Impresora 3D

Licencia

Esta obra se encuentra publicada bajo licencia Creative Commons. Puede consultar más información en: https://creativecommons.org/licenses/ .

Usted puede:

Copiar, distribuir, exhibir y representar la obra y hacer obras derivadas siempre y cuando reconozca y cite la obra de la forma especificada por el autor o el licenciante. Distribuir obras derivadas ba jo una licencia idéntica a la licencia que regula la obra original.

6

Índice general

1. Introducci´ on 1.1. ¿Qué es una impresora 3D? . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Estado de la cuestión . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. Sinterizado selectivo por l´ aser SLS . . . . 1.2.2. Estereolitograf´ıa . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3. Deposici´ on por plástico fundido FDM . . 1.2.4. Modelos actuales de impresoras por FDM 1.3. Motivaci´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

10 10 11 12 12 12 13 14 17 18

. . . . . .

20 20 20 21 21 22 22

3. Sistema de Posicionamiento 3.1. Elecci´ o n del tipo de posicionamiento lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. Determinaci´ on de las gu´ıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24 24 24 25

4. Extrusor 4.1. Criterios de dise˜ no del extrusor . . . . . . . 4.2. Componentes del extrusor . . . . . . . . . . 4.2.1. Budas Nozzle . . . . . . . . . . . . . 4.3. Control de tracci´ on . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Principio de funcionamiento . . . . . . . . . 4.5. Dise˜ no final . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Modelado térmico y control de temperatura 4.6.1. Metodolog´ıa . . . . . . . . . . . . . . 4.6.2. Resultados . . . . . . . . . . . . . .

29 29 29 30 31 32 33 33 34 34

2. Arquitectura 2.1. Estructura general del sistema . . . . 2.2. Arquitectura de control . . . . . . . . 2.2.1. Arquitectura del Modo Scope . 2.2.2. Arquitectura del Modo Standar 2.3. Arquitectura electr´ onica y eléctrica . . 2.4. Arquitectura del hardware . . . . . . .

7

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

˜ Y CONSTRUCCION ´ DE UNA IMPRESORA 3D - FDM DISENO

5. Estructura 5.1. Dise˜ no conceptual . . . . . . . . . . . . 5.1.1. Criterios de dise˜ no . . . . . . . . 5.1.2. Dise˜ nos estudiados . . . . . . . . 5.2. Perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. CAD y dise˜ no final de la estructura . . . 5.3.1. Dise˜ no de las barras . . . . . . . 5.3.2. Uniones entre barras - refuerzos . 5.3.3. Simulaciones de la estructura . . 5.4. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Bandeja 6.0.1. Requisitos y necesidades . 6.1. Dise˜ no básico de la bandeja . . . 6.1.1. Dise˜ no conceptual . . . . 6.1.2. Elecci´ on de componentes 6.1.3. Dise˜ no final de la bandeja 6.2. Simulaciones . . . . . . . . . . . 6.3. Resultado . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

36 36 36 36 38 38 39 41 41 42

. . . . . . .

43 43 43 43 44 44 45 46

7. Electr´ onica 7.1. Placas principales estudiadas . . . . . . . . . . . . 7.2. Electr´ onica de control . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Drivers Pololu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1. Funcionamiento b´ asico del driver A4988 . . 7.4. Shield RAMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1. Caracter´ısticas principales . . . . . . . . . . 7.5. Alimentaci´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6. Integraci´ on de equipos . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7. Configuraci´ on del firmware . . . . . . . . . . . . . 7.7.1. Selecci´ on del puerto serie . . . . . . . . . . 7.7.2. Configuraci´ on de la electrónica de potencia 7.7.3. Determinaci´ o n de los sensores té rmicos . . . 7.7.4. Calibraci´ on mecánica . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

47 47 47 48 49 50 50 51 51 52 52 52 53 54

8. Host y Comunicaciones 8.1. Requisitos . . . . . . . . . . 8.2. Programas host disponibles 8.3. Cura . . . . . . . . . . . . . 8.3.1. Cura Engine . . . . 8.3.2. Cura GUI . . . . . . 8.4. Control desde Matlab . . . 8.4.1. Setup.m . . . . . . . 8.4.2. Temperaturas.m . . 8.4.3. Envio.m . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

56 56 57 57 57 58 62 62 62 63

9. Integraci´ on de equipos y montaje 9.1. Instrucciones de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Conexiones y cableados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Resultados del prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65 65 69 69

10.Pruebas y Resultados 10.1. Determinación de la resolución . . . . . . 10.1.1. Resoluci´ on máxima en eje Z . . . . 10.1.2. Resoluci´ on Máxima en ejes X e Y . 10.2. Caracter´ısticas . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Prototipos realizados . . . . . . . . . . . .

73 73 73 73 73 75

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

8

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .


11.Futuros Desarrollos

79

12.Plan de Gesti´ on de Riesgos 12.1. Identificación de riesgos . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1.1. Mec´ anica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1.2. Electr´ onica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. Matriz de Probabilidad/Impacto . . . . . . . . . . . 12.3. Plan de contingencias . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.1. Plan de respaldo . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.2. Protocolo de actuaci´ on en caso de incidencia

. . . . . . .

80 80 80 81 81 81 81 82

13.Presupuesto 13.1. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2. Mano de obra directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. Presupuesto general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 84 85 86

14.Listado de referencias y planos 14.1. Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2. Figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87 89 90

15.Anexo: Planos

91

9

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

CAP´ ITULO

1

Introducción on

1 ¿Qu´ e es una impresora 3D? Una impresora 3D o máquina aquina de fabricación on aditiva (ambos t´ erminos erminos se van a usar indistintamente) es una máquina aquina capaz de producir objetos y piezas de distintos materiales. Su cualidad principal es que, en lugar de retirar material de un bloque o emplear un molde, fabrica las piezas aportando material directamente sobre lo que va a ser el modelo final. Esto aporta una may mayor or flexibilidad flexibilidad a la hora de fabricar fabricar geom geometr etr´´ıas complejas complejas y abarata los costes indirectos relacionados con moldes, herramientas y material sobrante (ya que se aprovecha casi todo). Existen numerosas tecnolog´ tecnolog´ıas, que var´ var´ıan tanto en los materiales que usan como en el proceso que emplean para construir las piezas con esos materiales. Por ejemplo, pueden depositar plástico astico fundido con un cabezal o sintetizar un fotopol´ımero ımero con ayuda de un haz láser. aser. Todas estas tecnolog´ıas ıas se s e analizar´ anal izarán an dentro de este cap´ cap´ıtulo en la sección on 1.2.

Figura 1.1: Impresora 3D [34]

10


1.1 Funcionamiento A continuación on se detalla detalla el proceso de prototipad prototipadoo de una pieza f´ısica desde la fase de preparación on del modelo hasta la de fabricación on del prototipo. Este proyecto se centra en la ultima. u ´ ltima. ´ DESCRIPCION

MODELO

no Paso 1. Partiendo 1. Partiendo desde la fase de diseño se elabora un modelo CAD que represente la pieza que se quiere fabricar.

Paso 2. El 2. El modelo se exporta a un formato estandarizado para que pueda pasar a la siguente fase. Este formato normalmente suele ser .STL. Este formato representa la superficie de la pieza mediate una malla de triángulos. angulos.

Paso 3. Mediante 3. Mediante un programa denominado slicer do slicer . (Se denomina slicer debido a que el programa programa ”trocea ”trocea la información on del modelo y la separa en capas planas para que puedan ser traducidas en movimientos del plano XY”). XY” ). La geometr´ geometr´ıa del modelo se traduce en movimientos del cabezal o del l´ aser aser dependiendo de la tecnolog´ tecnolog´ıa que se vaya a utilizar. Estos movimientos se almacenan en un archivo en código odigo G o Gcode (ambas nomenglaturas se van a emplear indistintamente). El código odigo G es un formato de archivo de instrucciones muy empleado en control contr ol numérico. eri co.

archivo Gcode se env´ env´ıa a la Paso Paso 4. 4. El archivo impresora y esta produce la pieza especificada.

11


2 Estado de la cuesti´ on on La impresión on en 3D se remonta a 1984 cuando Chuck Hull (Co-fundador de 3D Systems) patentó la primera máquina aquina capaz ca paz de generar gene rar prototipos proto tipos mediante Estereolit Est ereolitograf´ ograf´ıa ıa [1]. Desde entonces han surgido numerosas tecnolog´ tecnolog´ıas. A continuación on se resumen en una tabla las principales tecnolog´ tecnolog´ıas disponibles: Tipo Extrusi´ on Hilado Gran Granula ulado do

La Lami mina nado do Fotoqu´ımicos ımicos

Tecnolog´ıas Mode Mo dela lado do por por depos eposic ici´ i´ on on fundida (FDM) Fabricacion oń por haz de electrones (EBF3) Sint Sinter eriz izad adoo de meta metall por l´ aser aser (DMLS) Fusi´ on por haz de electrones (EBM) on Sinterizado selectivo por calor (SHS) Sinterizado selectivo por láser aser (SLS) Proyección on aglutinante (DSPC) La Lami mina nado do de capa capass (LOM (LOM)) Estereolitogra Estereo litograff´ıa (SLA) Fotopolimerizaci´ on on ultravioleta (SGC)

En la actualidad, los tres procesos de fabricación on aditiva más as extendidos en el mercado son los que se describen a continuación: on:

2.1 Sinteriz Sinterizado ado select selectivo ivo por l´ aser SLS aser Este m´ etodo etodo consiste en la colocación on de una fina capa de material en polvo en un recipiente a una temperatura ligeramente inferior a la de fusión del material. Un láser aser sintetiza el material y solidifica una rebanada de la pieza final. Sucesivas capas de material se van añadiendo nadiendo y sintetizando hasta obtener el prototipo deseado. El polvo no solidificado act´ ua de material de soporte y puede ser reciclado para posteriores trabajos. ua

Figura 1.2: Proceso SLS [33]

2.2 Este Estereo reolito litograf graf´ ´ıa Este m´ etodo etodo consiste consist e en la curación on y solidificaci´ on on de un material ma terial fotopolim´ fotopo limérico erico en estado l´ıquido. ıquido. Para ello se emplea un láser aser a la longitud de onda necesaria para que el material solidifique[10].

12


Figura 1.3: Proceso de Estereolitograf´ıa [33]

2.3 Deposici´ on por pl´ astico fundido FDM En 1992 [11] se patentó el m´ etodo de deposició n de plástico fundido (FDM). Esta tecnolog´ıa consiste en la deposición de capas de plástico fundido sobre otras capas para ir construyendo el prototipo. Un filamento de material, normalmente ABS o PLA, parte de una bobina, pasa por un extrusor a una temperatura superior a la de transición v´ıtrea del material, y es extru´ıdo a través de una boquilla. Esta boquilla se suele mover gracias a tres motores paso a paso, normalmente cada uno para un eje cartesiano, aunque existen otras máquinas que usan sistemas de movimiento distintos. Debido a que resulta imposible depositar plástico sobre superficies en voladizo, a menudo se emplea un material de soporte soluble en algún determinado compuesto o fácil de separar.

Figura 1.4: Proceso FDM [29] En el proyecto vamos a centrarnos en la tecnolog´ıa FDM. Como se verá en el apartado destinado a la motivación, existen multitud de mejoras que se pueden realizar a la tecnolog´ıa actual.

13


2.4 Modelos actuales de impresoras por FDM En la actualidad existen tres grandes grupos de modelos dentro de esta tecnolog´ıa: Personales autoreplicates DIY1 Personales de calidad media Profesionales de altas prestaciones Cada uno ocupa aproximadamente un tercio del mercado actual [4] y difieren notablemente en cuanto a calidad, prestaciones, precio y accesibilidad.

Figura 1.5: Mercado ocupado por los diferentes fabricantes[4]

- Personales autoreplicantes DIY En 2005 surge en la Universidad de Bath el movimiento RepRap, que pretende generar una Impresora 3D capaz de imprimir otras impresoras. Coincidiendo con la liberación de la patente FDM en 2006 [11] se producen los primeros prototipos, pero hasta 2007 no llega la publicaci´ on de los planos del primer modelo: Mendel[6]. En la actualidad el proyecto RepRap mantiene 28 modelos 2 . Todos ellos se encuentran protegidos bajo licencia GPL del proyecto GNU o Creative Commons. Sus caracter´ısticas principales son: Open hardware: Al ser libres y autoreplicantes cualquier persona puede descargar los modelos 3D de las piezas que las componen, imprimirlos y construir con la ayuda de un manual su propia impresora. Además puede aportar mejoras o incluso desarrollar su propio modelo basándose en los modelos ya existentes. Esto ha contribuido a generar una importante comunidad de desarrollo a nivel internacional. Muchas empresas han basado sus modelos de impresoras en algunos ya existentes de código abierto. Bajo coste: Están más enfocadas hacia su facilidad de montaje y la asequibilidad de sus componentes. Por ello, el presupuesto para la construcción de una no debe de superar los 400e. Su precio resulta bastante reducido en comparación con el de un equipo comercial, por encima de los 1000 e. Tambi´ en pueden adquirirse kits de montaje que incluyen todos los componentes a partir de 450 e. [5] 1 2

Do It Yourself =H´ aztelo T´ u Mismo a fecha del 27/01/14

14


Accesibilidad: Gracias a la difusi´ on mediante internet y a su reducido precio presentan una mayor facilidad de difusión. Menores prestaciones: Las tolerancias en su producci´ on y los materiales empleados son de menor calidad que otros modelos comerciales. Es por ello que tanto la resolución de los prototipos como la tasa de piezas correctas por pieza fallida es muy superior. Dificultad de manejo: Debido a que est´ an orientadas a unos usuarios avanzados y no al p´ ublico general, as´ı como a sus bajas prestaciones, obtener una calidad aceptable con su uso no resulta inmediato. No obstante, con los últimos modelos y tras una buena calibraci´ on, pueden obtenerse resultados aceptables e incluso mejores que con algunos modelos comerciales. Por otro lado, la mayor´ıa no poseen el Marcado CE, con lo cual no pueden ser comercializadas. Se pueden encontrar a la venta en formato de kits de cuyo montaje es responsable el consumidor.

Figura 1.6: Impresora libre Prusa Mendel [31]

- Personales de calidad media Como alternativa a las impresoras libres caseras surgen una serie de empresas que ofrecen modelos comerciales y funcionales desde el primer momento. Algunos ejemplos son los modelos de Makerbot Industries y BFB. Se caracterizan por: Relaci´ on calidad precio: Ofrecen una muy alta calidad para su precio en comparaci´ on con los modelos comerciales de gama superior. Son la opción elegida por muchos particulares y por pequeñas y medianas empresas de diseño y arquitectura. Facilidad de uso: Al estar enfocadas a un sector no tan técnico y al poseer el soporte de una empresa, están orientadas a ofrecer una experiencia de uso más intuitiva. Garant´ıa: A diferencia de las impresoras libres autoreplicables, ofrecen una cierta garant´ıa de funcionamiento. Además, todas ellas poseen el Marcado CE que asegura mayor calidad y seguridad. - Profesionales de altas prestaciones Este tipo de impresoras no sólo engloba los modelos FDM, sino que todas las otras tecnolog´ıas pertenecen exclusivamente a esta categor´ıa. Llevan en el mercado más de dos décadas y están orientadas a ofrecer una herramienta de prototipado rápido a empresas 15


Figura 1.7: Impresora Comercial Replicator 2 [32] del sector industrial. Algunos ejemplos son los modelos comercializados por Stratasys o 3D Systems. Se distinguen de las otras categor´ıas por los siguentes puntos: Altas prestaciones: Las principales caracter´ısticas de estos modelos son las altas prestaciones que ofrecen y el amplio abanico de materiales con los que trabajan: desde plásticos y resinas hasta metales. La resoluci´ on llega hasta las pocas decenas de micras, y tanto el acabado como la robustez de los prototipos son muy superiores a los de otros modelos de gama más baja. Elevado precio: El principal inconveniente es su elevado coste de adquisici´ on y operaci´ on. Necesitan personal cualificado para hacerlas funcionar. Es por ello que su uso queda restringido al sector profesional. Compromiso de calidad: La calidad de los prototipos y el buen funcionamiento vienen garantizados por las empresas suministradoras de estos equipos. A menudo incluyen software propio que asegura un funcionamiento óptimo en todo momento. Las revisiones peri´ odicas a cargo del soporte técnico contribuyen a una menor tasa de fallos. Hardware cerrado: Tanto el hardware como los controladores son prácticamente inaccesibles. No se puede operar fuera de los parámetros preestablecidos por el fabricante. Este factor supone un lastre a la hora de realizar trabajos de investigación.

Figura 1.8: Impresora Profesional UPrint [30]

16


Comparando las tres gamas de impresoras 3D vemos claras diferencias y similitudes entre ellas. Las impresoras comerciales de gama baja están basadas en las impresoras libres, con lo cual comparten muchas similitudes tanto en el software como en el hardware. Estas, a su vez, se basaron en las patentes (ahora libres) de las impresoras FDM profesionales, por lo que ciertos aspectos mecánicos anicos son similares si milares.. Por ejemplo, e jemplo, la mayor´ıa ıa usan sistemas guiados por correas dentadas para la posición on del cabezal, lo cual puede disminuir tanto el área area de trabajo como la calidad final obtenida[12]. En la curva calidad-precio (figura 1.9) se refleja la situación de d e las l as tres t res categor´ c ategor´ıas ıas de impresoras. Tanto las personales DIY como las comerciales de gama baja tienden a situarse por debajo del codo de saturación. on. En cambio, las profesionales tienden a sobrepasarlo, pues intentan ofrecer la mayor calidad posible.

Figura Figura 1.9: Relaci´ on on calidad-precio La figura 1.10 compara las distintas cualidades principales de las tres categor´ categor´ıas. En ella se pueden apreciar las virtudes y flaquezas de cada una. Es notable que ninguna destaca a la vez en cuanto a configurabilidad y calidad.

3 Motivaci´ on on En la actualidad, la fabricaci´ on on aditiva está sufriendo una expansión o n en cuanto a sus diferent diferentes es aplicacione aplicaciones. s. Est´ a dejand dejandoo de ser solo una herram herramien ienta ta de protot prototipa ipado do rápido apido para convertirse en un proceso de fabricación industrial. Seg´ un un Jeremy Rifkin, nos encontramos en el albor de la Tercera Revolución Industrial[8]. Afirma que en los próximos oximos a˜ nos las impresoras 3D van a formar un papel fundamental en el desarrollo de nos la industria occidental[17]. Poco a poco aparecen nuevas aplicaciones en sectores como la automoción, on, la aeronáutica autica o la medicina[16 medicina[16]. ]. Pero... Pero... ¿Es capaz la tecnolog tecnolog´´ıa actual actual de cubrir estas nuevas necesidades de una manera rentable y cumpliendo al tiempo los requisitos de calidad de la industria del momento? Analizando el estado actual del mercado de impresoras 3D vemos que los modelos existentes están an orientados a servir como herramientas de prototipado rápido, apido, pero no como máquinas aquinas capaces de generar productos de consumo finales. Esto se debe en parte a dos razones. En primer lugar, la calidad de los prototipos producidos no rinde las cualidades necesarias para ser comercializado o empleado en la industria. Esto se debe principalmente a las limitaciones en cuanto a errores dimensionales y geom´ etricos etricos y a la limitada repetibilidad, ya que muchos prototipos han de ser desechados al no alcanzar la calidad necesaria. Por otro lado, tanto los tiempos como los costes de fabricación son demasiado elevados como para alcanzar una producción on económicamente omicamente rentable[15]. Por todo ello, en la d´ ecada ecada en que nos encontramos encontramos deben deb en desarrollarse nuevas nuevas alternativas y mejoras a los procesos actuales de fabricación on aditiva[2].

17


Figura Figura 1.10: Relaci´ on on entre categor´ cate gor´ıas ıas

4 Objetivos En este proyecto se pretende construir una máquina de fabricación on aditiva de gama alta que mejore el estado actual de la tecnolog´ tecnolog´ıa. El objetivo principal es que la impresión on de objetos ob jetos mediante medi ante FDM pueda servir s ervir como m´ etodo etodo de fabricaci´ fabricac ión on industrial. Con respecto a los modelos actuales, se pretende mejorar tanto la calidad como la fiabilidad y el tiempo de fabricación, on, reduciendo los costes de producción. on. Para ello se han definido los siguientes objetivos a cumplir: Control de trayectorias de impresi´ on. on. Está demostrado que una de las principales variables a la hora de determinar la resistencia de un producto fabricado por impresión 3D son las estrategias de deposición on en el relleno[20]. Para poder modificar los patrones de relleno y as´ as´ı mejorar la resistencia de las piezas obtenidas es necesario p oseer un software software de control control que nos permit p ermitaa acceder acceder a las instruccione instruccioness que se env´ env´ıan a la máquina aquina y poder modificarlas. Para ello se va a emplear Matlab, ya que nos permite realizar ambas acciones. Instrumentaci´ on y registro de datos. Los datos obtenidos durante on durante el funcionamienfuncionamiento han de llevar un registro de fácil acceso. Para ello se propone emplear una serie de sensores que monitoricen las variables f´ f´ısicas y lleven un registro de estas en el ordenador. Para ello se emplearán an los toolkits los toolkits de de captación on de datos incluidos en Matlab. Calidad. La impresora debe ofrecer un rendimiento rendimiento aceptable para un uso en el ámbito ambito de la fabricaci´ fabricaci´ on on aditiva. Por ello se elige emplear gu´ gu´ıas lineales l ineales de altas prestaciones. Se ha demostrado que las actuales gu´ gu´ıas de correas no ofrecen un rendimiento adecuado a la hora de obtener una precisión on adecuada sin renunciar a la velocidad de impresión[12]. on[12]. La estructura estructura debe de ofrecer ofrecer una cierta cierta rigidez rigidez que asegure que los movimiento movimientoss bruscos bruscos de la máquina aquina no van a afectar al resultado final.

18


Materiales Materiales econ´ omicos. omicos. Las impresoras impresoras de cierta calidad calidad requieren requieren que el plástico astico extruido sea de alta calidad y, por consiguiente, su precio es elevado[13]. Para una producción on en serie esto no es viable, por ello uno de los requisitos fundamentales es que pueda operar con materiales más as económicos omicos sin que esto afecte a su vida útil. util. Mayor velocidad de impresi´ on. on. Los actuales actuales modelos ofrecen ofrecen una velocidad velocidad de impresión on muy reducida. reducida. Esto se debe a que las gu´ gu´ıas de correas correas no permiten permiten aumentar aumentar la velocidad sin afectar al rendimiento de la máquina[12]. aquina[12]. Al emplear gu´ gu´ıas lineales este problema se puede mejorar ya que permiten trabajar a una mayor velocidad[14]. Por otro lado las gu´ıas ıas de correas no permiten ofrecer velocidad y precisión on simultáneamente, aneamente, mientras mie ntras que las gu´ıas ıas lineale lin ealess s´ı. ı. Aumentar el volumen de impresi´ on. on. Debido a las nuevas nuevas aplicaciones aplicaciones que est´ an an surgiendo a nivel industrial fuera del ámbito ambito del prototipado es necesario poseer una mayor área area de fabricación on con el objetivo de poder elaborar piezas más grandes o m´ ultiples ultiples objetos a la vez. Los modelos actuales están enfocados al prototipado rápido a pido y no a la fabricaci´ on aditiva, por ello el tama˜ on no de las piezas que pueden imprimir está muy limitado no y en la mayor´ mayor´ıa de los casos no n o supera los l os 200x200x200mm[13] 200x200x 200mm[13].. Es cierto que qu e existen ciertos ci ertos modelos con un volumen de impresión on mayor, sin embargo, su precio resulta excesivo. Se va a trabajar con un volumen de 300x300x300mm. Precio. Otro objetivo objetivo a tener en cuenta es el de mejorar el precio precio de los actuales equipos de alta gama. Para ello es necesario ofrecer una calidad aceptable para aplicaciones industriales sin aumentar excesivamente el coste. Softwar Software e y controlado controladores. res. Además as de la impresora impresora en s´ı, hace falta elegir elegir dise˜ nar nar y adaptar el software necesario para su funcionamiento desde que se tiene un objeto dise˜ nado en 3D con cualquier programa CAD hasta que este comienza a imprimirse. nado

19

CAP´ ITULO

2

Arquitectura

En este cap´ıtulo se realiza un breve an´ alisis y descripci´ on de la arquitectura y el funcionamiento de la impresora. No se va a analizar en detalle, sino que se ofrece una visión global. En los siguentes cap´ıtulos se va a profundizar más en cada sección.

1 Estructura general del sistema El proyecto consiste en la construcción de un prototipo, con lo cual resulta necesario integrar una serie de módulos de hardware y software. La figura 2.5 representa estos módulos. Una unidad de control dirige a través de la electrónica el hardware de la máquina y recibe los datos extra´ıdos del hardware también a través de la electrónica.

Figura 2.1: módulos del proyecto

2 Arquitectura de control Uno de los objetivos del proyecto es que la máquina sea lo más accesible y manejable posible. De este modo se debe de tener un acceso completo en tiempo real a los parámetros de funcionamiento durante el proceso de impresión. No obstante, la puesta en marcha de un sistema tan complejo sólo es u ´ til para el ámbito de la investigación. El uso diario de la impresora como máquina de fabricación aditiva no requiere tal monitorización. Es por ello que en este proyecto se proponen dos modos de funcionamiento:

20


Modo Scope: En este modo el usuario controla en todo momento los comandos que ejecuta la máquina y su estado. Puede servir de banco de pruebas para mejorar la configuración de la misma o como herramienta de investigación. Modo Standar: Este es el modo de uso más com´ un, en el cual el funcionamiento de la máquina es completamente automático y se simplifica su uso.

2.1 Arquitectura del Modo Scope En este caso se pretende tener la mayor accesibilidad posible. Es por ello que se va a controlar la impresora exclusivamente a trav´ es de un software cient´ıfico a modo de host. En nuestro caso se recurre a Matlab. La figura 2.2 representa el esquema de funcionamiento. Matlab interpreta el archivo de instrucciones en código G y env´ıa las instrucciones a través del puerto serie al que esté conectada la impresora. Al mismo tiempo, consulta el estado de la máquina y lleva un registro de los datos recibidos. El usuario puede especificar modificaciones en los comandos enviados en función de los datos recibidos y del proceso de impresión, como por ejemplo un cambio en los parámetros de control de temperatura o una recalibraci´ on de los ejes en el caso de detectar una perturbación.

Figura 2.2: Diagrama de bloques del modo Scope

2.2 Arquitectura del Modo Standar El modo de funcinamiento estándar es el mismo que en el resto de impresoras 3D del mercado. El usuario carga un archivo de instrucciones en có digo G y la máquina lo interpreta. En nuestro caso se ofrecen dos alternativas. Por un lado puede cargarlo directamente a trav´ es de una tarjeta de memoria SD, y por otro, puede conectar la impresora a un ordenador y enviar los comandos a través del puerto serie. En este caso necesitar´ a un software que funcione a modo de host. En nuestro caso no se ha desarrollado ninguno, sino que se han analizado los ya existentes y se recomenda el uso de Cura. La figura 2.3 representa el funcionamiento en este modo.

21


Figura 2.3: Diagrama de bloques del modo Standar

3 Arquitectura electr´ onica y eléctrica Este apartado engloba tanto la electrónica de potencia como la de control, el firmware empleado y la instrumentación que emplea la máquina. la figura 2.4 representa esta configuraci´ on. Todo el control se realiza en una placa Arduino MEGA 2560. Esta puede recibir instrucciones tanto del ordenador como de un panel de control compuesto por un potenci´ ometro, un botón y una patalla LCD. Los archivos a imprimir se cargan desde una tarjeta SD, o bien desde el propio ordenador. Los sensores de temperatura env´ıan las lecturas a la placa Arduino. Las instrucciones se comunican a la placa de potencia: Ramps 1.4, la cual controla tanto los motores como los actuadores de la temperatura. Esta se alimenta a trav´ es de una fuente ATX y da energ´ıa a todo el sistema. El firmware elegido es Marlin. La alternativa de código abierto más extendida y mejor valorada por la comunidad de impresoras libres y con mayor soporte y documentación.

4 Arquitectura del hardware Por u ´ ltimo quedan por definir los componentes de hardware que incorpora el proyecto. Por un lado posee un bloque extrusor que incorpora los extrusores y se encarga de calentar y depositar el material fundente sobre la bandeja. Por otro lado un sistema de posicionamiento lineal en tres ejes lo situa de acuerdo con los comandos especificados en el código G. Existe una estructura que aporta rigidez al sistema y mantiene todos los componentes recogidos en su lugar correspondiente. Todo queda aislado del exterior por una carcasa.

22


Figura 2.4: Diagrama de bloques de la electrónica

Figura 2.5: Arquitectura del hardware

23

CAP´ ITULO

3

Sistema de Posicionamiento

Uno de los elementos más determinantes (junto con el extrusor) a la hora de obtener un buen acabado de las piezas prototipadas es el posicionamiento de los ejes. No solo influyen en la calidad de los prototipos, sino que tambi´ en afectan a la velocidad de impresión. Es por ello que hay que prestar una especial atenció n a la hora de elegir el sistema de posicionamiento y en su puesta en marcha, destinando la mayor parte de los recursos del proyecto a ello y adaptando el resto de los equipos al sistema elegido.

1 Elecci´ on del tipo de posicionamiento lineal Actualmente la mayor´ıa de las impresoras 3D FDM emplean gu´ıas de correas para el posicionamiento de los ejes. Se trata de un sistema económica aunque presenta una serie de desventajas. Por un lado, al tratarse de un sistema de tracción directa en el que la rotaci´ on del motor se transmite directamente al movimiento del eje, no puede ofrecer una excesiva resolución. Por otro lado, las correas, al tratarse de materiales elásticos, tienden a deformarse cuando son sometidas a esfuerzos. Requieren estar en constante tensión, con lo cual la pérdida de elasticidad de las correas afecta al correcto funcionamiento, lo que lleva a la necesidad de un constante mantenimiento. A mayor longitud de trayecto, mayores son los problemas. Por esta razón, si la impresora desarrollada pretende ofrecer una mayor área de trabajo será necesario emplear otro sistema de posicionamiento. Como alternativa, se plantea emplear husillos roscados en lugar de correas dentadas. Su uso está ampliamente extendido en máquinas CNC y de aplicaciones similares que requieran un posicionamiento lineal preciso. Pese a que presentan un coste mayor ofrecen una serie de ventajas aumentando tanto la resolución como la precisión. Debido a que cada revoluci´ on del motor se traduce en un movimiento lineal proporcional al paso, aumenta la resoluci´ on. Al tratarse de un sistema de transmisión r´ıgido, el efecto de la elasticidad se minimiza al no presentar deformaciones f´ısicas.

1.1 Determinaci´ on de las gu´ıas Debido a que se trata de una parte del proyecto cr´ıtica los módulos de posicionamiento lineal van a comprarse directamente a un fabricante en lugar de desarrollarlos. De este modo se obtiene una mayor garant´ıa de su correcto funcionamiento. También es necesario que el proveedor sea de calidad para as´ı ofrecer dichas garant´ıas. Se ha elegido como proveedor PBC Linear, ya que ofrece la mejor mejor relación calidad-precio dentro del mercado. El modelo ofrecido por este fabricante es el de la

24


Figura 3.1: Gu´ıa UGA040D-A10-0400-LS3A2-AJ11-0 referencia: UGA040D-A10-0400-LS3A2-AJ11-0 (figura 3.1) cuyas caracter´ısticas se recogen en la siguiente tabla (para el criterio de signos consultar la figura 3.2): Velocidad cont´ınua máxima Pico de velocidad Aceleraci´ on máxima Temperatura de operación Tolerancia del husillo Peso del ra´ıl Peso total Carga estática máxima (X,Y,Z) Carga din´ amica máxima (X,Y,Z) Momento máximo (X,Y,Z)

m/s m/s m/s2 o C mm/mm kg kg N N Nm

1.5 4.2 50 0-80 0.0007 0.235 1.086 (111.2,3150,6000) (111.2,890,890) (100,130,120)

Figura 3.2: Criterio de signos para las fuerzas

2 Motores Existen dos posibles tipos de motor para estas gu´ıas. Por un lado están los motores DC de corriente cont´ınua, y por otro los motores paso a paso (PaP). A continuación se van a exponer las ventajas e inconvenientes de cada uno.

25


Motor DC

Figura 3.3: Motor DC

Los motores de corriente cont´ınua poseen un campo magnético permanente y unidireccional sobre el cual se coloca un eje con una serie de espiras dispuestas radialmente. Dos escobillas conectadas a una fuente de tensión se cortocircuitan con cada espira cuando esta está perpendicular al campo magnético. Debido a la Ley de Lenz, en ella se genera un dipolo magn´ etico que tiende a alinearse con el campo magn´ etico generando un par y por consiguiente movimiento rotacional. Este comportamiento se ejemplifica en la figura de la izquierda. en a) las escobillas alimentan la espira y esta se alinea con el campo hasta llegar a b) que se desconecta momentáneamente para pasar al estado de c), en el que se vuelve a conectar pero en sentido contrario, cambiando el signo del dipolo. En nuestro caso ser´ıa un requisito fundamental emplear una caja reductora para aumentar la resolución a costa de perder velocidad de movimiento. Para cerrar el lazo de control y as´ı poder controlar la posición del motor también hay que emplear un encoder. Motores paso a paso El funcionamento de este tipo de motores se resume en la figura 3.4. Una serie de bobinas dispuestas radialmente a un imán permanente se excitan secuencialmente formando un campo magn´ etico giratorio al que el imán tiende a alinearse. De esta forma se genera un par en el eje del imán que transmite la fuerza. A cada paso del motor una bobina deja de excitarse y la bobina contigua se excita. No deja de excitarse una y empieza la otra de golpe, sino que cada medio paso las dos se encuentran excitadas y por consiguiente el imán se alinea entre ambas.

26


Figura 3.4: funcionamiento de un motor paso a paso Los Motores PaP ofrecen un posicionamiento más preciso que los motores DC. Están estandarizados[3] por la NEMA1 en cuanto a sus dimensiones. Los más comunes son los NEMA-17 (1.7 pulgadas de ancho) y los NEMA-23 (2.3 pulgadas de ancho). Este tipo de motores son los más usados en aplicaciones de posicionamiento lineal ya que no requieren de un encoder y su correspondiente regulador para posicionarlos. De esta forma se mantiene la máxima precisión sin cargar el microprocesador.

Figura 3.5: Motor paso a paso La resolución de los motores PaP depende del número de pasos por vuelta. En nuestro caso vamos a estudiar el más com´ un, que es de 200 pasos por vuelta, lo que equivale a o una resolución de 1.8 : 1

National Electrical Manufacturers Association

27


360 = 1, 8o 200 Y teniendo en cuneta el paso del husillo obtenemos una resolución lineal de: 10000 = 50µm 2000 Con lo cual estamos dentro del rango permitido.

2.0 Motor elegido El motor elegido es el motor Paso a Paso debido a que resulta más sencillo de controlar (ya que no necesita una retroalimentación de la posición para mantenerse estable) y a que ofrecen un mayor par de arranque con respecto a los motores DC. En concreto se van a emplear motores NEMA-17 bipolar “Double Stack” a sugerencia del fabricante de las gu´ıas.

28

CAP´ ITULO

4

Extrusor

Uno de los elementos más importantes de la máquina de prototipado rápido es el extrusor. Se encarga de calentar, empujar y posicionar el material. Es por ello que junto con las gu´ıas va a determinar la velocidad máxima a la que puede funcionar la impresora.

1 Criterios de dise˜ no del extrusor En este proyecto se va a optar por diseñar un nuevo tipo de extrusor como alternativa a los disponibles actualmente. Para ello se van a establecer las siguientes preferencias: El extrusor debe de poder funcionar con dos materiales a la vez. El extrusor va a estar fabricado en aluminio. De esta forma va a mantener sus propiedades mecánicas aunque se eleve su temperatura. Simplicidad. Para poder ser fabricado en aluminio y que su coste no se eleve por encima del presupuesto, se va a buscar el diseño más simple posible de tal modo que resulte fácil de mecanizar, incluso sin control numérico. Piezas sencillas y fáciles tanto de integrar como de sustituir. Con el objetivo de poder realizar futuras modificaciones, va a estar compuesto por varias piezas, cáda una con su propia función, que sean fácilmente sustituibles.

2 Componentes del extrusor Motor y polea La polea que se va a emplear consta de un engranaje ovalado encargado de empujar el filamento por el resto del extrusor. La fuerza la ejerce un motor paso a paso acoplado a ella. A este tipo de extrusión se le llama extrusión por tracción directa. Brazo El brazo es una pieza que ejerce presión sobre el filamento a la altura del eje del motor con el fin de aumentar la fricción con la polea y as´ı evitar que deslice a la hora de extruir.

29


Base Este elemento del extrusor hace de soporte para acoplar todas las piezas y otorga estabilidad al conjunto. Extensi´ on de Aluminio Esta parte se encarga de separar los componentes mecánicos de extrusión de la parte caliente del mismo. Incluye unas aletas de disipació n que evitan que el plástico se reblandezca, aumentando su coeficiente de fricción, y se atranque. Hot End El Hot End se compone de un bloque de aluminio para favorecer la transmisión térmica en el cual se aloja una resistencia cerámica de 12V y 40W encargada de calentar el bloque. Adem´ as se incluye un termistor de 100KΩ que va a ser empleado para poder monitorizar la temperatura y as´ı ejercer un control. Nozzle el nozzle se situa a continuación del bloque calentador y hace de tope antes de que el material salga del extrusor. Al mismo tiempo reduce el diámetro del material. Esto hace que se pueda emplear un filamento de mayor tamaño y resistencia y obtener una deposición de menor tamaño y mayor resolución. Por otro lado, también aumenta la velocidad de salida del material, y por consiguiente la velocidad de extrusión.

2.1 Budas Nozzle La extensión de aluminio, el bloque calentador y el nozzle se han adquirido ya integrados en un Hot End comercial para evitar complicaciones. Estos componentes resultan dif´ıciles de fabricar debido a que requieren una alta precisión y el desarrollo de nuevos modelos necesita pasar un periodo de pruebas. Se han barajado varios Hot Ends, pero finalmente se ha optado por el modelo Budas Nozzle ya que es el más respaldado y preferido por la comunidad de impresoras open Source . Entre otras razones está el hecho de que permite intercambiar el nozzle para poder trabajar con varios diámetros de extrusión, estar refrigerado y que existen fabricantes nacionales. A continuación se muestra una tabla comparativa con varios modelos de Hot End:

30


CARACTERÍSTICAS

MODELO Budas Nozzle

Refrigerado: Aletas Nozzle: Intercambiable Fabricante: Espa˜ nol - Fairy Nozzle versi´ on: 1.4

E3D

Refrigerado: Aletas Nozzle: Intercambiable Fabricante: 3DE versi´ on: N/A

J-head MKIV Refrigerado: No Nozzle: Fijo Fabricante: China versi´ on: 4.0

simple Refrigerado: No Nozzle: Fijo Fabricante: China versi´ on: N/A

3 Control de tracci´ on En la actualidad existen dos tipos de sistemas de empuje: tracción directa y tracción indirecta. Tracci´ on directa: El par que ejerce el motor se transfiere directamente al filamento. tracci´ on indirecta: El par que ejerce el motor pasa a trav´ es de un sistema de engranajes que reducen la velocidad antes de llegar al filamento. En nuestro caso se ha elegido la extrusión por tracción directa. Ofrece mayor velocidad y, al carecer de una caja reductora, su construcción es mucho más sencilla. Por otra parte, es cierto que ejerce menos fuerza que la extrusión indirecta, pero para esta aplicaci´ on no es necesaria una fuerza excesiva.

31


Tanto el ABS como el PLA aumentan el coeficiente de fricción con la temperatura. Esto lleva a un incremento de la resistencia dentro de la extensión de aluminio que conecta la base con el Hot End, pudiendo ocasionar atascos y roturas del filamento en el interior del tubo. Este factor limita la velocidad máxima de operación. Para minimizar este problema se va a incorporar un tubo de PTFE 1 (tefl´ on) en el interior del extrusor, de tal forma que sea este el que esté en contacto con el plástico, en lugar del aluminio. Esto disminuye la fricción entre el filamento y el extrusor ya que el coeficiente de fricción entre el PTFE y el ABS es inferior que entre el aluminio y el ABS[22]. Este tubo va desde la base hasta el nozzle por toda la extensión de aluminio y va a limitar la temperatura operativa máxima ya que el PTFE funde a 260 o C. Pero a la hora de trabajar con ABS y PLA no es ningún problema puesto que funden a una temperatura inferior.

4 Principio de funcionamiento El funcionamiento del dise˜ no va a constar de dos piezas principales. Por un lado, una polea va a estar sujeta al eje del motor y va a ser la que engrane con el filamento y ejerza el empuje. Para que esto suceda entra en juego la segunda pieza, que se trata de un rodamiento que oprime el filamento contra la polea. Para poder regular esta presión se emplea un muelle enroscado alrededor de un tornillo con una tuerca. Este funcionamiento se resume en la figura 4.1

Figura 4.1: Principio de funcionamiento del extrusor

1

Politetrafluoroetileno

32


5 Dise˜ no final El dise˜ no final del extrusor se compone de varias piezas. Todas ellas se resumen a continuaci´ on (figura 4.2):

Figura 4.2: Partes del extrusor MARCA 1

NOMBRE Soporte Motores

2

Soporte Hot End

3

Soporte Extrusor

4

Soporte Rodamiento

5 6

nervio opresor Barra Roscada

7 8 9

Motor Hot End Rodamientos

10

Polea

´ DESCRIPCION Pieza encargada de soportar los motores y dar consistencia al conjunto. Pieza que sujeta los Hot End tipo Budas. Pieza que permite acoplar todo el extrusor a la gu´ıa. Pieza que sujeta el rodamiento encargado de ejercer presión sobre el filamento. Pieza que soporta las barras roscadas Barra Roscada que sirve para regular la tracc´ on sobre el filamento. Motor Nema 17 Hot End tipo Budas Rodamiento que ejerce la presión sobre el filamento. Polea que transmite el par del motor al filamento.

6 Modelado t´ ermico y control de temperatura Para poder controlar la temperatura es necesario conocer el comportamiento en régimen transitorio del extrusor a la hora de calentarse. Una vez determinado este comportamiento se va a diseñar un controlador PID.

33


6.1 Metodolog´ıa Se va a someter al Hot End a un escalón de temperatura. Con un control PID sencillo se van a alcanzar 230o C y luego se va a desconectar la alimentación para registrar los datos del transitorio. Se asume que se trata de una respuesta a un escalón en la referencia de tensión con valor negativo. la respuesta a un escalón positivo ser´ıa de la misma magnitud pero con signo contrario. Se va a intentar aproximar la respuesta a un primer orden, en el caso de que exista sobrepaso o retardos se estudiar´ıa más detenidamente la planta para as´ı determinar la localización de los ceros y de los polos.

6.2 Resultados A continuación se muestra el registro de datos obtenido:

Figura 4.3: Respuesta transitoria de la planta Analizando la forma de onda se puede aproximar a un sistema de primer orden. Ajustando la constane de tiempo τ y el sobrepaso, el modelo de respuesta en frecuencia de la planta queda de la siguiente manera: 202 + T 0 375s + 1 Donde T 0 es la temperatura ambiente. P (s) =

Figura 4.4: Respuesta transitoria del modelo

34


Se va a optar por un control PID en paralelo (figura 4.5). Al cerrar el lazo se puede ajustar tanto la velocidad de alcance como el sobrepaso. Para este caso en concreto se va a fijar un sobrepaso máximo de 15o C a una señal que indique 240 o C. de este modo la temperatura alcanzada posee un margen de 5 o C ańtes de llegar a los 260o C, que es la temperatura a la que el teflón pierde sus propiedades. luego suponiendo una temperatura m´ınima ambiente de 20o C se obtiene un escalón necesario de 220 o C. Por lo tanto el sobrepaso es de: 220 + 5 = 1,07 220 El sobrepaso máximo que se tolera es de un 7 %.

Figura 4.5: Diagrama de bloques de la planta El control queda definidos por los siguientes valores: P I D

0.08 0.01 0.91

La respuesta a un escalón unitario del sistema en lazo cerrado es la siguiente:

Figura 4.6: Respuesta transitoria del modelo incluido el control PID

35

CAP´ ITULO

5

Estructura

La estructura va a encargarse no solo de mantener todos los componentes en su lugar, sino que también aportará rigidez al sistema. Es por ello que requiere una especial atenci´ on no sólo su dise˜ no en s´ı, sino que también requiere una adecuada elección de los componentes que la forman.

1 Dise˜ no conceptual En la fase de diseño conceptual se pretende ofrecer una visión global de cómo va a resultar el acabado final de la impresora atendiendo tanto a los aspectos estéticos como a los detalles técnicos y criterios a seguir en cuanto a las dimensiones.

1.1 Criterios de dise˜ no Se van a construir dos cámaras separadas. Por un lado estará alojada la cámara de construcci´ on que alberga las gu´ıas, el extrusor y la bandeja. Es en esta donde se fabrican los prototipos. Por otro lado se van a encontrar aislados de ella el filamento, la electrónica y todos los componentes adicionales. A diferencia de otros modelos de impresoras como las derivadas del proyecto RepRap que dejan elementos al aire o fuera de la estructura (como la electrónica), se pretende que todo quede recogido para que de esta forma se protejan todos los componentes y se obtenga un producto más elegante y cómodo de usar. En cuanto a la estética, se van a definir una serie de patrones a seguir. Debe resultar un dise˜ no ergonó mico y cómodo de operar. Todos los componentes deben de quedar escondidos. Se pretende ofrecer un diseño limpio y minimalista. Se va a intentar que el ancho y la profundidad sean iguales. La altura debe de poseer una proporción coherente respecto al ancho. La estructura debe de estar pensada para poder añadir una carcasa externa.

1.2 Dise˜ nos estudiados De acuerdo con los criterios establecidos se han estudiado una serie de alternativas para la construcción de la estructura. La figura 5.1a representa el primer diseño que se valoró durante el proyecto. Se proponen dos cámaras separadas por una pared vertical. En una se aloja la zona caliente, donde se realiza el proceso de deposición, y en la otra se alojan la electr´ onica y la bobina de material. El segundo diseño conceptual corresponde a

36


la figura 5.1b y contempla una única cámara. La bobina de material y la electrónica quedan fuera de la estructura. Cuatro barras sobresalen verticalmente para protegerlas frente a posibles golpes. Esta protección funciona mejor si se coloca una chapa sobre las cuatro barras. La figura 5.1c muestra el tercer diseño valorado. Es una variante del segundo, solo que esta vez la elect´ronica y la bobina se situan por debajo de la cámara caliente. Debido a la posibilidad de la existencia de vibraciones a causa de las sacudidas de las gu´ıas se ha valorado el dise˜ no de la figura 5.1d que incorpora una cámara caliente aislada mediante amortiguadores de la carcasa externa. Este diseño a diferencia de los anteriores incorpora dos bobinas. El quinto y u ´ ltimo dise˜ no (figura 5.2) es similar al anterior, con la diferencia de que esta vez las bobinas se encuentran en disposición vertical y carece de amortiguadores, por lo cual la cámara caliente se apoya directamente sobre la estructura principal.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 5.1: Dise˜ nos conceptuales alternativos estudiados para la disposición de la estructura y de los equipos.

37


Figura 5.2: Quinto y definitivo dise˜ no conceptual

2 Perfiles La estructura se va a realizar con perfiler´ıa comercial en aluminio. Debe de ser un perfil sencillo de montar y de integrar con el resto de componentes. El perfil elegido es el perfil ranurado 20x20-6mm tipo B de Motedis. Sus caracter´ısticas se resumen en la figura 5.3. Como se verá en los resultados de simulación, este perfil cumple con los requisitos de rigidez del proyecto.

Figura 5.3: Perfil elegido para las barras

3 CAD y dise˜ no final de la estructura Una vez determinados los elementos a emplear y el diseño en el que se va a basar, es necesario elaborar un modelo CAD. Dicha maqueta va a servir para verificar las dimensiones de la máquina, evaluar los materiales necesarios y simular el funcionamiento en busca de fallos. Todo el dise˜ no CAD y las simulaciones se han elaborado con el paquete SolidWorks 2013.

38


3.1 Dise˜ no de las barras Partiendo de los datos suministrados por el fabricante y de una barra de muestra se ha elaborado un modelo paramétrico quee servirá para modelar las distintas longitudes de barra. Estas han sido extruidas de acuerdo con las medidas necesarias y posteriormente montadas en el ordenador. Nótese que existen varias piezas que, pese a poseer dimensiones iguales, se han llamado de distinta forma. Esto es porque, en el caso de querer variar la longitud de una, si poseen todas el mismo nombre variar´ıan todas, y por consiguiente habr´ıa que volver a a˜ nadir una pieza nueva y computar de nuevo las relaciones de posición del conjunto. La figura 5.4 muestra este criterio.

Figura 5.4: Componentes diferenciados por nombre La parte más importante de la impresora son la cámara caliente y las gu´ıas, y por ello van a ser los componentes que marquen las dimensiones del resto. Las gu´ıas miden de extremo a extremo 400 mm (504 contando el motor), con lo que la cámara caliente debe de medir al menos 400x400 mm de ancho. Sus dimensines se han fijado en 550x550mm para as´ı tener un margen de 150 mm a cada lado para posibles cableados. En cuanto a la vertical, hay que procurar tener el mayor recorrido posible, con lo cuál no sólo hay que tener en cuenta la dimensión de la gu´ıa Z, sino que tambi´ en el espacio que ocupan la bandeja y el extrusor. El extrusor y el carril del eje X miden 150 mm, por lo tanto la bandeja va a requerir 150 mm = h b andeja. La altura ha de superar el recorrido efectivo (400-hcarril =400-100) y según el esquema 5.5. La distancia necesaria debe de ser superior a 400 − 100 + hbandeja = 400 + 150 − 100 = 450mm. Se va a aumentar esta distancia a 550 mm para ofrecer un margen de seguridad mayor y que quede en concordancia con los ejes X e Y.

Figura 5.5: Esquema eje Z La cámara donde se alojan los componentes electrónicos y las bobinas va a dimensionarse de acuerdo con las bobinas, ya que en vertical son los elementos que más espacio ocupan. El di´ ametro de estas oscila entre los 200 y 250 mm de acuerdo con los distintos proveedores, con lo que ser´ıa lógico establecer una altura de 300mm en su interior. En la parte posterior de la maqueta queda un espacio vac´ıo que será de grán utilidad a la hora de incorporar un sistema de control térmico (figura 5.8).

39


Figura 5.6: Espacio para control térmico La uniones de las 8 esquinas se han realizado con los componentes suministrados por el fabricante1 (ver figura 5.7).

Figura 5.7: unión entre esquinas La figura 5.8 representa la estructura completa. Las gu´ıas se han incluido como transparencias a modo indicativo.

Figura 5.8: Estructura interna

1

para m´ as informaci´ on consulte lel plano 01-S-001-005

40


3.2 Uniones entre barras - refuerzos El fabricante de los perfiles ofrece una serie de alternativas para la fijación de los mismos. Las elegidas para el proyecto son las que se muestran en la figura 5.9. Partiendo de los resultados de simulación se puede estimar dónde será necesaria una unió n más robusta y dónde no.

Figura 5.9: Piezas de unión entre barras

3.3 Simulaciones de la estructura para verificar que la estructura diseñada es adecuada para la aplicación se ha preparado un modelo de simulaci´ on. Debido a que la geometr´ıa de las gu´ıas resulta demasiado compleja, se ha simplificado y se han eliminando los motores y los husillos. Se va a establecer como geometr´ıa fija toda la base de la estructura que se encuentra en contacto directo con el suelo. las fuerzas que se van a ejercer durante la simulación van a ser la gravedad y las fuerzas equivalentes sobre el eje Y. Estas van a suponer una frenada brusca de 150 mm/s a 0 mm/s en un único paso del motor. Sólo queda establecer la fuerza equivalente, y para ello es necesario conocer la aceleración. Suponiendo que en el caso extremo se ejerza la máxima aceleración especificada por el fabricante de 50 m/s2 y un peso por gu´ıa de 1,1kg se obtiene una fuerza de 55N en el eje Y. Por último se a˜ nade un peso para el extrusor. Una buena cifra es 0.5Kg, que a pesar de ser mayor que el peso real del extrusor ofrece un buen margen de seguridad en el caso de necesitar ser sustituido por otro modelo. Si se le suma los 0.235kg que pesa el carril la fuerza en el eje X queda 50 ∗ 0,735 = 36,75N . Aplicando estas restricciones y variables los resultados obtenidos son los que aparecen en la figura 5.10. La Deformación relativa máxima es de 60µm, lo cual es un valor aceptable.

41


Figura 5.10: Simulaci´ on de carga máxima

4 Resultados La estructura resultante es la que se muestra en la figura 5.11.

Figura 5.11: Estructura final

42

CAP´ ITULO

6

Bandeja

La bandeja es un elemento determinante a la hora de obtener un buen acabado en los prototipos. De ella dependen tanto la calidad final como las dimensiones con las que se puede trabajar.

0.1 Requisitos y necesidades La bandeja ha de ser lo más plana posible. Ya que se va a trabajar con resoluciones de 100µm cualquier rugosidad o desnivel va a afectar considerablemente a la calidad final de los acabados o incluso a la máxima resolución. También debe de ser r´ıgida para evitar posibles pandeos debidos al peso del material depositado. Otro requisito que debe de presentar es el de poseer la máxima horizontalidad posible frente al plano XY. Por otro lado, ser´ıa conveniente que la horizontalidad fuese posible de calibrar tanto mecánicamente como por software.

1 Dise˜ no b´ asico de la bandeja 1.1 Dise˜ no conceptual Al igual que con la estructura, para la bandeja se plantea un diseño previo antes de elegir los materiales y las piezas finales que la formen. Para ello hay que tener en cuenta que se va anclar al carril del eje Z y que posiblemente requiera del uso de algunas barras auxiliares para evitar pandeos excesivos. El dise˜ no consiste en un primer marco realizado con los mismos perfiles que la estructura principal que sea el que actúe de punto de apoyo. Sobre este se situa la superficie plana de la bandeja sobre la cual se deposita el material. Ambas piezas se unen mediante cuatro tornillos con muelle como se puede apreciar en la figura 6.1 de tal forma que resulte sencillo calibrar la máquina. El muelle ejerce presión manteniendo la posici´ on de la bandeja en la longitud máxima que permite el tornillo, de tal forma que si este se hace girar dicha longitud var´ıa y la inclinaci´ on cambia. la figura 6.2 representa el diseño de la bandeja con el que se va a trabajar.

43


Figura 6.1: Detalle de los muelles de nivelación

Figura 6.2: Dise˜ no de la bandeja

1.2 Elecci´ on de componentes Superficie plana La superficie plana va a constar de una chapa de aluminio de 2mm de espesor sujeta a su marco mediante pernos que haga de base y de otra placa sobre la cual se deposite el material. Esta u ´ ltima tiene que ser fácilmente intercambiable para poder sustituirla, por lo tanto ambas placas van a estar unidas mediante tornillos. La placa móvil va a consistir en un espejo que asegure una superficie plana al cual se le cubre con otra plancha de ABS de 3mm de espesor para que al depositar el material funda sobre esta y se asegure la mejor sujeción posible. Tornillos y muelles Se van a emplear 3 tornillos M3 de 30cm con un muelle de 20mm de longitud y al menos 4mm de diámetro interno. Marco principal El marco principal, al estar elaborado con los perfiles de la estructura, no requiere de ning´ u n cálculo. No obstante es necesario comprobar en las simulaciones la posible necesidad de aplicar refuerzos en el caso que el pandeo exceda los l´ımites establecidos de 100µm.

1.3 Dise˜ no final de la bandeja Una vez determinados los componentes se procede a integrarlos dentro de la maqueta. El modelo final que se obtiene es el mostrado en la figura 6.3.

44


Figura 6.3: Dise˜ no final de la bandeja

2 Simulaciones Para asegurar el correcto funcionamiento y verificar que los componentes elegidos son los adecuados se va a simular el comportamiento del conjunto bajo las cargas anteriormente descritas. Los resultados de la simulación son los que se muestran a continuación:

Figura 6.4: Simulaci´ on de la bandeja Obteniéndose una flecha máxima de 67µm lo cual es aceptable y se encuentra dentro de un rango permisible.

45


3 Resultado El resultado final de la bandeja con todos sus componentes es el siguiente:

Figura 6.5: Imagen renderizada de la bandeja

46

CAP´ ITULO

7

Electr´ onica

1 Placas principales estudiadas Para este proyecto se han valorado cuatro alternativas para la electrónica. Todas ellas están compuestas por una placa controladora y una de potencia que alimenta los motores. RAMPS

Sanguinololu

Gen 7

SAV MKI

Placa de expansi´ on para Arduino Mega basada en los drivers Pololu A4988. Puede controlar hasta 5 drivers y 3 sistemas térmicos independientes. Adicionalmente posee muchos piness de expansión que pueden ser unsados para incorporar funciones adicionales. Se trata de una electr´ onica similar a la RAMPS aunque basada en la placa base Sanguino, un clon de Arduino. Es capaz de mover 4 drivers. Este modelo de electrónica no es comercial pero sus esquemas de montaje se encuentran en internet bajo licencias libres. Está dise˜ nada para controlar 4 drivers, aunque su diseño puede ser modificado para controlar más. Se trata de un modelo similar a la Gen 7, aunque dise˜ nado en Espa˜ na. Los esquemas de montaje se encuentran disponibles y su dise˜ no original s´ olo admite 4 drivers.

la placa elegida es la RAMPS. Las razones por las que se ha elegido son principalmente: que a diferencia de la Sanguinololu es capaz de controlar 5 drivers, dos para los extrusores y tres para los ejes; y tambi´ en que existen proveedores capaces de suministrala, con lo cual no hace falta fabricarla cómo ocurre con la Gen 7 y la SAV MKI.

2 Electr´ onica de control La electrónica de control se basa exclusivamente en Arduino. La placa controladora elegida es Arduino Mega 2560. Contiene un microcontrolador ATmega2560. Posee 54 entradas/salidas digitales de las cuales 15 pueden usarse como salidas PWM, 16 entradas analógicas, 4 puertos UART1 , un oscilador de 16MHz, una entrada de corriente, un puerto USB, un ICSP y un botón de reset. Debido a todos sus componentes se trata de una electrónica muy completa. La principal ventaja que ofrece es la accesibilidad de la 1

Puertos serie

47


plataforma Arduino y la compatibilidad con distintos programas como Matlab y Simulink. Existe mucha documentación al respecto y firmwares y funciones ya desarrolladas. La figura 7.1 muestra la distribución de los pines en la placa.

Figura 7.1: Conexiones Arduino Mega [26]

3 Drivers Pololu Los drivers son unos circuitos integrados encargados de recibir las señales de control de la placa Arduino y transmitir los impulsos necesarios a los motores paso a paso. El modelo a emplear va a ser el Driver A4988 distribuido por Pololu Electronics . Sus caracter´ısticas principales de funcionamiento se resumen en la siguiente tabla[27]:

48


Caracter´ıstica Tensi´ on máxima de alimentación Corriente salida Se˜ nal de entrada Tensi´ on de salida máxima Sensibilidad Tensi´ on de referencia Temperatura de operación Temperatura máxima de soldadura Temperatura de almacenamiento

S´ımbolo V BB I OUT V IN V OU T V S ENSE V REF T A T J T S

Valor 35 2 0.33 - 5.5 35 0,5 5,5 -20 – 85 150 -55 – 150

Unidades V A V V V V o C o C o C

3.1 Funcionamiento b´ asico del driver A4988

Figura 7.2: Diagrama de bloques del integrado A4988 [27] Los elementos de los cuales está compuesto el driver se resumen en la figura 7.2. El driver recibe seis señales básicas: STEP: Un cambio de LOW a HIGH hace que el motor gire un incremento. DIR: Indica la dirección de giro. RESET: En el caso de estar negada resetea el dispositivo. MS1, MS2 y MS3: Indican la resolución de cada incremento. Un bloque traductor se encarga de traducir estas señales a la lógica interna del driver y comunica las señales a la unidad de control. Esta gestiona dos puentes DMOS, uno para cada bobina del driver. Al mismo tiempo, un convertidor DAC alimenta cada puente a partir de las señales recibidas en MSx.

49


4 Shield RAMPS La shield RAMPS es la base de la electrónica. Se monta directamente sobre la placa Arduino y ofrece el soporte necesario para integrar los demás elementos.

Figura 7.3: RAMPS conectada con Arduino y los drivers A4988

4.1 Caracter´ısticas principales A continuación se describen las principales caracter´ısticas de la placa RAMPS[28] Est´ a dise˜ nada para controlar tanto el robot cartesiano de posicionamiento como los extrusores. Expandible para poder controlar otros accesorios. MOSFETS para controlar los calentadores y 3 circuitos térmicos de control. Protegida por un fusible de 5A. Dispone de una electrónica aparte con un fusible a 11A para controlar elementos que requieran más potencia. Admite 5 placas Plolu A4988. Dispone de pines para que las placas Pololu se puedan sustituir con facilidad. Pines I2C y SPI disponibles para expansiones. Todos los MOSFETS est´ an conectados a los pines PWM para ofrecer más versatilidad. USB tipo B. LEDs avisan si los calentadores est´ an conectados.

50


5 Alimentaci´ on De acuerdo a los requisitos del proyecto va a ser necesaria una fuente de alimentación externa, pues la alimentación por USB está limitada a 900 mA. El equipo necesita una fuente capaz de suministrar 12(5 + 11) = 192W . Una fuente de ordenador ATX 2 es capaz de ofrecerlo.

6 Integraci´ on de equipos Como ya se ha comentado en la sección anterior, todos los distintos equipos y componentes se integran basándose en la placa RAMPS. La figura 7.4 representa el conexionado entre ellos.

Figura 7.4: Integración de los distintos equipos

2

Advanced Technology Extended

51


7 Configuraci´ on del firmware Como ya se introdujo anteriormente, el firmware elegido en este caso es Marlin. Marlin es un firmware diseñado para ser usado en impresoras de la familia RepRap, pero es fácilmente adaptable a cualquier otra. Ha sido desarrollado por Erik Zalm bajo licencia GPL. Actualmente su código fuente está disponible para su descarga libre y gratuita desde GitHub: https://github.com/ErikZalm/Marlin Para configurarlo u ´ nicamente hay que seguir los siguientes pasos:

7.1 Selecci´ on del puerto serie El primer paso es establecer el puerto serie que se va a usar, para ello, seleccionamos en la l´ınea 24 el valor. En nuestro caso es el puerto 0 ya que es el que se encuentra conectado al chip FTDI serie-USB. De esta forma nos podemos comunicar con el ordenador a través del puerto USB. En el caso de querer acoplar algún dispositivo wireless habrá que seleccionar su puerto correspondiente. #define SERIAL_PORT 0

El siguiente paso es seleccionar la velocidad de transferencia. 115200 baudios es una buena opción ya que se trata de la velocidad máxima que soporta la terminal de Arduino y as´ı se puede usar para enviar instrucciones en el caso que queramos realizar un debugging. #define BAUDRATE 115200

7.2 Configuraci´ on de la electr´ onica de potencia Para configurar la electrónica de potencia primero hay que seleccionar la placa que usemos en la l´ınea 75. Para la impresora del proyecto es la opción 34. //// The following define selects which electronics board you have. Please choose the one that matches your setup // 10 = Gen7 custom (Alfons3 Version) "https://github.com/Alfons3/ Generation_7_Electronics" // 11 = Gen7 v1.1, v1.2 = 11 // 12 = Gen7 v1.3 // 13 = Gen7 v1.4 // 2 = Cheaptronic v1.0 // 20 = Sethi 3D_1 // 3 = MEGA/RAMPS up to 1.2 = 3 // 33 = RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Bed) // 34 = RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder0, Extruder1, Bed) // 35 = RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Fan) // 4 = Duemilanove w/ ATMega328P pin assignment // 5 = Gen6 // 51 = Gen6 deluxe // 6 = Sanguinololu < 1.2 // 62 = Sanguinololu 1.2 and above // 63 = Melzi // 64 = STB V1.1 // 65 = Azteeg X1 // 66 = Melzi with ATmega1284 (MaKr3d version) // 67 = Azteeg X3 // 68 = Azteeg X3 Pro

52


// // // // // // // // // // // // // // // // //

7 = 71 = 72 = 77 = 8 = 80 = 81 = 82 = 83 = 9 = 70 = 701= 702= 90 = 91 = 301= 21 =

Ultimaker Ultimaker (Older electronics. Pre 1.5.4. This is rare) Ultimainboard 2.x (Uses TEMP_SENSOR 20) 3Drag Controller Teensylu Rumba Printrboard (AT90USB1286) Brainwave (AT90USB646) SAV Mk-I (AT90USB1286) Gen3+ Megatronics Megatronics v2.0 Minitronics v1.0 Alpha OMCA board Final OMCA board Rambo Elefu Ra Board (v3)

#ifndef MOTHERBOARD #define MOTHERBOARD 34

A continuaci´ on, en la l´ınea 86 se define el n´ umero de extrusores, que en nuestro caso son 2: Por u ´ltimo hay que indicar qué fuente de alimentación se va a emplear. La disponible en el prototipo será una fuente ATX empotrada en él, pero también se puede emplear una fuente externa como la que usa la videoconsola Xbox. //// The following define selects which power supply you have. Please choose the one that matches your setup // 1 = ATX // 2 = X-Box 360 203Watts (the blue wire connected to PS_ON and the red wire to VCC)

#define POWER_SUPPLY 1

7.3 Determinaci´ on de los sensores t´ ermicos los sensores t´ ermicos que se van a emplear son termistores de 100 K Ω Honeywell. // =========================================================================== //=============================Thermal Settings ============================ // =========================================================================== // //--NORMAL IS 4.7kohm PULLUP!-- 1kohm pullup can be used on hotend sensor, using correct resistor and table // //// Temperature sensor settings: // -2 is thermocouple with MAX6675 (only for sensor 0) // -1 is thermocouple with AD595 // 0 is not used // 1 is 100k thermistor - best choice for EPCOS 100k (4.7k pullup) // 2 is 200k thermistor - ATC Semitec 204GT-2 (4.7k pullup) // 3 is Mendel-parts thermistor (4.7k pullup)

53


// 4 is 10k thermistor !! do not use it for a hotend. It gives bad resolution at high temp. !! // 5 is 100K thermistor - ATC Semitec 104GT-2 (Used in ParCan & J-Head) (4.7k pullup) // 6 is 100k EPCOS - Not as accurate as table 1 (created using a fluke thermocouple) (4.7k pullup) // 7 is 100k Honeywell thermistor 135-104LAG-J01 (4.7k pullup) // 71 is 100k Honeywell thermistor 135-104LAF-J01 (4.7k pullup) // 8 is 100k 0603 SMD Vishay NTCS0603E3104FXT (4.7k pullup) // 9 is 100k GE Sensing AL03006-58.2K-97-G1 (4.7k pullup) // 10 is 100k RS thermistor 198-961 (4.7k pullup) // 20 is the PT100 circuit found in the Ultimainboard V2.x // 60 is 100k Maker’s Tool Works Kapton Bed Thermistor beta=3950 // // 1k ohm pullup tables - This is not normal, you would have to have changed out your 4.7k for 1k // (but gives greater accuracy and more stable PID) // 51 is 100k thermistor - EPCOS (1k pullup) // 52 is 200k thermistor - ATC Semitec 204GT-2 (1k pullup) // 55 is 100k thermistor - ATC Semitec 104GT-2 (Used in ParCan & J-Head ) (1k pullup) // // 1047 is Pt1000 with 4k7 pullup // 1010 is Pt1000 with 1k pullup (non standard) // 147 is Pt100 with 4k7 pullup // 110 is Pt100 with 1k pullup (non standard)

#define TEMP_SENSOR_0 71 #define TEMP_SENSOR_1 71 #define TEMP_SENSOR_2 0 #define TEMP_SENSOR_BED 0

A continuaci´ on se establece la máxima temperatura a la que se puede exponer a los extrusores. Por último, se establecen los valores del control PID para las temperaturas. #define #define #define

DEFAULT_Kp 22.2 DEFAULT_Ki 1.08 DEFAULT_Kd 114

7.4 Calibraci´ on mec´ anica Por u ´ ltimo hay que establecer los parámetros de calibración mecánica en las l´ıneas 440-445. Primero hay que establecer los pasos por unidad de longitud. Como se vió el el cap´ıtulo 3, La cantidad de pasos por unidad de longitud para los tres ejes es de 325, mientras que para el extrusor es de 105. #define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {325,325,325,760 *1.1*0.125} // default steps per unit for Ultimaker #define DEFAULT_MAX_FEEDRATE {500, 500, 5, 25} // (mm/sec) #define DEFAULT_MAX_ACCELERATION {500,500,100,10000} // X, Y, Z , E maximum start speed for accelerated moves. E default values are good for Skeinforge 40+, for older versions raise them a lot.

La u ´ ltima tarea consiste en establecer los valores de máxima velocidad y aceleración que se disponen a continuación:

54


#define DEFAULT_ACCELERATION 500 // X, Y, Z and E max acceleration in mm/sˆ2 for printing moves #define DEFAULT_RETRACT_ACCELERATION 500 // X , Y, Z a nd E m ax acceleration in mm/sˆ2 for retracts

55

CAP´ ITULO

8

Host y Comunicaciones

El host o controlador es un programa que se ejecuta dentro de un ordenador y permite comunicarse con la impresora y controlarla. Hay muchas alternativas de código abierto disponibles. Hay incluso algunas que incluyen el Slicer y el host en un mismo paquete. En este cap´ıtulo se va a exponer el host elegido para la impresora. Como ya se ha comentado anteriormente en la intriducción del proyecto, se descarta desde un principio el desarrollo completo de un programa Host ya que existen multitud de ellos disponibles y son perfectamente compatibles con la impresora. No obstante, con el objetivo de poder monitorizar el comportamiento de la misma y as´ı optimizar los parámetros de impresión, se han elaborado una serie de scripts en Matlab para tales fines.

1 Requisitos Existe una serie de requisitos del controlador que deben cumplirse. A continuación se detallan: Completo. Ha de ser un software completo que integre todos los elementos necesarios para poder controlar la impresora desde el momento en el que se obtiene un modelo 3D desde un programa CAD convencional hasta que se imprime, pasando por todas las fases de preparación. Facilidad de uso. El controlador ha de ser fácil tanto de instalar como de operar. Se buscará que resulte lo más intuitivo posible. Inteoperatibilidad El programa debe de tener versiones estables tanto para Windows como para Mac y GNU/Linux. Acesibilidad Con el objetivo de poder realizar modificaciones o estudiar el código en futuros proyectos es necesario que sea de código abierto. También ser´ıa conveniente que se le pudiesen incorporar macros y plugins con el objetivo de modificar el comportamiento sin necesidad de alterar el código fuente. Ligereza. Ha de ser un programa ligero a la hora de trabajar, que no consuma excesivos recursos del ordenador.

56


2 Programas host disponibles En esta sección se analizan las principales alternativas disponibles. Debido a que uno de los objetivos del proyecto es que la impresora sea accesible, el host debe de ser de código abierto. De cara a futuros desarrollos resulta más sencillo incluir modificaciones o incluso comenzar un fork 1 . Las principales alternativas se recogen en la siguiente tabla[23]: Compilador Slic3r Cura SkeinForge Reprap RepSnapper Autores alexj Daid Enrique RepRap.org Kulitorum Opciones 5D, 3D 5D, 3D 5D, 3D 5D 5D, 3D STL true true true true true Multiples STLs false true false true true Entrada RFO false true Salida GCode true true true true true Salida RFO false false false true Velocidad fast very fast average average fast El Host seleccionado para el proyecto es Cura debido a que se trata de un software ligero, integra todos los componentes necesarios para controlar la impresora, su código es accesible2 , se trata de un programa muy intuitivo y fá cil de usar y por último posee el apoyo y soporte de Ultimaker, con lo cual se asegura una continuidad en el desarrollo de versiones estables para las distintas plataformas.

3 Cura El host Cura se compone de dos programas. Por un lado tenemos El Cura Engine, que se trata de una aplicación en CLI3 que se ejecuta directamente en la l´ınea de comandos y es la encargada de generar los archivos de instrucciones en código G. Por otro lado está Cura, que se trata de un conjunto de instrucciones en Python que actuan a modo de interfaz gráfica para Cura Engine y de controlador para enviar las instrucciones a la impresora. En adelante, a este último se le hará referencia como Cura GUI 4 . La versión empleada en este proyecto es la 14.07 para GNU/Linux de 32bits. Las instrucciones de terminal mostradas son válidas para GNU/Linux, Windows y Mac.

3.1 Cura Engine Este programa está escrito en C++ y emplea la librer´ıa Clipper para trabajar en el proceso de slicing. Es de código abierto y está publicado ba jo los t´ erminos de la licencia AGPLv3. Para emplearlo hay que llamarlo desde la consola de comandos de la siguiente manera: CuraEngine [-h] [-v] [-m 3x3matrix] [-c ] [-s < settingkey>=] -o

Los argumentos principales a tener en cuenta son los que se describen a continuación: 1

Un fork , que es un programa basado en otro y elaborado por desarrolladores independientes. https://github.com/Ultimaker/ 3 Command Line Interface 4 Graphical user interface 2

57


´ OPCION

´ DESCRIPCION

-h

Mostrar ayuda

-c

Cargar ajustes desde un archivo de configuraci´ on .ini

-s

cambia el valor de settingskey por el de value sólo para esta sesión

-o OUTPUT, --output=OUTPUT

Ruta de salida del archivo GCODE

3.2 Cura GUI La GUI de Cura está desarrollada en Python, con lo cual no requiere de compilación alguna. Puede usarse directamente desde la l´ınea de comandos o cargando la venta gráfica. l´ınea de comandos Esta opción es recomendable si lo que se desea es preparar scripts que automaticen los procesos de impresión, controlar la impresora a trav´ es de internet, a través de SSH por ejemplo, o si lo que se desea es empotrar un controlador en una máquina de bajos recursos que se integre detro de la misma impresora y as´ı autonomizarla para que no dependa de un ordenador externo. Para su uso hay que seguir los pasos que se describen a continuación: A trav´ es de la l´ınea de comandos nos situamos dentro de la carpeta donde se encuen´ tran guardados los archivos del programa y ejecutamos Cura. Este carga una instrucción que env´ıa los argumentos a un script en python que ya se encarga de llamar al programa Cura Engine para que se ejecute en un segundo plano y genere el archivo de instrucciones GCODE o comienza a comunicarse con la impresora. Para ello hay que escribir el siguiente comando: $ cura [options] .stl

En donde filename es la ruta del modelo que se quiere imprimir y options los argumentos de configuración que se listan a continuación: ´ ´ OPCION DESCRIPCION -h, --help

Mostrar ayuda

-i PROFILEINI, --ini=PROFILEINI

Cargar ajustes desde un archivo .ini

-r PRINTFILE, --print=PRINTFILE

Carga la interfaz gráfica de impresión Realiza el slicing en lugar de abrir el archivo .stl en la interfaz gráfica

-s, --slice

-o OUTPUT, --output=OUTPUT

Ruta de salida del archivo GCODE

--serialCommunication=P:B

inicia el protocolo de comunicación serial desde la l´ınea de comado para poder enviar los comandos a la impresora en el puerto P y a una velocidad de B baudios

58


Ventana gr´ afica La ventana gráfica se carga directamente desde el programa principal, como cualquier otro programa. Dependiendo del sistema operativo y del gestor de ventanas que se use se realizar´ a de un modo u otro. La figura 8.1 muestra la interfaz de usuario de CURA GUI. En el panel de la izquierda muestra la configuración de la impresión donde se pueden modificar todos los parámetros de la impresora. Posee cuatro pestañas: Basic. En esta se configuran los parámetros básicos: como el espesor de capa, el relleno o la velocidad. Advanced. Configuraciones avanzadas para usuarios expertos tales como la retracci´ on del filamento cuando no extruya o los parámetros de la primera capa. Plugins. Habilitar plugins para modificar el comportamiento de la impresora. Estos se programan en Python. Start/End-GCode. Permite variar la cabecera y el final del GCode que se genera. En la parte superior aparecen tres pestañas que permiten cargar un modelo, exportar las instrucciones a una tarjeta SD o compartir el modelo en la web de Ultimaker. En el caso de que la impresora est´ e conectada, tambi´ en aparecer´ıa la opción de imprimir directamente.

Figura 8.1: Ventana principal de Cura GUI

59


Si hacemos clic en el primer icono aparece la opción de cargar modelo (figura 8.2).

Figura 8.2: Ventana para cargar modelos 3D Una vez cargado el modelo, lo dispone en el centro de la plataforma, pero con ayuda del ratón se puede desplazar por ella.

Figura 8.3: Visualizaci´ on del modelo

60


En el panel inferior aparecen nuevamente tres iconos. Uno de ellos nos permite escalar el modelo como se muestra en la figura 8.4, mientras que los otros permiten rotarlo (figura 8.5) o reflejarlo.

Figura 8.4: Opción de escalado

Figura 8.5: Opci´ on de rotación

61


En el panel superior de la derecha se puede cambiar el modo de visualización. Por ejemplo, se puede visualizar el trayecto que sigue el cabezal capa a capa, como se puede apreciar en la figura 8.6.

Figura 8.6: Visualizaci´ on de capas

4 Control desde Matlab Uno de los puntos flacos de todos los programas host (incluido Cura) es que están pensados para controlar impresoras 3D, no para realizar una exhaustiva monitorización y posterior análisis de los datos. Para este fin se han elaborado una serie de scripts en Matlab que han sido empleados para optimizar los parámetros de impresión (temperatura) y que pueden servir de base para futuros proyectos. Estos scripts son los que se detallan a continuación: Setup.m inicializa la comunicación con la impresora. Envio.m env´ıa comandos en código G directamente desde Matlab y registra los datos. Temperaturas.m registra el transitorio de temperaturas en un extrusor.

4.1 Setup.m Este script pide al usuario la información acerca del puerto serial al que se encuentra conectada la impresora y lo abre para que el resto de scripts puedan funcionar. puerto=input(’Ingrese el puerto serial a usar: ’); baudios=input(’Baud Rate (115200): ’); s1 = serial(puerto, ’BaudRate’, baudios); fopen(s1); s1

4.2 Temperaturas.m Este u ´ ltimo archivo se encarga de registrar el transitorio de temperaturas para una entrada. Permite modificar los parámetros del PID para as´ı poder evaluar la planta. 62


ts=1;

% tiempo de muestreo

fprintf(s1,’M301 P1 I9999999 D0’); fprintf(s1,’M104 S230’);

%Parametros del control PID %temperatura que se quiere alcanzar

i=0; tic; %usado para controlar el tiempo t_ac=0; %tiempo acumulado

while 1

%Este comando se puede modificar para escanear cualquier variable. fprintf(s1, ’M105’); idn = fscanf (s1); A = sscanf(idn,’ok T: %f’); %Escaneo la temperatura del primer extrusor

if toc>ts %si el tempo supera el tiempo de muestreo t_ac=t_ac+toc; %el tiempo acumulado se incrementa temp(1,i)=t_ac; %registro el tiempo temp(2,i)=A; %registro la temperatura i=i+1; tic; %reseteo el tiempo end end fclose(’all’)

4.3 Envio.m Este script recibe un archivo de instrucciones en código G y lo prepara en una matriz para ser enviado. Una vez lo tiene listo env´ıa las instrucciones comando a comando y registra las temperaturas y el tiempo de ejecución. Estos valores los almacena en un vector en formato string de tal modo que luego sea sencillo obtener de ellos los datos necesarios.

%Prepara las instrucciones a enviar. Las almacena en una matriz que luego %va a enviar. [gcode, Dir_gcode] = uigetfile (’*.gcode’, ’Seleccione un archivo GCODE’ );

if isequal(gcode,0) return; else Archivo=fullfile(Dir_gcode, gcode); end Dat = fopen (Archivo,’r’);

63


n=1; while ˜feof(Dat) leer_linea = fgetl (Dat); if isempty (leer_linea) || ˜ischar(leer_linea), break , end C(n)= cellstr(leer_linea); n=n+1; end fclose(Dat); C=C’; disp(C); %%Envia las instrucciones i=1; tic; %inicializo el reloj while i
fprintf(s1, ’M105’); %Pregunto por la temperatura idn = fscanf (s1); Temperaturas_string = sscanf (idn,’ %s’); %Escaneo la temperatura del primer extrusor %aqui se le pueden incorporar mas comandos para la lectura de variables iempo=toc;

%almaceno el tiempo

i=i+1;

end fclose(’all’)

64

CAP´ ITULO

9

Integraci´ on de equipos y montaje

En este cap´ıtulo se va a mostrar como ha sido el montaje del prototipo de la impresora y la puesta en marcha de todos los equipos.

1 Instrucciones de montaje PASO INSTRUCCIONES

1

Con cuatro perfiles P-550 y cuatros esquinas C-S01 realizar un marco como se aprecia en la imagen. Repetir esta operaci´ on para dos marcos

2

Emplear tornillos M4x8.

3

En uno de los marcos añadir a una distancia de 120mm de uno de los extremos otro perfil P-550 que sujetará el mástil del eje Z.

65

IMAGEN


PASO INSTRUCCIONES

4

Emplear dos placas conectoras C-S04 y tornillos M4x6.

5

Unir los dos marcos con perfiles P-850. A una distancia de la base de 550mm colocar cuatro barras P-550 más como se aprecia en la imagen y como se puede consultar en el plano 01-S-001-005. El perfil doble D-530 debe colocarse al medio de una de ellas como se puede ver en el mismo plano.

6

Para fijar los perfiles P-550 emplear las escuadras C-S02 de 40x40mm y tornillos M4x6.

7

La viga doble se une mediante placas en L C-S03 y tornillos M4x6.

66

IMAGEN


PASO INSTRUCCIONES 8

Acoplar el eje X.

9

Emplear tornillos M4x20.

10

Acoplar el eje Y.

11

Usar la placa conectora C-G01 y la doble T G-102.

12

la doble T G-102 se une mediante tornillos m4x20.

67

IMAGEN


PASO INSTRUCCIONES

13

Incorporar ej eje Z.

14

Usar la placa conectora G-111 para unirlo por la parte superior al perfil P-550 y al D-530. Usar la placa conectora G-121 para unirlo al D-530 por la parte inferior. Emplear tornillos M4x20. Para ensamblarlo seguir las indicaciones dispuestas en el plano 01-C000-005.

15

Incorporar al carril del eje Y los extrusores.

16

A˜ nadir la bandeja.

68

IMAGEN


PASO INSTRUCCIONES

17

IMAGEN

La bandeja se une directamente al carril del eje Z mediante tornillos M4x25.

2 Conexiones y cableados Las conexiones y los cableados se realizan de acuerdo al plano 01-T-001-001. Aunque existe libertad a la hora de realizarlo, hay que tener en cuenta la disposición de los equipos. Los cables han de trazarse por las ranuras del perfil tipo B empleado en la estructura y sujetarse con bridas cada 20cm.

3 Resultados del prototipo A continuación se muestran una serie de imágenes del prototipo montado:

Figura 9.1: Sujeci´ on de sensores con clema para que puedan ser sustituidos con facilidad

69


Figura 9.2: Sujeci´ on de cables con brida

Figura 9.3: Muelle para calibrar la base

70


Figura 9.4: Detalle de la fuente de alimentación, en este caso una fuente ATX

Figura 9.5: Detalle de la polea que empuja el filamento

71


Figura 9.6: Detalle de los extrusores

Figura 9.7: Detalle de la impresora completa

72

CAP´ ITULO

10

Pruebas y Resultados

Como protocolo de pruebas se van a realizar una serie de ensayos para determinar la máxima resolución que se es capaz de obtener y la tolerancia. Del mismo modo se va a lanzar una serie de piezas a distintas velocidades.

1 Determinaci´ on de la resoluci´ on Para determinar la resolución máxima se va a dividir el ensayo en dos partes. Por un lado se va a establecer la máxima resolución en el eje Z y por otro lado en los ejes X e Y.

1.1 Resoluci´ on m´ axima en eje Z Para determinar la máxima resolución en el eje Z se va a prototipar un cilindro de 20mm de diámetro (figura 10.1) a distintos espesores de capa hasta obtener el l´ımite. Este limite se ha alcanzado en los 0,025µm. A partir de ese espesor comienza a producir fallos.

1.2 Resoluci´ on M´ axima en ejes X e Y Para determinar la máxima resolución en los ejes X e Y se va a imprimir el benchmark de la figura 10.2. C´ omo resultado se ha obtenido que la resolución máxima (coincidente con el vértice de la forma triangular) es de 400µm. No obstante hay que tener en cuenta que el ensayo se ha realizado con una boquilla de 0.35mm, en el caso de emplear una de menor tamaño se alcanzará una mayor resolución.

2 Caracter´ısticas A continuación se resumen las caracter´ıstiscas de la impresora: IMPRESORA ROME-01 Dimensiones 85 x 59 x 59 cm Volumen de impresió n 310 x 310 x 310 mm Ancho de capa 0.025mm Resuluci´ on XY 0.4mm o N de extrusores 2 Velocidad de impresió n 200mm/s

73


Figura 10.1: Cilindro empleado en el ensayo de máxima resolución en el eje Z.

Figura 10.2: Benchmark para la determinación de la máxima resolución en los ejes XY.

74


3 Prototipos realizados Para verificar el funcionamiento correcto ante situaciones reales se ha decidido prototipar una serie de ejemplos con distintas geometr´ıas. A continuación se muestran algunos.

Figura 10.3: Benchmark para la determinación de la máxima resolución en los ejes XY.

Figura 10.4: Cilindro empleado en el ensayo de máxima resolución en el eje Z. Está impreso con un espesor de capa de 50µm.

75


Figura 10.5: Cilindro empleado en el ensayo de máxima resolución en el eje Z junto con un calibre.

Figura 10.6: Fallo al superar las 0,25µm de resolución.

76


Figura 10.7: Dos maquetas del Empire State realizadas a 100mm/s (izquierda) y 200mm/s (derecha).

Figura 10.8: Visualizaci´ on del relleno en un Empire State.

77


Figura 10.9: Pieza realizada con material de soporte.

Figura 10.10: Prototipo de una mano imprimiendose con una resolución de 100µm.

78

CAP´ ITULO

11

Futuros Desarrollos

Una vez concluido el proyecto se establecen los siguientes posibles fututros desarrollos. Todos ellos van a emplear como material base la do cumentaci´ on redactada en este proyecto y el prototipo montado. Terminar el prototipo. El prototipo montado no ha sido cerrado ni aislado del exterior. Con lo cual necesita ser terminado. Desarrollar un control t´ ermico que regule la temperatura de la c´ amara. Para ello hay que analizar y estudiar más detenidamente el efecto de la temperatura sobre las capas de los prototipos y ajustarla para obtener los mejores resultados. Realizar un protocolo de calibración y ajuste fino. Para ello habrá quepreparar un riguroso plan de pruebas y llevarlo a cabo con el objetivo de determinar los factores que afectan al funcionamiento de la máquina y reajustarla para minimizar los fallos. Mecanizar las distintas piezas del extrusor con una m´ aquina CNC. El prototio ha sido realizado a mano y por consiguiente presenta uan calidad aceptable para un prototipo, pero su acabado final debe de mejorarse si se quiere comercializar, para ello lo mejor es mecanizar las piezas en aluminio mediante máquinas CNC. No se descarta la posibilidad de contratar a una empresa especializada. Mejorar el software actual. El controlador empleado no ha sido diseñado para esta impresora, sino que ha sido adaptado. Es por ello que en un futuro si se desea proseguir con la mejora de la impresora es necesario estudiar la posibilidad de desarrollar un software propio. Desarrollar una electr´ onica propia. Al igual que ocurre con el software un punto a tener en cuenta es que de cara a futuro va a ser necesario diseñar una electrónica propia que cumpla con las necesidades de la máquina. Establecer un registro de datos. Para su uso en ámbitos de investigaci´ on resulta necesario monitorizar el comportamiento. Pese a que se han elaborado una serie de scripts en Matlab para ello, resulta necesario mejorarlos y aumentar la cantidad de datos a procesar. Para ello tambi´ en ser´ a necesario sensorizar debidamente la impresora. Con el objetivo de facilitar los futuros desarrollos se ha creado un repositorio Git para el proyecto disponible en: https://github.com/MrRomero/ROME01

79

CAP´ ITULO

12

Plan de Gestión de Riesgos

En este cap´ıtulo se analizan los posibles riesgos que pueden afectar a la viabilidad del proyecto. De acuerdo con el correcto cumplimiento de los objetivos del proyecto es necesario prever los posibles obstáculos e incidencias que puedan suceder. Para ello se exponen los principales riesgos a tener en cuenta y el protocolo de actuación en caso de que aparezcan.

1 Identificaci´ on de riesgos Para cada parte del proyecto se identifican los siguientes riesgos. Se han separado en aspectos mecánicos y electrónicos ya que su impacto en el proyecto difiere.

1.1 Mec´ anica Guias lineales. Es posible que el proveedor no suministre a tiempo los equipos de posicionamiento lineal o que debido a unos sobre costes no esperados no puedan ser adquiridos para el proyecto. También cabe la posibilidad de que no cumplan con las especificaciones requeridas para el proyecto y que el proveedor ha proporcionado. Debido a que se trata de unos equipos muy precisos y delicados pueden verse dañados durante el trayecto del env´ıo o durante su manipulación. Estructura. Se ha seleccionado una perfiler´ıa y un diseño que de acuerdo a las simulaciones es capaz de soportar los esfuerzos a los que va a someterse. No obstante puede que los ensayos reales no cumplan con los requisitos del proyecto. Extrusor. El extrusor puede no extruir a la velocidad requerida o presentar problemas de obstrucciones. Atm´ osfera t´ ermica. La atm´ osfera controlada depende principalmente de la carcasa. Esta puede no cumplir con los requisitos aislantes que requiere el proyecto. Bandeja de deposici´ on. La bandeja sobre la cual se deposita el material requiere una horizontalidad asegurada con un margen de tolerancia de 10 micras. En el caso de no cumplirse la calidad de los prototipos fabricados, se ver´ıa afectada y la impresora no podr´ıa asegurar el espesor de capa propuesto en las caracter´ısticas técnicas.

80


1.2 Electr´ onica Etapa de potencia. La etapa de potencia puede no ser capaz de suministrar la corriente requerida por el sistema. Tambi´ en puede presentar problemas de sobrecalentamiento. Etapa de control. La electrónica de control puede presentar problemas de compatibilidad a la hora de integrarse y controlar el hardware del equipo. Los drivers pueden sufrir exposiciones a corrientes demasiado elevadas y fuera de los márgenes de seguridad. El firmware desarrollado puede no acabarse a tiempo o no ofrecer la calidad necesaria.

2 Matriz de Probabilidad/Impacto IMPACTO ALTO PROBABILIDAD ALTA PROBABILIDAD MEDIA

Problemas con la bandeja

PROBABILIDAD BAJA

Incidencias con el sistema de posicionamiento lineal

IMPACTO MEDIO Incidencias relacionadas con la etapa de control Incidencias relacionadas con el extrusor Incidencias relacionadas con la atmósfera controlada

IMPACTO BAJO

Incidencias relacionadas con la estructura Incidencias relacionadas con la etapa de potencia

3 Plan de contingencias Una vez determinados los posibles factores que amenazan el correcto desarrollo del proyecto es necesario planificar cómo afrontar los problemas que se puedan derivar del mismo. Para ello se ha establecido una fase previa de preparación que pretende identificarlos antes de que aparezcan y expone cómo evitarlos. A continuación se presenta una segunda fase, que es el protocolo a seguir en caso de que estas incidencias ocurran. El plan de contingencias queda de la siguiente forma:

3.1 Plan de respaldo Estudio y elecci´ on de los proveedores adecuados. Tanto para los suministros electr´ onicos como mecánicos se ha establecido como norma evitar la importación directa de materiales. Siempre ha de ser a trav´ es de un distribuidor nacional y a ser posible con oficinas en Madrid. De esta forma son más accesible y en el caso de presentarse una incidencia se puede obtener una respuesta inmediata. Los fabricantes han de ser a nivel internacional y deben de suministrar la documentación necesaria para garantizar las prestaciones técnicas de los componentes. Por último se va a realizar un estudio sobre las opiniones de los clientes de estos fabricantes en aplicaciones similares a las del proyecto. Simulaciones. Todos los dise˜ nos han de ser simulados con el objetivo de garantizar su correcta elección y disposici´ on. A todos ellos se les aplica un margen de seguridad de 2. Para las simulaciones mecánicas se va a emplear SolidWorks Simulation 2013, y para las simulaciones electrónicas Matlab y Simulink. Documentaci´ on respecto a anteriores casos de ´ exito. Debido a que no se trata de la primera impresora 3D del mercado no se pueden descartar las incidencias a las que se han enfrentado otros modelos ni las soluciones a las que sus desarrolladores han recurrido. Para ello se tiene acceso a las listas de distribución y wikis del proyecto RepRap, as´ı como a los aportes en los repositorios Git de los principales firmwares usados y a los papers publicados sobre el tema en los últimos 20 a˜ nos. 81


3.2 Protocolo de actuaci´ on en caso de incidencia En el caso de presentarse una de las anteriores incidencias se va a recurrir al siguiente plan de emergencias: No.

INCIDENCIA

1.1

Gu´ıas de posicionamiento lineal

FASE DE ´ APARICION Fase de adquisici´ on de material

1.2

Estructura

Fase de montaje

1.3

Extrusor

Fase de ensayo

1.4

Atmósfera térmica

Fase de integració n

1.5

Bandeja

Fase de ensayo

2.1

Electrónica de potencia Electrónica de control

Fase de calibración

Firmware

Fase de dise˜ no

2.2

2.3

Fase de calibració n

PROTOCOLO Sustituci´ on de las gu´ıas de husillos por gu´ıas de correas, m´ as fiables aunque con menor calidad. Rediseño de la estructura con una perfiler´ıa de mayor secci´ on. Adquisici´ o n de un extrusor comercial Eliminaci´ o n de la atmósfera controlable y sustitució n por una cámara abierta al aire. Uso de rodamientos lineales seg´ un se indica en el esquema de la figura 12.1 Elecci´ on de una nueva fuente de alimentación. Adquisici´ on de los componentes necesarios y dise˜ no de un sistema de refrigeración. Elecci´ on como alternativa de un firmware ya desarrollado y de código libre – Marlin.

Figura 12.1: Situaci´ on de los rodamientos lineales

82

CAP´ ITULO

13

Presupuesto

En este cap´ıtulo se expone el presupuesto del proyecto. Se ha desglosado en tres partes: 1. Materiales. Donde se listan todos los materiales. 2. Mano de obra directa. Que se ha desglosado de la siguiente forma: Mano de obra de dise˜ no. Donde se engloba todo el proceso de diseño tanto conceptual como la elaboración de modelos CAD y planos. Mano de obra de ingenier´ıa general. Que engloba toda la programación, redacci´ on de documentos, cálculos e investigación. Mano de obra de manufactura. Que incluye la fabricación de las piezas del prototipo su integración, la puesta en servicio y las pruebas. 3. Presupuesto general. Que suma los dos anteriores.

83


1 Materiales ´ REF. DESCRIPCION RAMPS+ Freduino C-T01 Sistema de 3 Gu´ıas C-G03 lineales Perfil T 20mm (1m) B-102 Perfil Tipo B P-XXX 20x20mm (2m) Barra Roscada M4 C-E01 x 100mm Motor Nema 17 C-E02 Budas Nozzle C-E03 Rodamiento C-E04 15x6x5 Polea MK7 C-E05 C-E06 Muelle 6mm Tuerca M4 (caja de C-A01 100) Tornillo M2.5x16 C-A02 (caja de 10) Tornillo M4x20 (caC-A03 ja de 20) Tornillo M3x12 (caC-A04 ja de 20) Tornillo M4x12 (caC-A05 ja de 20) Tornillo M4x25 C-A06 Tornillo M4x6 (caja C-A07 de 10) Tornillo M4x8 (caja C-A08 de 100) ´ Angulo 20x20 (bolC-A09 sa de 10) C-S01 Esquina ´ Angulo 40x40 (bolC-S02 sa de 10) Placa Conectora L C-S03 C-S04 Placa Conectora T Plancha Aluminio C-B01 327x327x3 C-B04 Tornillo M3x30 Tuerca M3 (bolsa C-B05 de 5) C-B06 Muelle 20mm Plancha ABS C-B07 310x310x5mm Barra Aluminio C-A10 60x12x50

PRECIO (Und.)e CANTIDAD 116,9 1

84

TOTAL e 116,9

1384,64

1

1384,64

5,1

1

5,1

5,38

8

43,04

0,5

2

1

15 60

2 2

30 120

6

2

12

12 0,2

2 4

24 0,8

18

3

54

1,35

1

1,35

3,5

1

3,5

2,75

1

2,75

3

1

3

0,2

6

1,2

1,2

3

3,6

12

1

12

2,7

2

5,4

3,78

10

37,8

6,3

2

12,6

2,29 2,29

4 4

9,16 9,16

1

0

0,25

3

0,75

1,2

1

1,2

0,25

3

0,75

12

1

12

46,36

2

92,72

SUMA IVA TOTAL

2000,42 420,09 2420,51e


2 Mano de obra directa

CONCEPTO Hora de ingenier´ıa de dise˜ no Hora de ingenier´ıa general Hora de manufactura

PRECIO (Und.)e CANTIDAD 50 360 40 120 40 210 SUMA IVA TOTAL

85

TOTAL e 18000 4800 8400 31200 6552 37752e


3 Presupuesto general

CONCEPTO Materiales Mano de obra IVA TOTAL

86

SUMA e 2000,42 31200 6972,9 40172,51e

CAP´ ITULO

14

Listado de referencias y planos

A continuación se resume en una tabla las referencias empleadas y el número de plano asignado a las piezas no estandarizadas: ´ REFERENCIA DESCRIPCION PLANO (si procede) C-000 BIPER Conjunto General 01-C-000-005 E-001 Conjunto Extrusor 01-E-001-003 E-101 Soporte Hot-End 01-E-101-003 E-102 Soporte Motores 01-E-102-003 E-103 Soporte Rodamiento 01-E-103-003 E-104 Nervio Opresor 01-E-104-003 E-105 Soporte Extrusor 01-E-105-003 S-001 Estructura Interna 01-S-001-005 S-101 Cortes Barras 01-S-101-005 S-102 Acoples 01-T-001-005 G-001 GUIA 01-G-001-001 G-101 Acoples Eje Z 01-G-101-002 G-102 Doble T 01-G-102-001 B-001 Conjunto Bandeja 01-B-001-006 B-102 Perfil T 20mm 01-B-102-001 C-B03 Placa Conectora L Con Agujero 01-B-101-001 C-E01 Barra Roscada M4 x 100mm C-E02 Motor Nema 17 C-E03 Budas Nozzle C-E04 Rodamiento 15x6x5 C-E05 Polea MK/ C-E06 Muelle 6mm C-A01 Tuerca M4 C-A02 Tornillo M2.5x16 C-A03 Tornillo M4x20 C-A04 Tornillo M3x12

87


REFERENCIA C-A05 C-A06 C-A07 C-A08 C-A09 C-S01 C-S02 C-S03 C-S04 C-B01 C-B02 C-B04 C-B05 C-B06 C-B07 C-G01 C-A10 P-XXX

´ DESCRIPCION Tornillo M4x12 Tornillo M4x25 Tornillo M4x6 Tornillo M4x8 ´ Angulo 20x20 Esquina ´ Angulo 40x40 Placa Conectora L Placa Conectora T Plancha Aluminio 327x327x3 ´ Angulo 20x20 Tornillo M3x30 Tuerca M3 Muelle 20mm Plancha ABS 310x310x5mm Acople 2 ejes Barra Aluminio 60x12x50 Perfil Tipo B 20x20mm (2m)

88

PLANO (si procede)

Bibliograf´ıa

1 Referencias [1] T.Rowe Price, A Brief History of 3D Printing [2] European Comission, Horizon 2020 objectives for Industrial Innovation [3] NEMA - National Electrical Manufacturers Association, www.nema.org [4] Moilanen, J. & Vad´ en, T., Manufacturing in motion: first survey on the 3D printing community [5] RepRap Comunity, http : //reprap.org/wiki/RepRapO ptions [6] RepRap Comunity, Génesis [7] Impresoras3d.com, Analisis, informaci´ on y comparativas de las impresoras 3d existentes en el mercado [8] Jeremy Rifkin, The Third Industrial Revolution: How lateral Power is Transforming Energy, the Economy, and World. [9] John Manners-Bell, Ken Lyon, The implications of 3d printing for the global logistics industry [10] Chuck Hull, Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography. U.S. Patent 4.575.330. [11] Crump, S.S., Apparatus and methods for creating three-dimensional objects US Patent No 5,121,329 [12] Marlon Wesley Machado Cunico and Jonas de Carvalho, Optimization of positioning system of FDM machine design using analytical approach Department of Mechanical Engineering, University of Sao Paulo, Sao Carlos, Brazil [13] 3D Printer Comparison Chart, http : //www.additive3d.com/3dprc ht.htm [14] PBClinar, Application Story Trinity Labs 3D Printing [15] Chalmers, J., 3D printing: not yet a new industrial revolution, but its impact will be huge The Guardian, [16] Vivek Srinivasan & Jarrod Bassan, 3D printing and the future of manufacturing Computer Sciences Corporation, 2012. 89


[17] Arjun Bharadwaj, Mass Production using Additive Manufacturing? Yes, Says a New Research Collaboration. December 2, 2013 · 3D Printing Industry, Business Industrial Research. ´ nio Ramos, Anto ´ nio Completo and Jos ´ ˜ es, A [18] Carlos Relvas, Anto e A Simo systematic approach for an accuracy level using rapid prototyping technologies Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture 2012 226: 2023 [19] P. Kulkarni D. Duttas, Deposition Strategies and Resulting Part Stiffnesses in Fused Deposition Modeling Design Laboratory, Department of Mechanical Engineering and Applied Mechanics, The University of Michigan, Ann Arbor, Ml 48109 [20] Q. Sun, G.M. Rizvi, C.T. Bellehumeur, P. G , Effect of processing conditions on the bonding quality of FDM polymer filaments Rapid Prototyping Journal, Vol. 14 Iss: 2 pp. 72 - 80 [21] Prasad K. D. V. Yarlagadda, S. Narayanan, GCMM 2004: 1st International Conference on Manufacturing and Management Alpha Science Int’l. February 2005 [22] GHER, GHER Lieferprogramm als FlipBook [23] Proyecto Clone Wars, Clone Wars: Software/es [24] Ultimaker, https://www.ultimaker.com [25] GNU Licences, http://www.gnu.org/licenses [26] PIGHIXXX Unofficial Arduino Pinout Diagram, http://www.pighixxx.com [27] A4988 DMOS Microstepping Driver with Translator and Overcurrent Protection, Allegro MicroSystems Inc. [28] RepRap Proyect official documentation, http://www.reprap.org

2 Figuras c CustomPart.NET [29]  c www.stratasys.com/ [30]  c kmsoluciones.com [31]  c Makerbot.com [32]  [33] CC-ASA http://commons.wikimedia.org [34] http://www.sculpteo.com/en/

90

CAP´ ITULO

15

Anexo: Planos

91

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA IMPRESORA 3D FDM

PLANO

DECRIPCION

0

01-I-000-001

1

11/07/14

1

0-C-000-006

ÍNDICE DE PLANOS CONJUNTO GENERAL

6

23/06/14

2

01-E-001-003

CONJUNTO EXTRUSOR

3

10/06/17

3

01-E-101-003

SOPORTE HOT-END

3

10/06/17

4

01-E-102-003

3

10/06/14

5

01-E-103-003

SOPORTE MOTORES SOPORTE RODAMIENTO

3

10/06/14

6

01-E-104-003

NERVIO OPRESOR

3

10/06/14

7

01-E-105-003

SOPORTE EXTRUSOR

3

10/06/14

8

01-S-001-005

ESTRUCTURA INTERNA

5

02/03/14

9

01-S-101-005

5

11/07/14

10

01-T-001-001

5

01/07/14

11

01-G-101-002

2

02/03/14

12

01-G-102-001

1

20/02/14

13

01-B-001-006

6

10/07/14

14

01-B-002-006

6

10/07/14

15

01-B-101-001

CORTES BARRAS DISPOSICIÓN DE EQUIPOS ELECTRONICOS ACOPLES EJE Z DOBLE T COJUNTO BANDEJA BANDEJA. VISTA EXPLOSIONADA PLACA CONECTORA L CON

1

10/07/14

16

01-B-102-001

PERFIL T 20 mm

1

03/05/14

17

01-N-000-001

NOTAS

1

11/07/14

AGUJERO

SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM


Edición de estudiante de SolidWorks. FIRMA NOMBRE N.º DE DIBUJO Sólo para usoFECHA académico. MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

REVISION

FECHA

TÍTULO:

PROYECTO

DIBUJ.

ULTIMA

HOJA

REVISIÓN

1

ESCALA:N/A

ÍNDICE DE PLANOS 01-I-000-01 HOJA 0 DE 17

A4

1

B

1 7

A

N.º DE ELEMENTO

9

4 3

10

CANTIDAD

01-S-001-005

ESTRUCTURA INTERNA

1

01-G-001-005 01-G-101-005 (REF: G-111)

GUIA

3

3

ACOPLE GUIA G-111

1

4

01-G-101-005 (REF: G-121)

ACOPLE GUIA G-121

1

2

6

8

DESCRIPCIÓN

1

5

C-G01

ACOPLE 2 EJES

1

6

01-G-102-005

DOBLE T

1

01-E-001-003

CONJUNTO EXTRUSOR

1

8

01-B-001-006

CONJUNTO BANDEJA

1

9 10

C-A06

TORNILLO M4 x 25

C-A03

TORNILLO M4 x 20

8 4

7

2 DETALLE A ESCALA 1 : 5

DETALLE B ESCALA 1 : 5

N.º DE PIEZA


Edición de estudiante de SolidWorks. Sólo para uso académico.

NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

CONJUNTO GENERAL

TÍTULO:

PROYECTO


FIRMA

FECHA

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

5

01-C-000-05

ESCALA:1:10

A3

HOJA 1 DE 17

15

4

3

1

10

12

9

5 11

2

MARCA

16 2 3 1

7 6

8

01-E-102-03

DESCRIPCIÓN SOPORTE MOTORES

CANTIDAD

1

N.º DE PIEZA

2

01-E-101-03

SOPORTE HOT-END

1

3

01-E-105-03

SOPORTE EXTRUSOR

1

4

01-E-103-03

SOPORTE RODAMIENTO

2

5

01-E-104-03

NERVIO OPRESOR

1

6

C-E01

BARRA ROSCADA M4

2

7

C-E02

MOTOR NEMA 17

2

8

C-E03

BUDAS

2

9

C-E04

RODAMIENTO 15x6x5

2

57

1

15

4

3

1

10

12

9

5 11

2

MARCA

16 2 3 1

7 6

8

01-E-102-03

DESCRIPCIÓN SOPORTE MOTORES

CANTIDAD

1

N.º DE PIEZA

2

01-E-101-03

SOPORTE HOT-END

1

3

01-E-105-03

SOPORTE EXTRUSOR

1

4

01-E-103-03

SOPORTE RODAMIENTO

2

5

01-E-104-03

NERVIO OPRESOR

1

6

C-E01

BARRA ROSCADA M4

2

7

C-E02

MOTOR NEMA 17

2

8

C-E03

BUDAS

2

57

109 14

9

C-E04

RODAMIENTO 15x6x5

2

10

C-E05

POLEA MK7

2

11

TUERCA M4

10

TORNILLO M2.5x16 TORNILLO M4x20 TORNILLO M3x12 TORNILLO M4x12

4

15

C-A01 C-A02 C-A03 C-A04 C-A05

16

MUELLE 6

12 13 14 4 9


NOMBRE

13

DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG


FIRMA

B1

Y

A3

A4

B2

B3

A2

A5

A

0 0

B4

FECHA

N.º DE DIBUJO

X

2 1

SECCIÓN A-A

2

REVISIÓN

3

01-E-001-03

ESCALA:1:2

HOJA 2 DE 17

6 8

A6

1

CONJUNTO EXTRUSOR

109

A1

2

4 TÍTULO:

PROYECTO


1

A

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

12

39

A2

26

15

A3

40

39

A4

69

39

A5

83

15

A6

97

39

B1

17

41

TAMAÑO M3 M3 M3 M3 M3 M3 4

A3

109

B1

A1

Y

A3

B4

A4

B2

B3

A2

A5

A

6 8

A6 A

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

12

39

A2

26

15

A3

40

39

A4

69

39

A5

83

15

A6

97

39

B1

17

41

4

B2

26

31

4

B3

83

31

4

B4

93

41

4

0 0

X

2 1

SECCIÓN A-A

NOMBRE MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

5

FIRMA

FECHA

M4 86

6

31

31

6

C 5

4x

3 R 5 4 5 3

0 1

SECCIÓN C-C

C

10

4

10

3

6

4

M3 M3 M3 M3

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

5

M4

M3



DIBUJ.

M3

TÍTULO:

PROYECTO


TAMAÑO

2,50

3

ESCALA:1:1

SOPORTE HOT-END 01-E-101-03 HOJA 3 DE 17

A3

5

5

M4

M4 86

6

31

31

6

C 5

4x

3 R

2,50

5 4 5 3

0 1

C

SECCIÓN C-C

10

4

10

3

6

4

2 1

20

23

20

TÍTULO:

PROYECTO



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA IMPRESORA 3D FDM FECHA

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

3

7 6

6

0 2

4

5

ESCALA:1:1

SOPORTE MOTORES 01-E-102-03 HOJA 4 DE 17

A3

7 6

6

0 2

4

5

10

TÍTULO:

PROYECTO

BIPER



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

A

0 1

4

0 1

4

0 1

8 1

A

SECCIÓN A-A

6 30

12

FIRMA

FECHA

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

3

ESCALA:5:1

SOPORTE RODAMIENTO 01-E-103-03 HOJA 5 DE 17

A3

A

0 1

4

0 1

4

0 1

8 1

A

SECCIÓN A-A

6 30

12

M 3 6

6

TÍTULO:

PROYECTO



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

3

REVISIÓN

NERVIO OPRESOR 01-E-104-03

ESCALA:2:1

HOJA 6 DE 17

86

12 A

4

A1

8

4

A2 8 5

Y

B1

B2

8

A

0

SECCIÓN A-A

0

X

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

18

29

A2

68

29

B1

20

6

A3

86

12 A

4

A1

8

4

A2 8 5

Y

B1

B2

8

A

0

SECCIÓN A-A

0

X

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

18

29

A2

68

29

B1

20

6

B2

66

6

TÍTULO:

PROYECTO



9

NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG


FIRMA

FECHA

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

3

SOPORTE EXTRUSOR 01-E-105-03

ESCALA:1:1

A3

HOJA 7 DE 17

7

5 4 8

DETALLE E ESCALA 1 : 5

DETALLE A ESCALA 1 : 2

0 2 1

DETALLE F ESCALA 1 : 2

A

A

A

3

B

0 5 5

6

N.º DE ELEMENTO 1

N.º DE PIEZA P-550

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

PERFIL TIPO B 550

14

9

7

5 4 8

DETALLE E ESCALA 1 : 5

DETALLE A ESCALA 1 : 2

0 2 1

DETALLE F ESCALA 1 : 2

A

A

A

3

0 5 5

B

6

N.º DE ELEMENTO VISTA B 2

F E

P-550

PERFIL TIPO B 550

14

P-800

PERFIL TIPO B 800

4

D-530

PERFIL TIPO B 20x40 530

1

4

C-S01

ESQUINA

8

5

C-S02

ANGULO 40 x 40

10

6

C-S03

PLACA CONECTORA L

2

7

C-S04

PLACA CONECTORA T TORNILLO M4 x8 TORNILLO M4 x 8

60

9

C-A06 C-A07

1 SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM

20 6

0 6 2

NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

5

4

24

ESTRUCTURA ITERNA 01-S-001-005

ESCALA:1:10

HOJA 8 DE 17

40 6

6

0 6 2

L L

TÍTULO:

PROYECTO

SECCIÓN A-A

CANTIDAD

2

8


DESCRIPCIÓN

1

3 0 5 1

N.º DE PIEZA

REFERENCIA P-550 P-800 P-400 P-080 P-310 P-350 p-040

PERFIL TIPO B 20 x20 L 550 800 400 80 310 350 40

CANTIDAD 14 4 1 2 3 2 2

A3

20 6

40 6

0 6 2

6

0 6 2

L L

PERFIL TIPO B 20 x 20

PERFIL TIPO B 40 x 20

REFERENCIA P-550 P-800 P-400 P-080 P-310 P-350 p-040

PERFIL TIPO B 20 x20 L 550 800 400 80 310 350 40

CANTIDAD 14 4 1 2 3 2 2

REFERENCIA D-530

PERIL TIPO B 40 x20 L 530

CANTIDAD 1

TÍTULO:

PROYECTO



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

3

ESCALA:1:1

CORTES DE BARRAS 01-S-101-005 HOJA 9 DE 17

MOTOR EXTRUSOR 1

MOTOR EXTRUSOR 0

RAMPS

HOT END 0

THERMISTOR 0

RAMPS

HOT END 1

THERMISTOR 1

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

A3

MOTOR EXTRUSOR 1

MOTOR EXTRUSOR 0

RAMPS

HOT END 0

HOT END 1

THERMISTOR 0

THERMISTOR 1

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

RAMPS

MOTOR Z

MOTOR Y

MOTOR X

FUENTE DE ALIMENTACIÓN SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM


18


FIRMA

NOMBRE DIBUJ.

N.º DE DIBUJO

SFV

APROB.

JPG

5

REVISIÓN

ESCALA: N/A

HOJA 10 DE 17

18

3 R

B1

3 1

R 3

B4

Y B

A1

Y

FECHA

MRS

VERIF.

DISPOSICIÓN DE EQ. ELECTRÓNICOS A3 01-T-001-001

TÍTULO:

PROYECTO

B2

B3

A2

A1

B1

B2

A2 4 2

5 4

A

A

0 B

X

0

0 0

X

0 1

0 1

SECCIÓN A-A

SECCIÓN B-B

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

TAMAÑO

A1

9

13

6,60 POR TODO

A2

69

13

6,60 POR TODO

B1

9

35

6 POR TODO

29

13

6 POR TODO

B2

78

78

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

9

12

6,60 POR TODO

TAMAÑO

A2

69

12

6,60 POR TODO

B1

29

12

6 POR TODO

B2

49

12

6 POR TODO

18

18

3 R

B1

3 1

R 3

B4

Y B

A1

Y

B2

A2

B3

A1

B1

B2

A2 4 2

5 4

A

A

0 B

X

0

0 0

X

0 1

0 1

SECCIÓN A-A

SECCIÓN B-B

RÓTULO

78

78

UBIC X

UBIC Y

TAMAÑO

A1

9

13

6,60 POR TODO

A2

69

13

6,60 POR TODO

B1

9

35

6 POR TODO

B2

29

13

6 POR TODO

B3

49

13

6 POR TODO

B4

69

35

6 POR TODO

RÓTULO

UBIC X

UBIC Y

A1

9

12

6,60 POR TODO

A2

69

12

6,60 POR TODO

B1

29

12

6 POR TODO

B2

49

12

6 POR TODO

REFERENCIA: G-111

TAMAÑO

REFERENCIA: G-121

TÍTULO:

PROYECTO



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG


FIRMA

FECHA

N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

2 1

0 8

3 20

400

20

0 2

4

2

ESCALA:1:1

ACOPLES EJE Z 01-G-101-005 HOJA 11 DE 17

A3

2 1

0 8

3 20

400

20

0 2

4

N.º DE ELEMENTO

N.º DE PIEZA

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

PERFIL TIPO B 400

1

P-080

PERFIL TIPO B 80

2

C-A09 C-A07

ANGULO 20 X 20 TORNILLO M4 x 6

4

1

P-400

2 3 4

TÍTULO:

PROYECTO



FIRMA

NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

3

8

DOBLE T 01-G-102-005

ESCALA:1:2

A3

HOJA 12 DE 17

5 11 13

15

10

3 2

14

DETALLE C ESCALA 2 : 5


8

12

N.º DE ELEMENTO

10

6

4

9

1

1

01-B-102-001

2

C-B01

3

P-310

4

C-B07

5

P-350

6

P-040

7

C-S01

8

C-S03

7 A

B

N.º DE PIEZA

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

PERFIL T 20mm

4

PLANCHA ALUMINIO 327 x 327 x 3 (VER NOTA 7)

1

PERFIL TIPO B 310 PLANCHA ABS 310 x310 x 5 (VER NOTA 8) PERFIL TIPO B 350 PERFIL TIPO B 40 ESQUINA PLACA CONECTORA L

2 1 1 2 2 4

5 11 13

15

10

3 2

14

DETALLE C ESCALA 2 : 5


8

12

N.º DE ELEMENTO

10

6

4

9

N.º DE PIEZA

1

01-B-102-001

2

C-B01

3

P-310

4

C-B07

5

P-350

6

P-040

7

C-S01

B 1

8

C-S03

9

C-B02

10

C-S04

11

C-B03

13 14 15

C

PERFIL T 20mm

4

PLANCHA ALUMINIO 327 x 327 x 3 (VER NOTA 7)

1

2

TORNILLO M4 x 8 TORNILLO M3 x 30

37

C-B04 c-B05

TUERCA M3

1

C-B06

MUELLE 20mm

3

AGUJERO

C-A08

12

4

CANTIDAD

PERFIL TIPO B 310 PLANCHA ABS 310 x310 x 5 (VER NOTA 8) PERFIL TIPO B 350 PERFIL TIPO B 40 ESQUINA PLACA CONECTORA L ANGULO 20 x 20 PLACA CONECTORA T PLACA CONECTORA L CON

7 A

DESCRIPCIÓN

TÍTULO:

PROYECTO

SECCIÓN A-A


A SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

6

ESCALA:1:5

1 1 2 2 4 1 1 2

3

CONJUNTO BANDEJA 01-B-001-006 HOJA 13 DE 17

A3



NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

4

9

° 5 4

3 M

8 5

1 2

5 8 5 1 2 9

BANDEJA. VISTAEXPLOSIONADA

TÍTULO:

PROYECTO

6

ESCALA:1:2

01-B-002-006 HOJA 14 DE 17

A3

4

9

° 5 4

3 M

8 5

1 2

5 8 5 1 2 9

25

21

9

58



NOMBRE

0 5 3

° 4 5

DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA

PLACA CONECTORA L CON AGUJERO

TÍTULO:

PROYECTO


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

1

ESCALA:2:1

01-B-101-001 HOJA 15 DE 17

A3

0 5 3

° 4 5

20

3

0 2

TÍTULO:

PROYECTO

3


SI NO SE INDICA LO CONTRARIO: LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM NOMBRE DIBUJ.

MRS

VERIF.

SFV

APROB.

JPG

FIRMA


N.º DE DIBUJO

REVISIÓN

1

PERFIL T 20 mm 01-B-102-001

ESCALA:2:1

HOJA 15 DE 17

NOTAS

LA CODIFICACIÓN SEGUIDA EN LOS PLANOS SE CORRESPONDE A LOS SIGUIENTES ESQUEMAS: 1.

PIEZAS PROPIAS DEL PROYECTO :

AA-B-CCC-DDD AA: NÚMERO DE PROYECTO B: CONJUNTO (E=EXTRUSOR, S=ESTRUCTURA, G=GUÍAS, B=BANDEJA) CCC: NUMERO DE PLANO. SI LA PRIMERA CIFRA ES UN 0 CORRESPONDE A UN CO NJUNTO. SI ES UNA CIFRA DISTINTA DE 0 SE TRATA DE UNA PIEZA CORRESPONDIENTE A TAL CONJUNTO. DDD: REVISIÓN. FUERA DE LA DOCUMENTACIÓN DE LOS PLANOS SE HARÁ REFERENCIA A LAS PIEZAS BAJO LA REFERENCIA B-CCC

COMPONENTES :

A-BCC A: LETRA QUE DIFERENCIA ENTRE COMPONENTE GENÉRICO (C) Y CORTE DE VIGA(P PARA20x20 Y D PARA 40x20) B: LETRA QUE INDICAEL CONJUNTO (E=EXTRUSOR, S=ESTRUCTURA, G=GUÍAS, B=BANDEJA A=TODOS) CC: NUMERO DE COMPONENTE.

A3

Impresora 3D

Recommend Documents