario lo haga sobre
el aplicador.
La perforación en la parte anterior superior del cabezal viene coronada por una válvula
que evitará la entrada a la cavidad interior de agua, suciedad,
etc...
El cabezal se fija al mango a través de un clip colocado en la parte inferior del mango y
se garantiza la posición mediante unas guías laterales.
El dispensador se aloja en el cabezal ayudado por unas guías laterales, y
geométricamente es un cuerpo cónico finalizado por un cilindro con un alojamiento para
una goma tórica. Coincidiendo con su eje longitudinal viene perforado de manera
pasante, para el paso del gel dentífrico. En su parte superior posee un botón, que al
presionarse a través del aplicador, provocará
la impulsión de la pasta que proviene del depósito. La fijación con este último se facilita
a través de unas guías y la goma tórica.
El mango inyectado en bicomponente para mejorar su agarre es un cuerpo hueco para el
alojamiento del depósito, con dos partes en material elastomérico, en su parte superior e
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inferior, correspondientes al amarre del pulgar y a los dedos más pequeños
respectivamente.
El depósito tiene dos partes diferenciadas, una en un plástico rígido tipo PP, que servirá
para acoplarse al dispensador y otra que es el depósito propiamente dicho, termosellado
al final rígido, con un volumen interno de aproximadamente 20ml.
8.2. Estudio de materiales
En el estudio de los materiales, para poder hacer una buena elección debemos tener en
cuenta diversos factores, tales como propiedades del material, costes, medio ambiente,
reciclabilidad, mercado actual,etc.
En el mercado actual, podemos observar que el material más empleado en los cepillos
de dientes, ya sean eléctricos o no, es el plástico. Los precios de los mismos oscilan
entre 2.5 a los 4 € aproximadamente.
En nuestra propuesta optamos también por un plástico que se adecue a nuestras
necesidades, ya sean económicas, técnicas, etc.
A continuación se detallan todos los aspectos necesarios que hemos creído convenientes
para nuestro producto.
8.2.1. Propiedades mecánicas:
En este apartado hemos realizado un estudio de las propiedades insensibles a la
microestructura, basándonos en las propiedades físicas y químicas, las cuales no varían
mucho en las imperfecciones de los materiales.
El cepillo consta de dos partes, además de un mecanismo para la aplicación de pasta,
por lo que es necesario el empleo de diferentes plásticos en función al uso que vallan a
tener, y a la función que desempeña en el cepillo.
La propuesta que creemos conveniente es realizar todo el cuerpo del cepillo con
polipropileno. Este plástico se utiliza mucho en industrias alimenticias,por lo que lo
hace viable para el uso de un cepillo de dientes Sus propiedades hacen que sea un
producto idóneo para el uso al cual lo destinamos.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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El polipropileno tiene una baja densidad, característica que nos es importante puesto
que no interesa que el cepillo no pese demasiado, debe ser manejable y a su vez
cómodo.
El módulo de Young nos indica la resistencia del material antes de sufrir una
deformación plástica. Los polímeros normalmente presentan módulos bajos debido a la
presencia en su estructura tanto de enlaces fuertes (covalentes) como débiles, puentes de
Hidrógeno o Fuerzas de Van der Waals. Estos últimos son los que se alargan primero
cuando los polímeros se deforman.
Puesto que la aplicación del plástico en este caso no ha de soportar grandes esfuerzos,
los valores tanto del módulo de Young, así como de la tensión de fluencia son
adecuados a nuestras necesidades.
En una gráfica la cual el eje de abcisas represente la elongación y el eje de coordenadas
represente la carga, la elongación nos indica la deformación que sufre el material
después de sufrir carga. En este caso se da en porcentaje, y puesto que la presión que
puede ejercer la mano será moderada, este valor está dentro de los límites propuestos.
La temperatura es también una propiedad importante a la hora de elegir el material.
El intervalo de temperaturas es de –10 a 110ºC. Es importante que tenga un límite bajo
de temperaturas, pero lo es más todavía su límite superior, puesto que podemos pensar
que algún posible usuario del producto puede pensar en meter el cepillo en agua caliente
para desinfectarlo. Hemos supuesto que el usuario puede meter el cepillo en agua
hirviendo (100ºC), de ahí la importancia de la resistencia térmica.
Para hacer el cuerpo del cepillo un poco más resistente, se añadirán también pero en
baja proporción ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) y AS. El ABS es una aleación
entre estos tres componentes que hace que la combinación proporcione al cepillo una
Propiedades PP
Densidad (Kg/cm) 0,96
Módulo de Young (Mpa) 1200-2000
Tensión de Fluencia (Mpa) 30
Elongación (%) 50-200
Resistencia de Temperaturas (ºC) -10/110
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gran tenacidad al impacto, además de una amplia gama de temperatura de servicio y
resistencia a química.
Otra de las partes de las que está compuesta el cepillo es el cabezal, en él están
contenidas las cerdas. Estas serán unas cerdas convencionales que todo cepillo posee.
Las cerdas serán de poliacrilamida para una correcta higiene dental, además tendrán
una inclinación de 45º para que el cepillo llegue a todos los intersticios de los
dientes, y para mejorar así la correcta higiene dental.
Otro de los plástico que utilizaremos en el cepillo, es la espuma de poliuretano. Este
plástico da forma al aplicador de pasta que se acciona apretando. Esta espuma tiene
una baja densidad, no es fusible y tiene una importante resistencia a muchos
productos químicos (aunque este no sea nuestro caso), además de presentar un alto
punto de ablandamiento y por tanto una bien estabilidad térmica. Otra de las
características que lo hace idóneo a su uso es que es resistente a los hongos y a los
microbios, son imputrescibles. Esta propiedad es muy importante, puesto que el
producto al que va destinado habitualmente está mojado o prácticamente, y como se
trata de un producto de higiene es una ventaja a tener en cuenta.
Otras de las propiedades que tienen las espumas de poliuretano son:
• Elevado poder aislante
• Buena resistencia mecánica
• Buenas propiedades térmicas (-30/100ºC)
• Óptima resistencia al envejecimiento
• Bajo peso
Propiedades ABS
Densidad (g/cm) 1,05
Dureza Rocwell R 100-110
Elongación (%) 45
Temperatura máx uso (ºC) 70-100
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• Simplicidad de transformación (pueden ser cortadas, pegadas, etc) y
económica
• Propiedad mecánica elevada
• Posibilidad de ajustar la resistencia a la compresión y a la flexión.
Por último, la bolsa que contiene la pasta dentífrica será de poliestireno con los
aditivos necesarios para proporcionarle una textura más flexible . Este plástico tiene
muchas aplicaciones alimenticias, por lo que lo hace ser una propuesta correcta para
albergar la pasta dentífrica.
Entre sus propiedades destacamos:
• Es liviano y resistente al agua
• Su óptima estabilidad dimensional, dureza y rigidez permite conservar
fresco y por más tiempo y disminuir así el uso de conservantes
• Posee alto grado de procesabilidad en transformación por moldeo,
extrusión, termoformado y soplado.
• Es un material muy versátil
• Se puede fabricar e diferentes colores, ya sean trasparentes y opacos
8.2.2. Características generales:
El polipropileno se produce a partir de petróleo o gas natural por un proceso de
polimerización, donde cortas cadenas de productos químicos (monómeros) que se
unen en presencia de un catalizador que posibilita la formación de cadenas largas,
los polímeros. Estos polímeros son termoplásticos sólidos que pueden ser procesados
por extrusión o moldeo o bien por inyección.
Los polipropileno son semitraslúcidos y de color blanco lechoso, con excelente
colereabilidad. Su método de producción induce a las moléculas a cristalizar en haces
compactos, por lo que son más resistentes que otros miembros de las poliolefinas.
Son fáciles de conformar para elaborar diversos productos. Son de baja densidad, y
ofrecen un buen equilibrio de costo moderado, resistencia mecánica y rigidez, y
propiedades térmicas y eléctricas.
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Tienen excelente resistencia al agua y a las soluciones acuosas, como soluciones
salinas.
Se moldea por inyección para fabricar tapas, cierres, ...
El PP soporta cargas ligeras durante periodos de tiempo prolongados .
8.2.3. Aspectos económicos:
En el cuadro comparativo podemos apreciar que el PP es uno de los plásticos más
barato a fabricar. A pesar que no sea el más barato de todos, sus propiedades
técnicas, además de sus mecanismos de reciclabilidad hacen que sea el material más
adecuado a nuestras necesidades para el cepillo de dientes NOMED.
8.2.4. Aspectos ambientales:
El impacto ambiental que provoca el polipropileno frente a otros plásticos de gran
consumo, como son el PVC, HPDE, y PET es inferior. Es decir que repercute
directamente en el consumo de energía, agotamiento de materia prima, residuos
generados e la fabricación de polímeros, emisiones durante la fabricación de
polímeros. Es el material que menos recursos naturales necesita para la fabricación y
por lo tanto agota menos el medio ambiente, a pesar de que tiene asociado un residuo
de CrO3 potencialmente peligroso.
En la actualidad, se intenta reducir los residuos con el uso de plásticos sencillos en la
producción con en fin de reducir la utilización de material. También se realiza un
proceso de recuperación en las cuales las materias primas con valor recuperable son
Compuesto Precio (€ / Kg)
HDPE 0,78
PP 0,84
PET 1,08
PVC 0,68
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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usadas para un posterior reciclado del material, recuperación química y recuperación
de energía.
Reducción de la fuente:
En el caso del polipropileno, con un proceso de fabricación actual, los cuales
carecen de efluentes líquidos o gaseosos, debido a estar constituido en un 99%
por Carbono e Hidrógeno. Estos son elementos inocuos y abundantes en la
naturaleza, por lo que resulta no contaminante químicamente.
Valorización de los residuos plásticos:
El 50% de las aplicaciones se destina al mercado de los bienes durables, a
diferencia de otros materiales más usados para envases cotidianos, por lo que la
incidencia en los residuos urbanos es menor.
Reciclado mecánico:
El 100% de PP es reciclable, ya sea en forma de Scrap industrial ( desechos
plásticos de las industrias) como en forma de residuo post-consumo.
Recuperación energética:
El PP contiene energía comparable con los combustibles fósiles, de ahí que los
residuos de PP constituyen una excelente alternativa para ser usados como
combustible para producir energía eléctrica y calor.
Reciclado químico:
A pesar de que este método está todavía a en desarrollo, consiste en volver a
obtener recursos naturales a partir de la despolimerización de los residuos
plásticos, permitiendo así volver a obtener componentes del petróleo para la
industria.
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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Título:
Proyecto de diseño e industrialización de un CEPILLO DENTAL CON PASTA DENTÍFRICA
INTEGRADA EN LA EMPUÑADURA
TOMO 2
PRESUPUESTO
ETSEIB
UPC
Ingeniería de materiales.
Asignatura: Proyectos
Sergio González Martín
Jaume Moragas Graells
Eva Mota Hinchado
Javier Nieto Cubero
Alejandro Peidró Roy
Igor Pérez Villalobos
Tutor: Joaquim Lloveras Macià
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
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PRESUPUESTO El cálculo del presupuesto se ha realizado en dos partes; los costos de ingeniería y los costos de producción del artículo.
1. SERVICIO DE INGENIERÍA
- Presupuesto de ingeniería: 40 días x 2 h./día x 6 pers./h. x 40 €./h….19.200 €. - Presupuesto del prototipo: - Estereolitografía:……………………………………………………150 €. - Ensayos y modificaciones de la bomba…………………………….450 €. …………………………………………………………………………………………. Total: 19.800 €. Notas:
1- Los gastos de infraestructura están incluidos en el coste hora de recursos de ingeniería.
2- Se prevé la utilización de elementos similares en el mercado para el estudio de la bomba y de las válvulas.
2. COSTOS DE PRODUCCIÓN
En este apartado se han calculado los costes de inversión incluidos los gastos de ingeniería, los cálculos de mano de obra requerida y una previsión de los movimientos de fondos. Para realizar los cálculos se han tenido en cuenta las siguientes suposiciones:
- La maquinaria necesaria ya estaba en la empresa y por lo tanto AMORTIZADA, Únicamente se compran los nuevos moldes y las máquinas para la realización de las bolsas recambiables. · La bomba, el acople bomba-bolsa y las válvulas se compra al exterior a un coste de 0,2 €os el conjunto. · Los gastos generales de electricidad de esta línea no los tenemos en cuenta, será un gasto general de toda la planta. · Suponemos que la demanda será mayor a nuestra capacidad de producción. Por lo tanto todo lo que se fabrica se vende.
- ·La planta equipada con la maquinaria y equipo descrita en el proceso, operando dos turnos de ocho horas diarias, 25 días al mes, podría ser capaz de producir aproximadamente 200.000 cepillos de dientes por mes.
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2.1 CÁLCULOS DE INVERSIÓN En la siguiente tabla se puede observar el coste aproximado para la inversión a realizar:
2.2. CÁLCULO DE MANO DE OBRA REQUERIDA Según la tabla siguiente a un coste por persona de 25 €/h. sale un coste por mano de obra diario de: 19 personas x 16 h/día x 25 €/h.= 7600 €/día.
Clasificación del trabajo nº de pers. Moldeado del mango de los cepillos 1 Moldeado de los cabezales 1 Moldeado de los estuches 1 Estampado en caliente 1 Insertado 1 Recorte, inspección y moldeado de las cerdas 1 Línea de bolsas y llenado de pasta 2 Control de calidad y empaquetado 6 Montaje 5 TOTAL 19
COSTE (€) Moldes para los mangos de los cepillos 12.000 Moldes para los cabezales 9000 Moldes para los estuches 6000 Maquina de moldeado por inyección X 3 0 Máquina mezcladora 0 Máquina trituradora 0 Máquina de estampado caliente a presión 0 Cortador de cerdas 0 Máquina de insertado 0 Máquina de recorte y redondeo de cerdas 0 Máquina cortadora de plástico 120.000 Máquina de cierre por termosellado 100.000 Máquina llenadora de pasta 150.000 Otros gastos de linea (cintas, cilindros…) 30.000 Obras para implantación de linea 30.000 Gastos de ingeniería 19.800 TOTAL 476.800
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2.3 COSTES DE MATERIALES Se ha realizado un cálculo aproximado del coste de los materiales a utilizar ya que este coste está en fase de estudio.
MATERIA PRIMA PIEZA COSTE
Pástico del cuerpo del mango 0,3 Plástico acoplado en mango 0,1 Plastico del cabezal 0,1 Cerdas 0,1 Pasta de dientes (€/bolsita) 0,15 Plástico + aluminio bolsitas 0,05
Con las máquinas empleadas y el proceso de fabricación adecuado se estima una capacidad de producción de 200.000 unidades al més. Hay que tener en cuenta que por cada Cepillo completo que se venda (y por lo tanto se produzca) hay que fabricar 3 cabezales y 3 bolsitas de pasta. Por lo tanto el único elemento que no se fabricará en ese caso será el cuerpo del mango. Tendremos 2 productos a fabricar: - Cepillo completo. - Cepillo sin cuerpo.
MATERIA PRIMA Plástico del cuerpo del mango 750 2500 piezas/día X 0.3 €/pieza Plástico acoplado en mango 250 2500 piezas/día X 0.1 €/pieza Plástico del cabezal 750 7500 piezas/día X 0.1 €/pieza Cerdas 750 Pasta de dientes (€/bolsita) 1125 7500 piezas/día X 0.15 €/pieza Plástico bolsitas 375 7500 piezas/día X 0.05 €/pieza Conjunto válvula-acople-bomba 1500 7500 piezas/día X 0,2 €/pieza TOTAL 5500
Suponiendo que todos los días se trabaja 16 horas y que se produce la misma cantidad de productos (podría ser una media) los costes por materia prima y los costes de mano de obra podrían considerarse como costes fijos. Por lo tanto: COSTES FIJOS/DIA= materia prima + mano de obra= 5.500 + 7.600 = 13.100 €/día. Y los costes fijos al año: 300 días laborables x 13100€/día = 3.930.000 €/año.
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2.4 DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Suponemos un coste anual fijo entre Seguro, mano de obra no productiva , alquileres etc...de 500.000 €. Precio de venta de los cabezales + bolsita con pasta: 3€ Precio de venta de cepillo completo: 4€ Gastos variables Cabezal + bolsita con pasta: 1,36€ Gastos variables de cepillo completo: 1,66 € N= número de cepillos completos vendidos para llegar al equilibrio. 4·n +3·3n = 500000 + 1,36(3n) +1,66 n (INGRESOS = GASTOS) 13 n = 500000 + 5,74 n n =68.870,5 Por lo tanto el punto muerto M es de 68.870,5 cepillos completos y 206.611,5 cabezales y bolsitas con pasta. 2.5 MOVIMIENTO DE FONDOS
HORIZONTE CONCEPTOS AÑO 0 AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5 Ventas 5.760.000 5.760.000 5.760.000 5.760.000 5.760.000Reversión TOTAL INGRESOS 5.760.000 5.760.000 5.760.000 5.760.000 5.760.000Inversión 476.800 Costes fijos 5.180.000 5.180.000 5.180.000 5.180.000 5.180.000TOTAL COSTES 476.800 5.180.000 5.180.000 5.180.000 5.180.000 5.180.000BENEFICIOS -476.800 580.000 580.000 580.000 580.000 580.000BENEF. ACTUALIZADOS -476.800 527.273 479.339 435.763 396.148 360.134
AMORTIZACIÓN -476.800 50.473 529.812 965.574 1.361.722 1.721.856
*Suponiendo un interés de 0,1. **Precio del cepillo: 4 € **Precio de cabezal y bolsa 3 €
V.A.N. (3 años) 965.574*Suponemos que el producto se
vende durante 3 años
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
Título:
Proyecto de diseño e industrialización de un CEPILLO DENTAL CON PASTA DENTÍFRICA
INTEGRADA EN LA EMPUÑADURA
TOMO 3
PLANOS
ETSEIB
UPC
Ingeniería de materiales.
Asignatura: Proyectos
Sergio González Martín
Jaume Moragas Graells
Eva Mota Hinchado
Javier Nieto Cubero
Alejandro Peidró Roy
Igor Pérez Villalobos
Tutor: Joaquim Lloveras Macià
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
Título:
Proyecto de diseño e industrialización de un CEPILLO DENTAL CON PASTA DENTÍFRICA
INTEGRADA EN LA EMPUÑADURA
TOMO 4
ANEXOS
ETSEIB
UPC
Ingeniería de materiales.
Asignatura: Proyectos
Sergio González Martín
Jaume Moragas Graells
Eva Mota Hinchado
Javier Nieto Cubero
Alejandro Peidró Roy
Igor Pérez Villalobos
Tutor: Joaquim Lloveras Macià
Anteproyecto Cepillo de dientes con pasta incorporada.
Proyecto de diseño e industrialización de un
CEPILLO DENTAL CON PASTA
DENTÍFRICA INTEGRADA EN LA
EMPUÑADURA
ETSEIB
UPC
Ingeniería de materiales.
Asignatura: Proyectos
Sergio González Martín
Jaume Moragas Graells
Eva Mota Hinchado
Javier Nieto Cubero
Alejandro Peidró Roy
Igor Pérez Villalobos
Tutor: Joaquim Lloveras Macià
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