Ejemplo de Proyecto Cepillo de Dientes

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


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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.


7.5. 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


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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.


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.


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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)


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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


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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.


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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.


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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


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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.


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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.


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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


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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.


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Título:



TOMO 2

PRESUPUESTO

ETSEIB

UPC



Sergio González Martín

Jaume Moragas Graells

Eva Mota Hinchado

Javier Nieto Cubero

Alejandro Peidró Roy

Igor Pérez Villalobos



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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



Título:



TOMO 3

PLANOS

ETSEIB

UPC





Eva Mota Hinchado

Javier Nieto Cubero





Título:



TOMO 4

ANEXOS

ETSEIB

UPC





Eva Mota Hinchado

Javier Nieto Cubero





Proyecto de diseño e industrialización de un

CEPILLO DENTAL CON PASTA

DENTÍFRICA INTEGRADA EN LA

EMPUÑADURA

ETSEIB

UPC





Eva Mota Hinchado

Javier Nieto Cubero




Documents

Ejemplo de Proyecto Cepillo de Dientes