Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de revisin

Diseo Mecatrnico para la fabricacin de una impresora 3D

 

Mechatronic Design for the manufacture of a 3D printer

 

Projeto mecatrnico para fabricao de impressora 3D

 

 


Alex Mauricio Tipn-Surez I

[email protected]

https://orcid.org/0000-0003-1825-4837

 

Cristian Mauricio Beltran-Chamba II

[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-8127-3913

 

Juan Carlos Jima-Matailo III

[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-5496-4073

 

Richard Dario Vinueza-Snchez IV

[email protected]

https://orcid.org/0000-0003-4901-5484


 

Correspondencia: [email protected]

 

 

*Recibido: 20 de julio de 2020 *Aceptado: 20 de agosto de 2020 * Publicado: 07 de septiembre de 2020

 

 

I.         Magster en Diseo Mecnico Mencin en Fabricacin de Autopartes de Vehculos, Ingeniero Automotriz, Investigador Independiente, Guayaquil, Ecuador.

II.      Ingeniero Automotriz, Tecnlogo en Mecnica Automotriz, Universidad de Guayaquil. Guayaquil, Ecuador.

III.   Magster en Sistemas Automotrices, Ingeniero en Mecnica Automotriz, Universidad Internacional SEK, Guayaquil, Ecuador.

IV.   Ingeniero Automotriz, Investigador Independiente, Guayaquil, Ecuador.


 

Resumen

La impresin en 3D es una de los avances tecnolgicos que involucran un proceso de fabricacin de piezas con dimensiones y diseos complejos que con tcnicas clsicas no podran realizarse con calidad. Una de las pocas desventajas que tiene la impresora 3D es su precio en el mercado por lo que, para las personas particulares y para las PyME, se hace cuesta arriba por la alta inversin y la logstica aplicada para que llegue el equipo al lugar de destino. Por lo cual, el objetivo general de esta investigacin es analizar el diseo mecatrnico para la fabricacin de una impresora 3D. La metodologa empleada se bas en un diseo bibliogrfico de tipo documental. Como resultado, el diseo consta de dos mdulos principales, un mdulo mecnico y otro electrnico; donde el primero contiene los mdulos de eje de carga esttica, de los motores paso a paso, de los pasadores, de los rodamientos y el de columna; el segundo analiza el mdulo de sensores, de alimentacin, de control y de comunicacin. Como conclusin, el usuario realizar un diseo con geometra sencilla a travs de un software de diseo mecnico, luego este archivo es enviado al sistema de control, dominado por un microprocesador que dar las rdenes a los mdulos de potencia y sensores para que empiecen a imprimir, por medio del extrusor acoplado a la mquina, la figura diseada.

Palabras Claves: impresora 3D; microprocesador; sensores; motor paso a paso.

 

Abstract

3D printing is one of the technological advances that involve a manufacturing process of parts with complex dimensions and designs that could not be done with quality with classical techniques. One of the few disadvantages of the 3D printer is its price in the market, which is why, for individuals and SMEs, it is uphill due to the high investment and logistics applied to get the equipment to the destination. . Therefore, the general objective of this research is to analyze the mechatronic design for the manufacture of a 3D printer. the methodology used was based on a documentary bibliographic design. As a result, the design consists of two main modules, a mechanical and an electronic module; where the first contains the modules for the static load axis, the stepper motors, the pins, the bearings and the column module; the second analyzes the sensor, power, control and communication module. As a conclusion, the user will make a design with simple geometry through a mechanical design software, then this file is sent to the control system, dominated by a microprocessor that will give the orders to the power modules and sensors to start printing. , by means of the extruder coupled to the machine, the designed figure.

Keywords: 3D printer; microprocessor; sensors; stepper motor

 

Resumo

A impresso 3D um dos avanos tecnolgicos que envolve um processo de fabricao de peas com dimenses e desenhos complexos que no poderiam ser feitos com qualidade com as tcnicas clssicas. Uma das poucas desvantagens da impressora 3D o seu preo de mercado, razo pela qual, para pessoas fsicas e pequenas e mdias empresas, difcil devido ao alto investimento e logstica aplicada para levar o equipamento at o destino. . Portanto, o objetivo geral desta pesquisa analisar o projeto mecatrnico para a fabricao de uma impressora 3D. a metodologia utilizada baseou-se no desenho bibliogrfico documental. Como resultado, o projeto consiste em dois mdulos principais, um mecnico e um eletrnico; onde o primeiro contm os mdulos para o eixo de carga esttica, os motores de passo, os pinos, os mancais e o mdulo de coluna; a segunda analisa o mdulo de sensor, alimentao, controle e comunicao. Como concluso, o usurio far um projeto com geometria simples atravs de um software de projeto mecnico, ento esse arquivo enviado ao sistema de controle, dominado por um microprocessador que dar as ordens para que os mdulos de potncia e sensores comecem a imprimir. Por meio da extrusora acoplada mquina, a figura projetada.

Palavras-chave: impressora 3d; microprocessador; sensores; motor de passo.

 

Introduccin

Desde hace un tiempo la tecnologa ha dado pasos muy grandes, dando respuesta a innumerables problemas que ha tenido diversas reas de la ciencia. Una de estas tecnologas ha estado referenciada al proceso de manufactura. La impresin en 3D es una de los avances tecnolgicos que involucran un proceso de fabricacin de piezas con dimensiones y diseos complejos que con tcnicas clsicas no podran realizarse con calidad.

Esto se puede observar en la Figura 1, donde la impresin 3D destaca entre las invenciones ms significativas durante los ltimos aos. Es por ello, que la incipiente creacin de objetos tridimensionales a travs de tcnicas aditivas o de compactacin por capas podra superar el desarrollo de productos mediante el empleo de moldes o de la extrusin o sustraccin de material bruto (Gil Gil, 2015).

Figura 1. La impresin 3D aparece en lo ms alto de la curva de tendencias.

Fuente: (Berchon & Luyt, 2016)

 

Esta revolucin en la manufactura de piezas ha abarcado muchas reas, desde la ingeniera hasta la medicina, trayendo como garanta un avance hacia nuevos conocimientos. Hoy se tiene la posibilidad de re-transformar los bits en tomos, es decir: en objetos fsicos, en las casas, en los talleres o en una PyME, gracias a las impresoras 3D y a las mquinas de prototipado rpido (Berchon & Luyt, 2016).

La impresin 3D o fabricacin aditiva (AM) es un proceso de creacin de objetos tridimensionales aadiendo materiales capa a capa. Los objetos fsicos se producen usando datos de un modelo digital de un modelo 3D u otras fuentes de datos, como un archivo AMF (Archivo de Fabricacin Aditiva). (Introduccin a la impresin 3D, 2018, pg. 5)

La computadora personal ms el internet y esta nueva invencin permiten a la sociedad poder tener las soluciones de sus problemas al alcance de la mano. De esta conjugacin de tecnologas se obtiene una pieza, partiendo de un archivo digital (modelo 3D), se utilizan diferentes procesos aditivos en los que se aplican capas sucesivas de materia para crear un objeto tangible (Jorquera Ortega, 2016). Uno de los tantos tipos de impresora 3D se puede observar en la Figura 2.

Figura 2. Impresora 3D - UP Plus 2 fabricada por Tiertime.

Fuente: (Jorquera Ortega, 2016)

 

Esta tecnologa naci a mediados de la dcada de 1980 en Estados Unidos, especficamente en 1983 de la mano del ingeniero Chuck Hull. l cre la primera pieza impresa en 3D de la historia utilizando la manufactura aditiva y as dio inicio a la estereolitografa (tambin conocida por su sigla en ingls SLA), un proceso de impresin que permite crear un objeto a partir de datos digitales (INET, 2019).

A partir de esta invencin se fue modificando la tecnologa hasta nuestros das, donde la impresin se hace de material plstico. Esta situacin arroja unas ciertas ventajas y limitaciones tal cual se pueden detallar en la Tabla 1.

 

Tabla 1. Ventajas y limitaciones de la impresin 3D

 

VENTAJAS

LIMITACIONES

Complejidad y libertad de diseo

Mayor coste para series de produccin grandes

Customizacin y personalizacin

Menos elecciones de materiales, colores, acabados

Sin necesidad de herramientas

Resistencia y duracin limitadas

Velocidad y ahorro de costes

Precisin de los objetos impresos

Ms rpido y con acceso al mercado con menos peligro

La mayora de las impresoras 3D estn limitadas por escala y tamao

Menos residuos, sostenibilidad, ecolgico

 

 

Fuente: (Introduccin a la impresin 3D, 2018)

 

De la misma manera, la sinergia entre un software de diseo mecnico con la comunicacin hacia la impresora 3D se genera el proceso de fabricacin de la pieza. Este consiste en la creacin de una representacin matemtica de superficies utilizando geometra, donde el resultado se conoce como un modelo 3D, el cual se puede representar en pantalla como una imagen bidimensional o bien como objeto fsico, a travs de una impresora 3D (Jorquera Ortega, 2016).

Una pieza producida por una impresora 3D depende en gran parte del diseo realizado por el usuario, la mquina es solo el vehculo para la expresin de la persona.

Para que la impresora funcione resulta fundamental que reciba datos precisos sobre cmo debe desarrollar el modelo, as como una impresora 2D puede recibir un archivo errneo y aun as, generar un archivo final, una impresora 3D con un error en la informacin que recibe puede no realizar el modelo o realizarlo mal y que no sirva para su propsito. (Gil Gil, 2015, pg. 49)

La impresora 3D al recibir la informacin correcta comienza a producir los objetos de acuerdo al diseo establecido por el usuario. Este proceso ocurre dentro de la impresora. En la Figura 3 se detalla el proceso de impresin 3D.

 

 

 

 

Figura 3. Proceso de impresin 3D.

Fuente: (Introduccin a la impresin 3D, 2018)

 

El filamento (bobina de material) pasa por el extrusor, que lo empuja por el cabezal derritiendo el material hasta su salida, a travs de la boquilla (en ingls, nozzle), mientras dibuja cada capa sobre la bandeja de impresin. A medida que el material sale, se enfra para mantener la forma. Las capas se acumulan una encima de la otra hasta obtener el objeto final. (Introduccin a la impresin 3D, 2018, pg. 9)

Por otra parte, para las PyME dedicadas a la manufactura poder adquirir esta mquina requiere de una fuerte inversin, as como de papeles que otorguen los permisos requeridos debido a que en su mayora son fabricadas en el exterior, por lo que se hace cuesta arriba constar con este equipo en los talleres o reas de produccin. De aqu, nace la idea de disear una impresora 3D con el fin de dar garanta a las necesidades de cualquier organizacin y al mercado regional.

Por lo tanto, el objetivo general de esta investigacin es analizar el diseo mecatrnico para la fabricacin de una impresora 3D. La metodologa empleada se bas en un diseo bibliogrfico de tipo documental.

 

Mtodo

La metodologa empleada se bas en un diseo bibliogrfico de tipo documental. Para lograr este procedimiento se sigui una revisin rigurosa de documentos, libros y revistas cientficas. La investigacin documental se concreta exclusivamente en la recopilacin de informacin de diversas fuentes, con el objeto de organizarla describirla e interpretarla de acuerdo con ciertos procedimientos que garanticen confiabilidad y objetividad en la presentacin de los resultados (Palella Stracuzzi & Martins Pestana, 2010).

Tambin fue necesario plantear objetivos que desglosaran la metodologa aplicada. Entre estn: describir la importancia de la impresora 3D, identificar las caractersticas de la impresin 3D, establecer la aplicabilidad de la impresin en 3D, determinar los mdulos mecnicos y electrnicos necesarios para el diseo del equipo y desarrollar el diseo mecatrnicos de la impresora 3D.

 

Resultados

Aplicacin de la impresora 3D

La aplicacin de las impresoras 3D son variadas y en gran cantidad debido a la versatilidad que puede ofrecer los productos, debido a que el usuario puede fabricar los diseos que le garanticen las necesidades del momento. Desde la rama de la ingeniera, ciencias, medicina y hasta educacin han tenido respuesta gracias a la incorporacin de piezas producidas por estas mquinas.

Estos equipos pueden ser utilizados en el aula de clase como herramienta educativa con el fin de captar la atencin del estudiante y como estimulador de sus ideas. Es por ello, que en la Tabla 2 se detallan las ventajas de usar esta tcnica como instrumento educativo en el aula de clase. De la misma forma, el material de uso fundamental y que puede ser experimentado por los alumnos son los termoplsticos (normalmente PLA o ABS) debido a su versatilidad por ser capaz de trabajar con ellos (Blzquez Tobas, Orcos Palma, Mainz Salvador, & Sez Benito, 2018).

 

Tabla 2. Ventajas de la impresora 3D en la educacin

VENTAJAS

CARACTERSTICAS

Promueven la creatividad

El alumno podr plasmar sus ideas en un contexto digital a travs de un ordenador y ser testigo de cmo, aquello que estaba en su mente, se convierte en una pieza fsica. A partir de ah, su curiosidad asumir posibilidades infinitas.

Desarrollan la inteligencia espacial

Otra de las virtudes que ofrece la magia de la impresin en 3D. Los nios desarrollarn su capacidad para reconocer los objetos y desentraar las similitudes y/o diferencias entre estos, as como mejorar su relacin con el espacio que le rodea.

Resuelven problemas divirtindose al mismo tiempo que construyen conocimiento.

La adaptacin de las impresoras 3D a las aulas abre un campo ilimitado de posibilidades al docente. Los alumnos podrn solucionar problemas a partir de la creacin de piezas individuales que desmenucen el problema y que agilice su resolucin. Tambin resolviendo este tipo de problemas tecnolgicos que se les plantean, realizan una conexin entre los conocimientos terico-prcticos y la realidad.

Fuente: (Romero Prez, 2018)

En consecuencia, el desarrollo de esta tecnologa permite mejorar el anlisis de los parmetros de diversos fenmenos que ocurren en las ciencias y as dar soluciones ms creativas a dicha problemtica. Por ejemplo, en la ingeniera hidrulica, mediante el diseo y construccin de elementos que son diseados para situaciones concretas, existe una mayor participacin del estudiante debido a la motivacin por aprender nuevos conocimientos gracias a la aplicacin de maquetas impresas en 3D (Carrillo, Castillo, & Garca, 2019).

En el mbito de la medicina ha dado respuesta innumerables problemas donde sus soluciones eran difciles o altamente costosas. La impresin, por ejemplo, de prtesis ha ayudado a mejorar la calidad de vida de muchos pacientes. En la Tabla 3 se detalla el uso de las impresiones 3D en el rea de la medicina.

Tabla 3. Uso de la impresin 3D en el rea de la medicina.

REA

CARACTERSTICAS

PROTESIS

Se han realizado implantes de prtesis ms all de la odontologa. Una de las grandes ventajas que ha ofrecido la creacin de prtesis es que las instrucciones a seguir para crear una son pblicas en Internet. As, cualquiera puede acceder a ello y no supone un sobrecoste ni econmico ni de conocimiento.

TRASPLANTES

Existen dos casos: que se necesite coger piel de una parte del cuerpo y colocarla en la lesin, o que se necesite reconstruir algn hueso. En ambos casos las impresoras en tres dimensiones pueden ayudar.

RGANOS

Se usan clulas vivas como material para imprimir. A partir de stas es posible generar un rgano para implantrselo a una persona.

OTRAS

Fabricacin en 3D de cors para los pacientes que sufren de escoliosis.

Impresin 3D de feto con el fin de detectar malformaciones en los nonatos con el fin de hacer un seguimiento en la gestacin de la madre.

Impresin 3D de escayola para fracturas en los miembros superiores o inferiores del cuerpo humano.

Fabricacin de huesos.

Fuente: (Chimbo, Aveiga, Moreira, & Tumbaco, 2016)

 

Por sus excelentes detalles en las piezas fabricadas, la impresora 3D juega un papel importante en la arquitectura. La impresin en 3D es el tipo de trabajo en la que el estudiante o profesional puede obtener maquetas de sus proyectos en la escala deseada con un alto nivel de detalle si el modelo se encuentra en las condiciones necesarias para la mquina (Gil Gil, 2015).

 

Diseo mecatrnico

Para el desarrollo de la mquina se plantea realizar un diagrama que se vincule los mdulos mecnicos y electrnicos con el fin de que de respuesta al diseo de la impresora 3D. es necesario recalcar que dicho equipo imprimir solo figuras simples. En la Figura 4 se puede observar el diagrama del diseo de la impresora 3D.

Figura 4. Diagrama del diseo de la impresora 3D.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

El proceso para realizar las piezas en la impresora 3D se detalla en la Figura 5.

Figura 5. Flujograma de la impresora 3D.

Fuente: (CAAS MASAPANTA, 2018)

Se inicia con la elaboracin del programa, el cual consta de todos los datos de funcionamiento de los elementos electrnicos y electromecnicos que forman parte del prototipo, tiempos de espera, tiempos de trabajo entre otros, una vez ya generado el programa es cargado en mdulo de control, ya con la informacin ingresada en la memoria del mdulo inicia el proceso de impresin de cualquier pieza a elaborar. Como primer paso se enciende el prototipo desde el interruptor principal, al realizar esta accin todos los componentes se activan y la impresora mostrar una notificacin. Tambin se realiza una inspeccin visual del prototipo, verificando que todo est correctamente conectado, que no est ningn elemento obstruyendo el deslizamiento de los motores y tambin que no se encuentre ningn objeto sobre la cama caliente. Posterior a esta verificacin, si no existen inconvenientes, se procede a confirmar que el archivo de la pieza a imprimir se encuentre almacenado en el mdulo de control, esto se lo puede realizar va computadora mediante la utilizacin del software propio del mdulo de control a su vez mediante el uso del control LCD, cualquiera de estos mtodos puede iniciar la impresin de la pieza en tres dimensiones. Aqu se debe parar brevemente el desarrollo de la impresin hasta limpiar la boquilla y en situaciones ms complejas se deber cambiar de boquilla o el extrusor si el problema es mayor. Cuando el problema ya est solucionado se continua con el proceso de impresin hasta finalizar el mismo, esto depende de la configuracin en el set de instrucciones para la velocidad de impresin, adems de las caractersticas del extrusor y temperatura de fusin del filamento, as como tambin de las dimensiones de la pieza, el proceso dura aproximadamente 4 horas para una pieza de pequeas dimensiones. (CAAS MASAPANTA, 2018, pgs. 30-31)

 

Diseo mecnico

Diseo de eje para carga esttica.

Lo primero a disear dentro de la mquina son las varillas roscadas que permiten la movilizacin en los ejes X, Y y Z. Se debe presentar un avance lineal mnimo de 20𝜇𝑚 para cumplir con la resolucin necesaria en la impresin de figuras. Tambin los motores paso a paso que se encuentran accesibles para este proyecto ejecutan 200 pasos por revolucin.

Del mismo modo, todos los ejes tienen el mismo dimetro de 12,7𝑚𝑚 y estn conformados por el mismo material. Los clculos estn determinados por el volumen de la barra de acero AISI 1045 que arroj 45,73cm3 en una longitud de 40cm, el volumen del buje de bronce dio 5,02cm3 en longitud de 2cm y dimetro de 4cm, el peso del buje de bronce resulto de 44,64gr, el peso de la barra de acero es de 278,43gr.

Tambin, se realizado el mismo procedimiento para las lminas que conforman el equipo las cuales son de acero AISI 1020. Estas son 4: la lmina 1 de 20x12,5x0,03 con un volumen de 7,5cm3, lmina 2 de 5x5x0,03 con un volumen de 0,75cm3, lmina de 30x10x0,03 con 9cm3 y lmina 4 de 10x2x0,03 con volumen de 0,6cm3. El peso de cada una es: peso de lmina 1 es de 58,878gr, peso de la lmina 2 de 5,9gr, peso de la lmina 3 de 70,65gr y peso de la lmina 4 de 4,71gr.

Entonces, el peso total es de 3200gr, una fuerza de 30N, fuerza cortante de 15N y momento flector de 2,25Nm. El factor de seguridad para que el eje no falle se calcul por medio del esfuerzo de fluencia que arroj 11,19Mpas, el esfuerzo de torsin dio 40,77kPas, el esfuerzo cortante mximo de 5,06MPas y la resistencia de fluencia al corte es de 115MPas, el cual da 20,53. La torsin continua que sufrir la barra es 164,58MPas y el factor de seguridad para la torsin ejecutada es de 14,70 lo cual no permitir que falle debido al tipo de material y a las cargas que estn sometidas en la barra.

El criterio de Soderberg, para ejes de trasmisin, permite corroborar el factor de seguridad el cual dio como resultado 14,70 lo cual no falla a los esfuerzos y cargas sometidos. En la Figura 6 se detalla la barra gua y barra roscada.

Figura 6. Dimensiones de la barra gua y barra roscada.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

 

Clculo de motores pas a paso.

En los siguientes clculos se considera despreciable la fuerza de rozamiento introducida por los bujes de bronce, ya que la responsabilidad de transmitir el movimiento en cada uno d los ejes recae sobre la tuerca acoplada al husillo. El eje donde se ejerce la mayor fuerza es sin duda el x, ya que es donde reposa la mayora de la estructura de la maquina cartesiana, tal como se visualiza en la Figura 7.

De aqu, los clculos del motor del eje X arrojaron un torque de 0,98Ncm el cual cumple debido a que el utilizado es de 17Ncm.

El motor del eje Z le da movilidad al cabezal en el eje Z, pero soporta menos carga que el motor del eje X, donde el torque es de 0,65Ncm y se cuenta con un motor de torque 10Ncm permitiendo garantizar la funcionalidad. Este motor se muestra en la Figura 8.

 

Figura 7. Eje Y y Z en el cual descansa el motor del eje X.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

 

Figura 8. Eje Y donde se carga el motor Z.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

El motor del eje Y ser el de menos potencia ya que solo soportara el cabezal de impresin y tiene un torque de 0,42Ncm, pero se utilizar un motor con torque de 12Ncm lo cual da garanta del funcionamiento de la impresin. En la Figura 9 se muestra la lmina de soporte del cabezal.

Figura 9. Lmina de soporte del cabezal.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

Clculo de los pasadores.

Los bujes de bronce son los encargados de convertir el movimiento rotatorio del motor paso a paso al movimiento lineal necesario para el desplazamiento de los ejes, y debido a que la soldadura en el bronce podra deformar la pieza se opt por utilizar pasadores para unir la lmina con los bujes sin deformar los mismos.

Los pasadores a utilizar son los comerciales donde el dimetro es de 3mm y el clculo del factor de seguridad de 792,62, donde no fallar por las cargas sometidas. Estos pasadores se pueden visualizar a la Figura 10.

Figura 10. Bujes que sostendrn los pasadores.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

Seleccin de rodamientos.

Para la seleccin de rodamientos se describe el criterio empleado en el eje X, siendo este el punto crtico del diseo. Primero, es necesario calcular los rpm a la cual se encuentra sometido el eje el cual dio 150, luego la potencia 3,46x10-3HP, despus la fuerza radial de 0,024KN y finalmente la capacidad de carga de 8,84x10-3KN. Este ltimo valor es muy pequeo para los valores de rodamientos en el mercado. Se procede a tomar un rodamiento de dimetro interno de 12mm y una capacidad de carga de 3,58KN. Se calcula las horas de funcionamiento de dicho rodamiento el cual es de 3,32x1010 horas. Este valor es muy alto debido a que la carga que soporta es muy pequea para la cual fue diseado.

 

Clculo de columnas.

Las columnas son esenciales en toda estructura mecnica ya que estas sostienen la mayor parte de las fuerzas aplicadas en la estructura, tal como se muestra en la Figura 11. Se puede apreciar la parte superior de la impresora 3D conformada por 4 columnas que sostienen el sistema de movimiento de la misma.

Figura 11. Parte superior de la impresora.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

El material utilizado para esta estructura es hierro negro donde el esfuerzo de fluencia es de 180MPas. La longitud del ngulo es de 60cm con una dimensin de 3/4x3/4x1/8. El clculo de esbeltez arroj un valor de 109,09 y el factor de seguridad de 247. Este ltimo es alto por la misma caracterstica del material metlico, pero es ms recomendable debido a que el plstico es ms frgil a las cargas que pueda estar sometida.

 

Diseo electrnico

Mdulo de sensores

Dentro de este mdulo se encuentran los sensores finales de carrera o limit switch, empleado como dispositivo situado al inicio y al final de un recorrido mvil con el objetivo de enviar seales que indiquen al microcontrolador su posicin para ejercer las acciones segn sea el caso. En la Figura 12 se puede observar el circuito de los sensores finales de carrera.

Es un elemento electromecnico que contiene un actuador, los interruptores ayudan a delimitar el rea til de impresin, bsicamente son sensores que funcionan al ser presionados, enviando una seal de 1L13 (1 Lgico) o 0L14 (0 Lgico), esto depende de cmo se configure el dispositivo, tienen dos estados: El NC15 (Normalmente Cerrado), en este estado el elemento permanece cerrado mientras no se pulse el actuador y el estado NA16 (Normalmente Abierto), que est abierto mientras no se presione el actuador. (CAAS MASAPANTA, 2018, pg. 15)

 

Figura 12. Circuito de los sensores de finales de carrera.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

Mdulo de alimentacin

Tambin se la conoce como fuente de poder, la principal caracterstica es convertir la corriente alterna en corriente continua, la cual se utiliza para la alimentacin de los componentes electrnicos que forman parte de la mquina (CAAS MASAPANTA, 2018). De la misma manera, esta fuente se encarga de convertir la entrada alterna de la red a una tensin continua y consta de varias fases que son: transformacin, rectificacin, filtrado y regulacin. En la Figura 13 se puede visualizar el circuito de la fuente de alimentacin que utilizar los componentes de la impresora 3D

 

Figura 13. Circuito de la fuente de alimentacin.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

 

Mdulo de control

Este mdulo est compuesto por el PIC16f877, dicho microcontrolador es la cabeza central del mdulo y se encuentra funcionando con una frecuencia de oscilacin de 20 MHz. En este se conectarn los dems mdulos para manipular las variables de salidas segn sean las entradas y as formar un lazo de control del proceso. Los componentes que conforman el mdulo de control se pueden visualizar en la Figura 14.

Figura 14. Circuito del mdulo de control de la impresora 3D.

Fuente: (Naranjo & Garca, 2015)

Mdulo de comunicacin

Se fundamenta en el MAX 232 circuito integrado encargado de adaptar los niveles lgicos ttl del microcontrolador al estndar RS232. Sirve como interfaz de transmisin y recepcin para las seales RX, TX, CTS y RTS. Para la comunicacin serial con la computadora o cualquier C.I que necesit este protocolo para comunicarse.

 

Discusin y conclusiones

El avance tecnolgico que se ha implementado en estos ltimos aos da garanta que la humanidad siempre est en busca de los conocimientos que permitan generar las soluciones a los diversos problemas que tiene la sociedad. Una de estas tecnologas que han servido para ese fin ha sido la impresin 3D de infinitas piezas que son utilizadas en diversas reas de las ciencias y arte. Este invento es una de los ms grandes porque sus productos dan respuesta a las necesidades individuales del ser humano.

Una de las caractersticas de las impresoras 3D, que son las que producen tales impresiones de piezas, es que tiene la capacidad de producir objetos con dimensiones complejas, lo cual realizadas en procesos convencionales tardaran mucho en fabricarlos y seran altamente costosas. Aunado a que seran realizadas por grandes empresas con alta gama de productos y servicios, por lo que solicitar una pieza personal no podra llevarse a cabalidad.

Estas impresiones 3D tienen una aplicabilidad que van creciendo segn las necesidades. Por ejemplo, en el mbito educativo brinda un estmulo a los estudiantes porque les permite elevar su creatividad, as como tambin ayudan a poder solventar problemas de comprensin con la impresin de piezas con fallas, permitiendo un anlisis de las situaciones que puedan ocurrir en dichos fenmenos estudiados. Tambin permite un contacto directo con las tecnologas, incrementando la masificacin de las TIC.

Una de las pocas desventajas que tiene la impresora 3D es su precio en el mercado por lo que, para las personas particulares, as como a las PyME se hace cuesta arriba por la alta inversin y la logstica aplicada para que llegue el equipo al lugar de destino. Es as, como nace la idea de desarrollar una impresora 3D con materiales que se encuentren en el mercado hacindola ms fcil y accesible a todas las personas, tanto naturales como jurdicas.

El diseo consta de dos mdulos principales, un mdulo mecnico y otro electrnico. El primero contiene los mdulos de eje de carga esttica, de los motores paso a paso, de los pasadores, d ellos rodamientos y el de columna; el segundo analiza el mdulo de sensores, de alimentacin, de control y de comunicacin. El usuario realizar un diseo con geometra sencilla a travs de un software de diseo mecnico, luego este archivo es enviado al sistema de control que dar las ordenes a los mdulos de potencia y sensores para que empiecen a imprimir, por medio del extrusor acoplado a la mquina, la figura diseada.

 

Referencias

1.      Berchon, M., & Luyt, B. (2016). La impresin 3D. Recuperado el 4 de Agosto de 2020, de Editorial Gustavo Gili: https://ggili.com/media/catalog/product/9/7/9788425228544_inside.pdf

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3.      CAAS MASAPANTA, M. P. (2018). Prototipo de impresora 3D con arduino para producir prtesis no ortopdicas. Quito, Ecuador: Trabajo de grado para optar al titulo de Ingeniero en Electronica Digital y en Telecomunicaciones de la Universidad Tecnolgica Israel. Obtenido de http://157.100.241.244/bitstream/47000/1565/1/UISRAEL-EC-ELDT-378.242-2018-010.pdf

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