UNIVERSIDAD DE JAÉN ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE LINARES

Trabajo Fin de Grado

______

Alumno: Rubén Molina Rojas Tutor: Prof. D. Bartolomé Carrasco Hurtado Cotutor: Prof. D. César Álvarez Arroyo Depto.: Ingeniería Gráfica, Diseño y Proyectos

Septiembre, 2019

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DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA

IMPRESORA 3D Y ADAPTACIÓN A

UNA IMPRESORA 3D DE

CHOCOLATE

Universidad de Jaén

Escuela Politécnica Superior de Linares

Departamento de Ingeniería Gráfica, Diseño y Proyectos

Don Bartolomé Carrasco Hurtado, tutor del Proyecto Fin de Carrera titulado: Diseño y

fabricación de una impresora 3D y adaptación a una impresora 3D de chocolate, que pre-

senta Don Rubén Molina Rojas, autoriza su presentación para defensa y evaluación en la

Escuela Politécnica Superior de Linares.

Linares, septiembre de 2019

El alumno: El tutor: El co-tutor:

Rubén Molina Rojas

26504801-S

RESUMEN

Este Estudio Técnico consiste en el diseño de una impresora 3D de polímeros

RepRap, cuyo diseño de los modelos CAD de las piezas para su fabricación mediante tec-

nología de impresión 3D FDM han sido realizados con el software SolidWorks y llevados

a plano mediante el software AutoCAD.

El estudio muestra la inviabilidad del diseño de la impresora 3D de polímeros, mos-

trando las dificultades debidas a sobrecostos de los materiales, principalmente por los no

estandarizados. Por otro lado se deja ver el diseño de la adaptación de la impresora diseña-

da para que la misma pudiera, en estudios posteriores, imprimir otro material, en este caso:

chocolate.

Previamente a indicar los procesos que se han seguido para el diseño de la impreso-

ra 3D de polímeros, se exponen conceptos básicos en los que se ha basado el Trabajo Fin

de Grado en el capítulo Introducción. Así mismo, en el siguiente capítulo, se expondrán los

Objetivos que se persiguen en este Estudio Técnico.

El Trabajo Fin de Grado se desarrolla indicando los Materiales y Métodos emplea-

dos para el diseño de la impresora 3D y la adaptación del extrusor de chocolate. En este

capítulo podrán observarse las metodologías empleadas para llevar a cabo el diseño de la

impresora, así como los componentes que forman la misma.

En las conclusiones se hará un análisis del Trabajo Fin de Grado.

En el capítulo Referencias Bibliográficas se podrán observar los documentos sobre

los que se han basado algunas actuaciones del presente Estudio Técnico y la información

referente al mismo.

Finalmente se podrán observar los Presupuestos y las Mediciones en los Anexos del

Estudio Técnico, así como los procedimientos de manejo y mantenimiento de la impresora

y recomendaciones de seguridad y uso. Los planos podrán observarse los documentos ane-

xados al final de este Estudio Técnico.

ABSTRACT

This Technical Study consists of the design of a RepRap 3D polymer printer, whose

design of the CAD models of the parts for manufacturing by 3D FDM printing technology

have been carried out with the SolidWorks software and taken to the plane by AutoCAD.

The study shows the infeasibility of the design of the 3D polymer printer, showing

the difficulties due to cost overruns of the materials, mainly due to the non-standardized

ones. On the other hand, we can see the design of the adaptation of the printer designed so

that it could, in later studies, print another material, in this case: chocolate.

Prior to indicating the processes that have been followed for the design of the 3D

polymer printer, basic concepts on which the Final Degree Project has been presented in

the Introduction chapter. Likewise, in the next chapter, the Objectives pursued in this

Technical Study will be presented.

The Final Degree Project is developed indicating the Materials and Methods used

for the design of the 3D printer and the adaptation of the chocolate extruder. In this chapter

it is possible to observe the methodologies used to carry out the design of the printer, as

well as the components that form it.

En el capítulo Discusión se expondrán las reflexiones por parte del alumno de la

metodología que ha sido llevada a cabo en el Estudio Técnico así como modificaciones

futuribles del proyecto. En las conclusiones se hará un análisis del Trabajo Fin de Grado.

In the conclusions an analysis of the Final Degree Project will be made.

In the Bibliographic References chapter you can see the documents on which some

actions of this Technical Study have been based and the information related to it.

Finally, it will be possible to observe the Budgets and Measurements in the Annex-

es of the Technical Study, as well as the procedures for handling and maintenance of the

printer and recommendations for safety and use. The Drawings may be observed docu-

ments attached at the end of this Technical Study.

ÍNDICE:

1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1

1.1. Motivación .................................................................................................................. 1

1.2. Antecedentes de la impresión ..................................................................................... 2

1.3. Fabricación aditiva ..................................................................................................... 4

1.3.1. Estereolitografía (SLA) ....................................................................................... 4

1.3.2. DLP (Digital Light Processing) ........................................................................... 5

1.3.3. FDM (Fused Deposition Modelling) ................................................................... 6

1.3.4. PBF (Power Bed Fusion) ..................................................................................... 6

1.3.5. Laminated Object Manufacturing (LOM) ........................................................... 9

1.3.6. Binder Jetting (BJ) ............................................................................................. 10

1.3.7. Material Jetting (MJ) ......................................................................................... 11

1.4. Ventajas y desventajas de la fabricación aditiva ...................................................... 11

1.5. Aplicaciones ............................................................................................................. 12

1.6. Materiales de impresión ........................................................................................... 13

1.6.1. Polímeros para FDM ......................................................................................... 13

1.6.2. El chocolate ....................................................................................................... 14

1.6.3. Otros materiales empleados ............................................................................... 17

1.7. La impresora 3D ....................................................................................................... 21

1.7.1. Estructura de una impresora 3D ........................................................................ 21

1.7.2. Componentes electrónicos de una impresora 3D .............................................. 22

1.7.3. Variables a tener en cuenta de una impresora 3D ............................................. 24

1.8. Alcance de la impresión 3D...................................................................................... 26

2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 29

2.1. Emprendimiento ....................................................................................................... 30

2.2. Coste reducido .......................................................................................................... 31

2.3. Imprimir dos materiales distintos ............................................................................. 31

2.4. Aprender nuevos softwares ...................................................................................... 31

3. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................................ 32

3.1. Materiales ................................................................................................................. 32

3.1.1. Acero inoxidable................................................................................................ 32

3.1.2. Aluminio 1060 ................................................................................................... 33

3.1.3. ABS ................................................................................................................... 33

3.1.4. Piezas estándar ................................................................................................... 34

3.1.5. Piezas diseñadas o mecanizadas: ....................................................................... 42

3.2. Métodos .................................................................................................................... 56

4. IMPRESORA 3D DE POLÍMEROS Y ADAPTACIÓN DEL EXTRUSOR DE

CHOCOLATE ..................................................................................................................... 59

4.1. Despliegue de la función de calidad QFD ................................................................ 59

4.1.1. Lista de los QUÉ ............................................................................................... 59

4.1.2. Análisis de los QUÉ .......................................................................................... 60

4.1.3. Lista de los CÓMO ............................................................................................ 60

4.1.4. Análisis conjunto ............................................................................................... 62

4.2. Descripción del conjunto de la impresora 3D de polímeros ..................................... 62

4.2.1. Bastidor .............................................................................................................. 63

4.2.2. Conjuntos de los ejes X e Y .............................................................................. 65

4.2.3. Elementos del extrusor ...................................................................................... 65

4.2.4. Eje Z – Estructura de doble tijera ...................................................................... 66

4.2.5. Tapa superior y soporte del material ................................................................. 67

4.2.6. Puerta ................................................................................................................. 67

4.2.7. Otros elementos y componentes electrónicos. ................................................... 68

4.3. Descripción del conjunto extrusor de chocolate ....................................................... 68

4.3. Proceso de montaje ................................................................................................... 69

4.3.1. Proceso de montaje de la impresora 3D de polímeros....................................... 69

4.3.2. Proceso de montaje del extrusor de chocolate ................................................... 88

5. MEDICIONES Y PRESUPUESTO ................................................................................ 92

5.1. Mediciones ............................................................................................................... 92

5.1.1. Piezas diseñadas ................................................................................................ 92

5.1.2. Piezas estándar ................................................................................................. 105

5.1.3. Tiempos de montaje......................................................................................... 111

5.1.4. Masa total de la impresora 3D ......................................................................... 111

5.1.5. Tiempo total de montaje y fabricación de la impresora 3D ............................ 112

5.2. Presupuesto ............................................................................................................. 113

5.2.1. Introducción ..................................................................................................... 113

5.2.2. Coste de piezas estándar .................................................................................. 113

5.2.3. Coste de piezas diseñadas ................................................................................ 120

5.2.4. Resumen de presupuestos ................................................................................ 132

6. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 133

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 134

ANEXO I: Manejo de la impresora ................................................................................... 138

Preparación inicial de la impresora ............................................................................... 138

Impresión ....................................................................................................................... 138

Retirada del modelo ....................................................................................................... 139

Opciones de impresión .................................................................................................. 140

ANEXO II: Mantenimiento de la impresora ..................................................................... 143

Cambio de material ........................................................................................................ 143

Limpieza del extrusor .................................................................................................... 143

Lubricación de los rodamientos ..................................................................................... 144

Recambio de piezas desgastadas ................................................................................... 144

ANEXO III: Recomendaciones de seguridad .................................................................... 145

ANEXO IV: Normativa ..................................................................................................... 146

Normativa de obligado cumplimiento ........................................................................... 146

Normativa de no obligado cumplimiento ...................................................................... 147

Cuestiones jurídicas relacionadas con la Propiedad Intelectual ................................ 147

Cuestiones jurídicas conflictivas en el ámbito de la propiedad industrial ................. 147

Derechos de imagen................................................................................................... 148

Ilegalidades ................................................................................................................ 148

ANEXO V: PLANOS ........................................................................................................ 149

ÍNDICE DE FIGURAS:

Figura 1. Pieza tras proceso de estereolitografía. .................................................................. 5

Figura 2. Procesado digital de luz. ........................................................................................ 5

Figura 3. Deposición del fundido. ......................................................................................... 6

Figura 4. Esquema del EBM. ................................................................................................ 7

Figura 5. Proceso de fusión selectiva por láser. .................................................................... 7

Figura 6. Proceso de sinterizado selectivo por láser. ............................................................. 8

Figura 7. Sinterizado selectivo por calor. .............................................................................. 9

Figura 8. Esquema de funcionamiento del sinterizado directo de metal por láser. ............... 9

Figura 9. Fabricación por laminado de objetos. .................................................................. 10

Figura 10. Proceso de fabricación aditiva por inyección de aglutinante. ............................ 10

Figura 11. Moldeo a la cera perdida. ................................................................................... 11

Figura 12. Impresión 3D de chocolate. ............................................................................... 17

Figura 13. Impresión 3D de hormigón. ............................................................................... 18

Figura 14. Fabricación aditiva de materiales cerámicos. .................................................... 18

Figura 15. Impresora 3D de pasta. ....................................................................................... 19

Figura 16. Células madre impresas. .................................................................................... 19

Figura 17. Tejidos desarrollados por tecnología de impresión 3D. ..................................... 20

Figura 18. Impresión 3D de metales. ................................................................................... 20

Figura 19. Proyectos artísticos con impresión 3D. .............................................................. 26

Figura 20. Maquetas de arquitectura mediante impresión 3D. ............................................ 27

Figura 21. Aplicación de la impresión 3D a avances médicos. ........................................... 27

Figura 22. Impresión 3D de comida para cocina selecta. .................................................... 28

Figura 23. Prototipos y diseños de bajo coste impresos en 3D. .......................................... 28

Figura 24. Formato de impresora 3D barata. ....................................................................... 56

Figura 25. Formato cúbico de impresora 3D. ...................................................................... 57

Figura 26. Resultado final del diseño de la impresora 3D de polímeros. ............................ 62

Figura 27. Despiece 1 de elementos empleados en el bastidor. .......................................... 64

Figura 28. Conjuntos de los ejes X e Y y elementos de unión del extrusor a los ejes. ....... 65

Figura 29. Elementos que componen el extrusor de la impresora 3D. ................................ 66

Figura 30. Eje Z - Mecanismo de doble tijera. .................................................................... 66

Figura 31. Conjunto tapa - soporte de material. .................................................................. 67

Figura 32. Conjunto de la puerta abatible de la impresora. ................................................. 67

Figura 33. Extrusor de chocolate. ........................................................................................ 68

Figura 34. Paso 1. ................................................................................................................ 69

Figura 35. Paso 2. ................................................................................................................ 70

Figura 36. Paso 3. ................................................................................................................ 70

Figura 37. Paso 4. ................................................................................................................ 71

Figura 38. Paso 5. ................................................................................................................ 71

Figura 39. Paso 6. ................................................................................................................ 72

Figura 40. Paso 7. ................................................................................................................ 72

Figura 41. Paso 8. ................................................................................................................ 73

Figura 42. Paso 9. ................................................................................................................ 73

Figura 43. Paso 10. .............................................................................................................. 74

Figura 44. Paso 11. .............................................................................................................. 75

Figura 45. Paso 12. .............................................................................................................. 75

Figura 46. Paso 13. .............................................................................................................. 76

Figura 47. Paso 14. .............................................................................................................. 76

Figura 48. Paso 15. .............................................................................................................. 77

Figura 49. Paso 16. .............................................................................................................. 77

Figura 50. Paso 17. .............................................................................................................. 78

Figura 51. Paso 18. .............................................................................................................. 78

Figura 52. Paso 19. .............................................................................................................. 79

Figura 53. Paso 20. .............................................................................................................. 79

Figura 54. Paso 21. .............................................................................................................. 80

Figura 55. Paso 22 A. .......................................................................................................... 80

Figura 56. Paso 22 B. .......................................................................................................... 81

Figura 57. Paso 23. .............................................................................................................. 81

Figura 58. Paso 24. .............................................................................................................. 82

Figura 59. Paso 25. .............................................................................................................. 82

Figura 60. Paso 26. .............................................................................................................. 83

Figura 61. Paso 27. .............................................................................................................. 83

Figura 62. Paso 28. .............................................................................................................. 84

Figura 63. Paso 29. .............................................................................................................. 84

Figura 64. Paso 30. .............................................................................................................. 85

Figura 65. Paso 31. .............................................................................................................. 85

Figura 66. Paso 32. .............................................................................................................. 85

Figura 67. Paso 33. .............................................................................................................. 86

Figura 68. Paso 34. .............................................................................................................. 86

Figura 69. Paso 35. .............................................................................................................. 87

Figura 70. Paso 36. .............................................................................................................. 87

Figura 71. Paso 37. Impresora 3D de polímeros montada................................................... 88

Figura 72. Unión de los contenedores de agua y chocolate. ............................................... 88

Figura 73. Unión de la boquilla del extrusor a los contenedores. ....................................... 89

Figura 74. Inserción de la tapa de presión al contenedor de chocolate. .............................. 89

Figura 75. Recubrimiento de los contenedores y tapa. ........................................................ 90

Figura 76. Colocación del motor NEMA 17. ...................................................................... 90

Figura 77. Colocación de la rueda dentada a la varilla roscada. ......................................... 91

Figura 78. Colocación de la rueda dentada de aplicación del par al motor NEMA. ........... 91

ÍNDICE DE TABLAS:

Tabla 1. Ventajas y desventajas de la fabricación aditiva. .................................................. 12

Tabla 2. Temperaturas de los tratamiento térmicos del chocolate. ..................................... 16

Tabla 3. Propiedades del acero inoxidable. ......................................................................... 33

Tabla 4. Propiedades mecánicas del Aluminio 1060. .......................................................... 33

Tabla 5. Propiedades del ABS. ............................................................................................ 34

Tabla 6. Piezas estándar que integran el Estudio Técnico. .................................................. 42

Tabla 7. Componentes que integran el Estudio Técnico y han sido diseñadas en este

trabajo. ................................................................................................................................. 56

Tabla 8. Mediciones de las piezas diseñadas. .................................................................... 104

Tabla 9. Mediciones de las piezas estándar. ...................................................................... 111

Tabla 10. Tiempos totales de montaje. .............................................................................. 111

Tabla 11. Masa total de la impresora 3D. .......................................................................... 111

Tabla 12. Tiempo total de montaje de la impresora 3D y el extrusor de chocolate. ......... 112

Tabla 13. Presupuesto de las piezas estándar de la impresora 3D y extrusor de chocolate.

........................................................................................................................................... 119

Tabla 14. Costes de las piezas diseñadas de la impresora 3D y del extrusor de chocolate.

........................................................................................................................................... 131

Tabla 15. Desglose de los presupuestos. ........................................................................... 132

ÍNDICE DE GRÁFICAS:

Gráfica 1. Importancia de los QUÉ. .................................................................................... 60

Gráfica 2. Componentes del precio de la impresión 3D en empresas dedicadas a ello. ... 120

MEMORIA

1

1. INTRODUCCIÓN

La realización del diseño y fabricación del presente Estudio Técnico parte de la

idea inicial de diseñar y desarrollar un producto que pueda resultar atractivo a un determi-

nado sector del público al que pudiera ir dirigido.

Con el objetivo de aportar un valor añadido al producto a diseñar, la idea inicial:

“Diseñar una impresora 3D barata con la que se pudiera dar lugar al emprendimiento del

alumno” se fue adaptando, según las necesidades que el alumno interpretó como necesa-

rias, por lo que finalmente se decidió incluir la fabricación de la Impresora 3D dentro del

TFG, quedando la idea final en “Diseño y fabricación de una impresora 3D”.

Estudiando la posible viabilidad de venta de la impresora en el mercado más pró-

ximo, y realizando un estudio de las impresoras 3D que hay a la venta, se comprueba que

la idea podría no tener salida a menos que presentase un factor diferenciador. En este caso,

se condensa la idea de la adaptación de la impresora 3D de polímeros a una impresora 3D

de chocolate, lo que nos permitiría obtener una doble funcionalidad para la impresora 3D

y, a la vez, abrir nuevos mercados de consumo.

1.1. Motivación

El factor motivador para la realización del Trabajo Fin de Grado expuesto a continua-

ción brota de los siguientes aspectos:

Perfil diseñador: el proyecto consta, en su mayor parte, del diseño integral de

la impresora 3D y de las partes no normalizadas de la misma. Lo cual precisará

que el proyectista se encargue de realizar los diseños oportunos, las dimensio-

nes, localizaciones y ensamblajes de cada una de las piezas de la impresora.

Adquisición de conocimientos: el siguiente Trabajo Fin de Grado abarca casi

al completo todas las asignaturas del Grado en Ingeniería Mecánica, en aspectos

más relevantes que otros, pero siempre referidos al grado y sus contenidos. En

cambio, para llevar a cabo su diseño, se utilizará el software de diseño

SolidWorks, siendo preciso para ello que el alumno adquiera de forma indepen-

2

diente los conocimientos suficientes para manejar este software. Por otro lado,

se programará en Arduino, y será necesario la adquisición de conocimientos de

electrónica aplicados a sus funcionalidades. Para ejecutar la impresora 3D, una

vez se haya diseñado y fabricado la misma, será necesario adquirir conocimien-

tos del software Cura.

Auge de la Impresión 3D: el diseño de impresoras 3D y de los materiales que

se utilizan, además de los distintos procesos que se pueden llevar a cabo, está en

continuo crecimiento e innovación, siendo un mercado muy versátil.

Emprendimiento: si el Trabajo Fin de Grado terminase cumpliendo las expec-

tativas, el alumno trataría de emprender con esta idea y realizar su desarrollo,

optimización e innovación.

1.2. Antecedentes de la impresión

Antes de explicar lo que es la impresión 3D, es necesario remontarse siglos atrás

para buscar el motivo por el que nace lo que sería esta idea en la actualidad.

Se conoce de la existencia de pinturas rupestres y esculturas realizadas en la prehis-

toria. Estas representaciones del arte prehistórico nacían de la necesidad de plasmar lo que

nuestros ancestros consideraban vital y para mostrar sus méritos como cazadores frente a

otros miembros de sus comunas, o para representar deidades. Este arte nace de la necesidad

de transmitir, sin contar con un lenguaje escrito.

Hasta hace 3000 años no se recogen datos testimoniales por escrito en occidente. Es

en este momento cuando nace la escritura. Los humanos comienzan a transmitir sus ideas

por escrito, de tal forma que pueda quedar recogida una parte de su conocimiento. La es-

cultura evoluciona de igual forma. Durante los sucesivos siglos se desarrollan centenares

de nuevas lenguas, hasta alcanzar los más de 7000 idiomas de la actualidad. Pero para re-

conocer una lengua como tal, es necesario que haya registros de la misma en el pasado.

La escritura se recoge por primera vez en grabados en rocas (escritura rupestre), lo

que precisaba de la transmisión de ideas mediante dibujos (jeroglíficos). Pero conforme fue

evolucionando el material sobre el que se escribía, la escritura se fue desarrollando. La

evolución fue significativa, al pasar de escribir en roca a escribir en pieles de animal o en

3

papiros. Esto impulsó la creación de la tinta, que en un primer lugar constaba de sangre y

secreciones de animales, y otros materiales de fácil acceso.

Siglos después se habría normalizado la escritura sobre páginas de papel. Los dis-

tintos tipos de tintas y pigmentos empleados en el arte se habían desarrollado. La necesidad

de escribir más rápido para vender más se plasmó en la idea de la imprenta de Gutenberg.

Hacia el año 1440, este orfebre desarrolló la imprenta con tipos móviles de metal (es decir,

con la posibilidad de intercambiar letras de posición), imprimiéndose por primera vez la

Biblia, y suponiendo un enorme desarrollo para la industria literaria.

No será hasta el año 1886 que Ottmar Mergenthaler cree la linotipia, una máquina

que mecanizaba el proceso de composición de un texto para ser impreso de forma rápida y

secuencial de periódicos, revistas y carteles. Este modelo de imprenta se extiende hasta

mediados de la década de 1960, donde empieza a implantarse la imprenta electrónica, con

nuevos recursos más económicos como la fotocopia y la duplicación electrostática.

Posteriormente nace la imprenta digital, consiguiendo una optimización de los pro-

cesos de impresión y evitando tener que realizar tiradas largas para conseguir una rentabi-

lidad en la impresión.

De igual modo que evolucionó la imprenta, consiguiendo realizar copias de manus-

critos y largas tiradas en poco tiempo, a lo largo de los siglos también se fueron desarro-

llando otras formas de arte, como la escultura y la pintura. Uno de los objetivos últimos de

la pintura, retratar una realidad sobre una superficie inerte, evolucionó hasta la aparición de

la fotografía. Son conocidos los registros en la edad media de la utilización de la xilografía

para realizar grabados de imágenes utilizando matrices de madera.

Pero en lo que respecta a la impresión 3D, habría que preguntarse cuál es la necesi-

dad de la que parte. Uno de los aspectos que se ha enunciado en sucesivas ocasiones ha

sido la escultura. La RAE define la escultura como “Arte y técnica de representar objetos o

crear figuras en tres dimensiones trabajando o labrando un material, como barro, piedra,

madera o bronce.”. Pero más allá de la motivación generada por el deseo de representar

arte en tres dimensiones, nacen con la industria otras necesidades más específicas: la crea-

ción de piezas a medida, moldes y modelos.

La evolución de la industria del moldeo llega hasta el moldeo por inyección, en la

década de 1870, que continúa evolucionando hasta 1928. Mediante el moldeo por inyec-

ción se conseguía obtener una producción de piezas elevada a menor coste y en menor

4

tiempo. Pero el coste de producción de los moldes sigue siendo un inconveniente, más aún

cuando no se conocía el resultado final de la inyección debido a las contracciones del ma-

terial. Es aquí donde nace la necesidad de realizar modelos baratos en tres dimensiones con

los que se puedan generar moldes a menor precio, o incluso que no sea necesario realizar

moldes para tiradas cortas.

Aunque es en 1981 cuando el japonés Hideo Kodama desarrolla la estereolitografía,

no es hasta el 11 de marzo 1986 que Chuck Hull obtiene la patente US 4.575.330 ante la

USPTO (Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos) con la estereolitografía median-

te archivos STL, como un método y equipo para realizar objetos sólidos mediante impre-

sión sucesiva de finas capas de un material que cura mediante luz ultravioleta. La estereoli-

tografía se trata del primer método de impresión 3D, que precede a la actual impresión 3D.

Años después, tras el desarrollo de numerosos modelos de impresoras 3D, se consi-

guen abaratar los costes de estas impresoras e implementar distintos procesos de impresión

3D. El proceso más extendido y de menor coste de producción es el de la extrusión de po-

límeros mediante el modelado por deposición del fundido.

1.3. Fabricación aditiva

Antes de definir la impresión 3D, sería necesario hacer alusión a la fabricación adi-

tiva, término que se utiliza equívocamente como sinónimo de la impresión 3D. La fabrica-

ción aditiva es el conjunto de técnicas de fabricación por adición de material empleadas

con el objetivo de fabricar componentes completos y complejos de larga duración. En

cambio la impresión 3D hace referencia a la adición de un material mediante capas con la

finalidad de obtener un prototipo rápido, pudiendo realizar con ello modelos y piezas fina-

les rápidas pero de limitada aplicación.

Dentro de los procesos de fabricación aditiva podemos distinguir en la actualidad

los siguientes:

1.3.1. Estereolitografía (SLA)

El proceso consiste en el curado de un material líquido (resina) fotosensible me-

diante un haz de luz UV (láser). Tras esto, es preciso someter a un baño químico la pieza,

5

eliminando con ello el exceso de material aportado. El proceso se puede observar en la

Figura 1.

Figura 1. Pieza tras proceso de estereolitografía.

1.3.2. DLP (Digital Light Processing)

El procesado digital de luz es un proceso de fabricación aditiva que únicamente se

diferencia de la estereolitografía por la fuente luminosa que endurece la resina (tal y como

se observa en la Figura 2). El dispositivo empleado es un proyector especial, utilizando una

red eléctrica de microespejos controlados por ordenador, y dispuestos en un molde sobre

un chip semiconductor. Dichos microespejos se inclinan para reflejar la luz a modo de pí-

xeles, consiguiendo un acabado excelente.

Figura 2. Procesado digital de luz.

6

1.3.3. FDM (Fused Deposition Modelling)

El modelado por deposición del fundido es el proceso de fabricación aditiva más

conocido en la actualidad y es el que se relaciona con el término “Impresión 3D”. Consiste

en la elevación del material polimérico en forma de hilo hasta una temperatura inmediata-

mente superior a la temperatura de transición vítrea, consiguiendo con ello una enorme

elasticidad y maleabilidad del mismo. Tras esto, se deposita en forma de láminas, generan-

do con ello diversas capas de material (como se observa en la Figura 3). Puesto que presen-

ta una limitación en el ángulo de inclinación del material depositado, este no debería so-

brepasar los 45º (aunque puede trabajarse con ángulos mayores, existiendo riesgo de que

no se deposite correctamente la lámina), es por ello que suele utilizarse un material com-

plementario para generar estructuras de soporte.

Figura 3. Deposición del fundido.

1.3.4. PBF (Power Bed Fusion)

La PBF, o Fusión de lecho de polvo, es el proceso de fabricación aditiva mediante

el cual se aplica una fuente de energía térmica con la finalidad de fundir diversas capas de

polvo de un material. Este proceso se subdivide a su vez en otros cinco:

1.3.4.1. EBM (Electron Beam Melting)

Este proceso consiste en la fusión de un polvo metálico en vacío, con la finalidad de

evitar porosidades y defectos, mediante la aplicación de un haz de electrones. En primer

lugar se distribuye uniformemente una capa de polvo de metal por la cámara de impresión

mediante un rodillo automatizado. Se eleva la temperatura hasta una temperatura previa a

la de fusión, aplicándose inmediatamente el haz de electrones, fundiendo una sección tras-

7

versal del objeto (podrían realizarse simultáneamente varios objetos con este tipo de proce-

so). El proceso se repite hasta que el objeto se ha fabricado por completo. Se retira el exce-

so de material del objeto y se deja enfriar dentro de la cámara de impresión. Se podría lle-

var a cabo un postprocesado para la eliminación de tensiones residuales causadas por las

altas temperaturas de fusión. Los componentes de esta tecnología se pueden observar en la

Figura 4.

Figura 4. Esquema del EBM.

1.3.4.2. SLM (Selective Laser Melting)

El SLM, o Fusión selectiva por láser, es un proceso de fabricación aditiva muy si-

milar al EBM, ya que se aplica un haz de láser de alta potencia (generalmente de iterbio)

en lugar de un haz de electrones. La atmósfera de la cámara en la que se genera el objeto

está controlada de gas inerte. En la se observa el proceso de fusión selectiva por láser.

Figura 5. Proceso de fusión selectiva por láser.

8

1.3.4.3. SLS (Selective Laser Sintering)

EL SLS, o Sinterizado selectivo por láser, es un proceso de fabricación aditiva que

no se encuentra limitado por el origen del material, puesto que no se aplica únicamente a

materiales metálicos (permite aplicarse a polímeros y cerámicos).

Mediante la aplicación de un láser de CO2, se calienta el lecho de polvo hasta alcanzar una

temperatura próxima a la temperatura de fusión, consiguiendo fusionar las partículas del

polvo en una forma sólida por sinterizado sin la aplicación adicional de presión. Al igual

que en el EBM, tras el proceso se dejará enfriar y se retirará el material sobrante. En la

siguiente imagen se observa un esquema del proceso descrito.

Figura 6. Proceso de sinterizado selectivo por láser.

1.3.4.4. SHS (Selective Heat Sintering)

El SHS, o sinterizado selectivo por calor (Figura 7), es un proceso de fabricación

aditiva muy similar al SLS, con la notable diferencia que en lugar de emplear láser para

llevar a cabo el sinterizado del polvo se emplea un cabeza de impresión térmica para sinte-

rizar el material.

9

Figura 7. Sinterizado selectivo por calor.

1.3.4.5. DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

El DMLS, o Sinterizado directo de metal por láser (Figura 8), es un proceso de fa-

bricación que se puede llevar a cabo mediante deposición de polvo o por lecho de polvo. El

proceso de este último es el mismo que con el SLS, con la salvedad que la porosidad se

reduce del 30 hasta al 5% en el producto final. En la tecnología de la deposición de polvo,

el polvo metálico se encuentra depositado en una tolva en la que se funde el polvo, deposi-

tándose una fina capa sobre la plataforma de construcción.

Figura 8. Esquema de funcionamiento del sinterizado directo de metal por láser.

1.3.5. Laminated Object Manufacturing (LOM)

La fabricación mediante laminado de objetos (Figura 9), o LOM, es un proceso de

fabricación aditiva que se emplea principalmente en papel, plásticos o laminados metálicos

recubiertos con adhesivo, fundiéndose a baja temperatura y mediante la aplicación de pre-

10

sión, cortándose con láser o con una cuchilla, controlados por ordenador. Este proceso

puede requerir un post procesado. Su precisión es limitada debido a la presencia de los

adhesivos.

Figura 9. Fabricación por laminado de objetos.

1.3.6. Binder Jetting (BJ)

La inyección de aglutinante (Figura 10) es un proceso de fabricación aditiva que

emplea el polvo de un material (siendo el más común el yeso) y un aglutinante que une las

diferentes capas de polvo. El adhesivo se inyecta en forma líquida por un cabezal de im-

presión tal cual se realiza en una impresora de tinta convencional. Es posible imprimir ma-

teriales a color con esta tecnología.

Figura 10. Proceso de fabricación aditiva por inyección de aglutinante.

11

1.3.7. Material Jetting (MJ)

La inyección de material, o moldeo a la cera perdida (Figura 11), pese a ser una

tecnología ya existente antes de la evolución de la fabricación aditiva, esta ha evolucionado

hasta la MJ, que permite una fabricación más rápida del molde para el material al que se le

va a dar la forma del molde (siendo principalmente el aluminio). El proceso deberá ejecu-

tarse con la mayor celeridad posible para evitar el fundido de la cera antes de que el mate-

rial fundido adopte la forma del molde.

Figura 11. Moldeo a la cera perdida.

1.4. Ventajas y desventajas de la fabricación aditiva

En la Tabla 1 se enunciarán las principales ventajas y desventajas de la fabricación

aditiva:

VENTAJAS DESVENTAJAS

Prototipado rápido de elementos estructu-

rales y piezas de geometrías extrañas.

No todos los objetos fabricados son aptos

para su empleo.

Permite imprimir una amplia gama de

materiales existentes.

Se reducen las propiedades mecánicas de

los materiales debido a porosidades o ad-

hesiones incorrectas.

Industria joven con posibilidad de explo-

tar. Suele precisar postprocesado.

12

Reducción de costes en piezas cuya única

finalidad es la visualización de la misma.

Coste elevado en procesos que precisen el

empleo de mucha energía (láser, luz,…).

Accesible. Eliminación de puestos de empleo en

otros sectores.

Creación de réplicas. Uso inadecuado de la tecnología (como la

fabricación de armas).

Tabla 1. Ventajas y desventajas de la fabricación aditiva.

1.5. Aplicaciones

Conforme pasa el tiempo son más las aplicaciones que se consiguen para la tecnología

de la fabricación aditiva. A continuación se enunciarán las principales:

Ingeniería biomédica: el uso de la fabricación aditiva en este sector ha permitido

al usuario y demandante de una prótesis el diseño e impresión de la misma de for-

ma personalizada, ya se trate de una prótesis metálica o de cualquier otro material,

optimizándose la biocompatibilidad entre el paciente y la prótesis. Además ya se

trabaja en la impresión de células madre con las que se podrían regenerar o crear

nuevos órganos a partir de las células de un paciente enfermo.

Industria: la aplicación principal de la fabricación aditiva se ha basado en el sector

de la industria, para el que fue diseñada en un comienzo, con el fin de obtener pie-

zas de prototipado, de geometrías difíciles de mecanizar o inyectar, y la fabricación

de moldes. Así mismo se ha optimizado este proceso para conseguir con piezas fi-

nales. Su empleo se ha extendido entre la industria del automóvil y la aeronáutica

principalmente.

Desarrollo de juguetes: esta tecnología podría acabar con las principales empresas

del sector si no se actualizan, debido a que esta es accesible al público, que podría

imprimir e inclusive personalizar sus propios juguetes.

Ropa: en la actualidad se está desarrollando el proceso de fabricación de tejidos

imprimibles y sus respectivas impresoras. En el futuro tendremos acceso a la fabri-

cación de nuestras propias indumentarias, por lo que el sector textil deberá adelan-

tarse antes de verse afectado.

13

Construcción: en la actualidad ya se ha conseguido la construcción de edificios de

pequeñas dimensiones mediante el empleo de impresoras 3D de grandes dimensio-

nes. En Estados Unidos esta tecnología está avanzando a pasos agigantados. El em-

pleo de esta tecnología y de robots podría acabar con millones de puestos de em-

pleo en este sector.

Comida: las conocidas como “Impresoras de pasta” son las empleadas en la inyec-

ción de alimentos. Dentro de las mismas debería incluirse la impresora que va a

realizarse en este proyecto. La impresión de alimentos es, en general, muy costosa.

Armas: la fabricación de un arma mediante el empleo de la fabricación aditiva po-

dría reducir enormemente los costes de producción de un arma, pero debería tener-

se en cuenta que la vida útil de la misma se reduciría y que el acceso a las armas se-

ría más rápido y sencillo por usuarios que podrían no estar catalogados como aptos

para la manipulación de las mismas.

Educación: el empleo de la fabricación aditiva en la educación ayudará a com-

prender mejor diversas materias educativas al poder presenciar in-situ el alumnado

objetos en tres dimensiones sin que ello suponga un costo elevado a la entidad do-

cente.

1.6. Materiales de impresión

1.6.1. Polímeros para FDM

Los materiales más empleados en la actualidad para la impresión de objetos en 3D

son, principalmente, polímeros. Esto es debido a su facilidad de conformado para ser im-

presos en forma de hilo, bajo coste de producción, baja densidad y la temperatura de traba-

jo para su impresión.

De entre los más empleados, sobre todo para impresoras de bajo coste, podemos

destacar los siguientes:

1.6.1.1. PLA

El ácido poliláctico es un termoplástico biodegradable y normalmente se obtiene de

almidón de maíz. La textura de las piezas no es óptima, pero es brillante y las esquinas

14

presentan un buen acabado, a diferencia de otros materiales. Su densidad es de entre 1,2 y

1,4 g/cm3. La temperatura necesaria para su impresión se encuentra en el entorno de los

210ºC, con la cama caliente a unos 60ºC.

1.6.1.2. ABS

El acrilonitrilo butadieno estireno es uno de los termoplásticos más usados en la

impresión 3D. No es biodegradable, pero presenta unas propiedades muy buenas, como

son su tenacidad, dureza y rigidez, con resistencia química aceptable y alta resistencia a la

abrasión, pero que sufre con la exposición a rayos UV. Es soluble en acetona y su densidad

es de 1,07 g/cm3. La temperatura de transición vítrea ronda los 240ºC, y la cama caliente

precisa una temperatura de 110ºC. Cuenta con muchas aplicaciones en la industria.

1.6.1.3. PET

El tereftalato de polietileno es uno de los termoplásticos más empleados para la fa-

bricación de botellas y otro tipo de envases. Su principal propiedad es su capacidad de cris-

talización, pudiéndose imprimir piezas transparentes. Su conformado es muy sencillo. Re-

sistente a los impactos, desgaste y corrosión. Su densidad cristalina es de 1,455 g/cm3. Las

temperaturas de impresión son las mismas que las del PLA.

1.6.1.4. Nylon

El nylon es uno de los polímeros más complejos para la impresión 3D. Su principal

problema es la falta de adhesión de la pieza a la bandeja, que causa muchos fallos, además

de un warping muy difícil de controlar. Hay que secarlo en el horno durante 3 o 4 horas

antes de la impresión para que no absorba humedad durante la misma. Es un material muy

resistente, poco viscoso y con resistencia a la temperatura. Así mismo cuenta con distintas

variedades que le aportan flexibilidad, transparencia y otras cualidades.

1.6.2. El chocolate

El chocolate es un alimento obtenido de la mezcla de azúcar con dos productos de-

rivados de las semillas del cacao: la masa del cacao y la manteca de cacao. A partir de esta

combinación básica se elaboran los distintos tipos de chocolate que dependen de la propor-

ción entre estos elementos y de su mezcla, o no, con otros productos.

El chocolate es originario de América (no está claro si procede de México o de la

zona amazónica) y es conocido como “el alimento de los dioses”. El término chocolate

15

proviene de la palabra azteca “pocoakawa-atl” (que fue pronunciada y transcrita por los

españoles como “xocolatl”). El primer registro que se tiene del mismo por escrito lo refiere

Hernán Cortés en torno a 1520. El chocolate era empleado por el antiguo imperio azteca

como bebida energética. De hecho, el mismo fruto se trataba como moneda de cambio en

algunos trueques.

A lo largo de los siglos XVI y XVII se extendió su consumo por los diferentes paí-

ses de Europa. La receta del brebaje original fue modificada en un principio por los espa-

ñoles para endulzar una bebida que era amarga. Durante estos siglos sólo la nobleza euro-

pea podía disfrutar de su consumo. No fue hasta 1819 que el francés A. Doret creó la má-

quina que permitió industrializar su producción, reduciendo hasta siete veces el tiempo de

producción, haciéndose más accesible y llegando de esta forma al pueblo llano.

En la actualidad su producción se ha normalizado. Se han creado diferentes varie-

dades en función de su mezcla con leche, frutos y otros alimentos. Puede consumirse en

formato sólido y líquido. Se emplea fundamentalmente en repostería.

1.6.2.1. Tratamientos del chocolate

Para conseguir que el chocolate que se va a imprimir tenga la consistencia deseada

una vez se enfríe, y sea agradable a la hora de ser consumido, tanto visual como gustativa-

mente, será preciso realizar un temple correcto del chocolate.

El temple consta de una serie de tratamientos térmicos que se le da a los distintos

tipos de chocolate para conseguir un aspecto liso y brillante, además de crujiente.

Para llevar a cabo este proceso primero se atempera el chocolate según las tempera-

turas que se correspondan al chocolate seleccionado (tal y como se muestra en la Tabla 2)

hasta que este se encuentre fundido. Tras esto se enfría hasta una temperatura próxima a la

temperatura de cristalización del chocolate. Finalmente se realiza un recalentamiento para

fundir de nuevo estos cristales que se han generado en el chocolate. Para su posterior uso,

el chocolate debería de mantenerse a esta temperatura.

16

Tabla 2. Temperaturas de los tratamiento térmicos del chocolate.

1.6.2.2. Tipos de chocolate

Como se ha explicado anteriormente, el chocolate resulta de la mezcla de la masa del

cacao y la manteca de cacao con, o no, otros alimentos, como podrían ser la leche, el acei-

te, frutas, etc…

El chocolate negro es el resultado de la mezcla de la pasta de cacao y manteca de

cacao (en una proporción entre el 55 y el 99%) con azúcar, a lo que se podrían aña-

dir especias y otros aditivos.

El chocolate con leche es el resultado de la mezcla de chocolate negro con lácteos,

con una proporción de cacao no superior al 65%.

El chocolate blanco no contiene pasta de cacao, únicamente manteca de cacao, lác-

teos y azúcar.

El chocolate con aceite (producto originario de la provincia de Jaén) se ha origina-

do por la demanda de un producto sin lácteos. Es el resultado de la mezcla de aceite

de oliva, pasta de cacao, manteca de cacao (en menor medida) y azúcar, además de

otros ingredientes que permitan la mezcla de estos alimentos.

Para la impresión 3D (Figura 12) se empleará fundamentalmente el chocolate negro,

cuyas variables se conocen mucho mejor que las del resto de chocolates. Esto supondrá un

trabajo de investigación y desarrollo para la mejora y optimización del prototipo de impre-

sora 3D que se está diseñando en el presente Trabajo Fin de Grado.

Tipo de chocolateAtemperado -

CalentamientoEnfriamiento Recalentamiento

Negro 45°-50° 28°-29° 31°-33°

Con leche 40°-45° 27° 30°-31°

Blanco 40° 24° 27°-28°

Tratamiento térmico

17

Figura 12. Impresión 3D de chocolate.

1.6.3. Otros materiales empleados

Actualmente, en la impresión 3D, se están empleado todo tipo de materiales, desde

no orgánicos hasta orgánicos; metales, cerámicos, polímeros y composites. Las líneas de

investigación se están enfocando principalmente en imprimir a bajo coste piezas finales,

imprimir directamente materiales de construcción y la impresión de células madre.

Así mismo, también se está trabajando en la impresión de materiales inteligentes,

que son capaces de recuperar geometrías y propiedades a ciertas temperaturas al contar con

memoria. Esta sinergia entre el desarrollo de materiales y la impresión 3D puede suponer

un gran avance en la medicina y el sector farmacéutico a medio plazo.

1.6.3.1. Hormigón

El hormigón está siendo uno de los materiales más demandados en la actualidad en

Estados Unidos de América para su fabricación aditiva mediante impresoras 3D gigantes

(Figura 13), capaces de realizar la tarea de varios obreros en cuestión de unas horas, redu-

ciendo con ello el tiempo de construcción de una vivienda.

18

Figura 13. Impresión 3D de hormigón.

1.6.3.2. Cerámicos

En cuanto a la fabricación aditiva de materiales cerámicos (Figura 14) se está traba-

jando en la optimización de la impresión de materiales cerámicos, en especial para la in-

dustria del arte, donde la tarea más ardua será la de realizar un diseño apto para su impre-

sión 3D, más que la modelización física del mismo modelo.

Figura 14. Fabricación aditiva de materiales cerámicos.

1.6.3.3. Alimentos

La impresión 3D de alimentos se está llevando a cabo sobre todo en laboratorios, al

ser un elemento a tener en cuenta a la hora de pasar controles alimenticios, debiendo respe-

19

tar toda la normativa vigente. Este tipo de impresoras 3D son conocidas con el término de

“Impresoras 3D de pasta” (ver en Figura 15).

Figura 15. Impresora 3D de pasta.

1.6.3.4. Células madre

Al igual que la impresión 3D de alimentos, la impresión 3D de células madre

(Figura 16) se está desarrollando en laboratorios de biotecnología especializados donde

poder comprobar la viabilidad del desarrollo de órganos a través de células madre de un

mismo ser vivo para poder reparar o reemplazar los mismos en caso de ser necesario. Esto

contradice las normas éticas en la mayoría de países del mundo, por lo que aún se está tra-

bajando en la legalidad de estas investigaciones.

Figura 16. Células madre impresas.

1.6.3.5. Tejidos

Actualmente se están desarrollando impresoras 3D capaces de realizar una impre-

sión 3D de tejidos para la confección de ropa (Figura 17). Esto podría relanzar el mercado

20

de la moda, pudiéndose diseñar ropa a medida y personalizada sin precisar un sas-

tre/modista o la industria textil.

Figura 17. Tejidos desarrollados por tecnología de impresión 3D.

1.6.3.6. Metales

La impresión 3D de materiales metálicos supone una técnica de fabricación aditiva

que podría revolucionar la industria de la automoción, naval y aeroespacial. La fabricación

a medida de piezas metálicas (Figura 18), de cualquier material, sin la necesidad de meca-

nizado ni moldes, que puede suponer un ahorro de tiempo muy valioso para este tipo de

mercado. En cambio, cuenta con la problemática de la porosidad que se genera en la im-

presión, y que varía las propiedades mecánicas del material. Por ello, aún se encuentra en

fase de desarrollo para optimizar este recurso.

Figura 18. Impresión 3D de metales.

21

1.7. La impresora 3D

La impresora 3D es una herramienta de fabricación aditiva empleada, a nivel indus-

trial o particular, para la confección de modelos en tres dimensiones a partir de un diseño

realizado por ordenador. En la actualidad, este tipo de dispositivos está íntimamente rela-

cionado con la impresión FDM. A continuación se detallarán las partes de la estructura de

la impresora 3D a tener en cuenta para su fabricación, sus componentes electrónicos, va-

riables a tener en cuenta para una impresión correcta o aceptable, y todo aquello que es

necesario programar para el correcto funcionamiento de la impresora 3D.

1.7.1. Estructura de una impresora 3D

La impresora 3D de tres ejes, que es la más habitual, se compone de un bastidor, o

estructura, que soporta todos los elementos necesarios para llevar a cabo la impresión 3D.

Estos elementos, a su vez, son los ejes de la impresora 3D, el extrusor, la cama y el mate-

rial de impresión, además de todos los componentes de unión entre la estructura y los mis-

mos.

1.7.1.1. Bastidor

El bastidor de la impresora 3D es el conjunto de elementos que soporta las cargas

del peso propio de la impresora y las cargas cinéticas del movimiento de los ejes. Debe

estar diseñada para soportar tanto el peso propio como un mínimo de cargas externas (so-

breesfuerzos causados a apoyos indebidos de personas sobre la estructura de la impresora

3D o cualquier otra casuística). Suele estar dotado de pies de máquina, elementos metáli-

cos con soportes de caucho capaces de absorber vibraciones. Los elementos estructurales

son, en la mayoría de las impresoras, perfiles Bosch, otro tipo de perfilería de aluminio o

barras de acero.

1.7.1.2. Ejes

Los ejes de la impresora 3D están, por lo general, compuestos de barras metálicas

sobre las cuales se desplazan pares deslizantes, que serán las encargadas de aportar el mo-

vimiento al extrusor o a la cama caliente. La impresora 3D puede ser de extrusor fijo o

extrusor móvil. La mayoría de las impresoras 3D mantienen fija la posición en el eje Z del

extrusor, realizando este los movimientos en los ejes X e Y, y siendo la cama caliente la

que realiza el movimiento en el eje Z descendente. Estos ejes se encuentran unidos al bas-

tidor de la impresora por uniones, por lo general, desmontables.

22

1.7.1.3. Extrusor

El extrusor es el componente de la impresora 3D necesario para la extrusión del

material. Es un conjunto de elementos (boquilla del extrusor, engranaje de tracción, motor

paso a paso, rodamiento de presión, hotend, sensor de temperatura y en ventilador) capaces

de reducir el diámetro del material, calentarlo hasta la temperatura de transición vítrea del

mismo y depositarlo a través de la boquilla del extrusor sobre la cama de impresión.

1.7.1.4. La cama

La cama caliente o la cama de impresión es el componente de la impresora 3D don-

de se deposita el material. En función del material que se esté imprimiendo se requerirá

que la cama cuente con una temperatura, grado de limpieza o material para la adhesión de

las primeras capas de material.

1.7.1.5. Material de impresión

Para una correcta impresión, se precisa que el material de impresión haya sido ela-

borado sin daños en el hilo que puedan ocasionar que este bloquee la boquilla del extrusor,

que sea de buena calidad y apto para la impresora, debiéndose seleccionar el material que

se va a imprimir para que se caliente en el extrusor a la temperatura que este precise. El

material de impresión 3D se vende en forma de filamentos enrollados.

1.7.2. Componentes electrónicos de una impresora 3D

Los componentes electrónicos de la impresora 3D son los encargados de poner en

marcha la impresora, desde los motores paso a paso, la alimentación, los sensores de tem-

peratura, humedad, proximidad, etc…, la cama caliente, el extrusor, pantalla LCD y el

CPU, habitualmente integrado por una placa Arduino que controla estos componentes.

1.7.2.1. Alimentación

La fuente de alimentación es el elemento de la impresora 3D que se encarga de

transformar la tensión de red a la tensión que precisa la impresora 3D para alimentar a to-

dos los componentes electrónicos.

1.7.2.2. Placa Arduino

La placa Arduino es el elemento necesario para que todos los componentes electró-

nicos de la impresora 3D puedan llevar a cabo su función, debiendo parametrizar correc-

tamente los mismos en el código con el que trabajará la placa. Es usual que la mayoría de

las impresoras 3D trabajen con una placa Arduino MEGA.

23

1.7.2.3. Motores NEMA 17

Los motores NEMA 17 son motores paso a paso bipolares que se integran en las

impresoras 3D para que puedan realizar el avance de cada uno de los ejes y la extrusión.

En función del par que se precise general se escogerá un modelo u otro de motores NEMA

17.

1.7.2.4. Extrusor

El extrusor es una de las partes más importantes de la impresora. Es un conjunto de

elementos: boquilla del extrusor, engranaje de tracción, motor paso a paso, rodamiento de

presión, hotend, sensor de temperatura y en ventilador. Entre los que cabría destacar, por

su naturaleza electrónica: el Hotend, que es el encargado de calentar el material hasta la

temperatura de transición vítrea y el ventilador, que se encarga de reducir la temperatura

del hotend, con la intención de evitar que este pueda ser dañado por un sobrecalentamiento.

1.7.2.5. Sensores de temperatura

Como se ha observado en el apartado anterior, el extrusor cuenta con un sensor de

temperatura. La cama caliente, en la mayoría de los casos, también cuenta con un sensor de

temperatura. Este sensor es el encargado de controlar la temperatura, tanto en el cambio de

estado del material que se va a imprimir, como en la cama caliente, donde debe depositarse

el mismo, proporcionando la temperatura adecuada para que no se separen las capas una

vez haya finalizado la impresión y se quiera retirar la pieza.

1.7.2.6. Sensor de humedad

No todas las impresoras 3D cuentan con un sensor de humedad, pero es recomen-

dable que se acople uno a la impresora para que haya un control de esta variable, para que

las capas se adhieran correctamente las unas con las otras y el material de impresión no

absorba más agua de la que debería contener el mismo.

1.7.2.7. Sensor de proximidad

No todas las impresoras 3D cuentan con un sensor de proximidad, pero es reco-

mendable que se acople una a la impresora 3D para que no sea necesario calibrar la misma

cada cierto tiempo, pudiéndose autocalibrar de forma sencilla e inmediata.

1.7.2.8. Cama caliente

La cama caliente en una placa de aluminio conectada a la placa Arduino, desde la

que se controla la temperatura de la misma. Puede servir como cama de impresión, donde

24

se deposita el material, o puede encontrarse bajo una base de cristal u otro material similar,

como fuente de calor para que las primeras capas de material se adhieran correctamente.

1.7.3. Variables a tener en cuenta de una impresora 3D

Las principales variables a tener en cuenta en una impresora 3D son:

1.7.3.1. Espacio de trabajo/impresión

Es el volumen de control en el que se puede realizar la impresión 3D. Este volumen

queda determinado principalmente por los tres ejes, aunque también puede determinarlo

alguna pieza obstáculo que integre la impresora 3D.

1.7.3.2. Material y temperatura de impresión

En función del material con el que se vaya a imprimir, será preciso que se emplee

un tipo de extrusor u otro, puesto que los restos de un material que no se haya calentado de

manera correcta en un extrusor podrían dañarlo. Además, para materiales que presenten

una temperatura de transición vítrea mayor que la de otros materiales, será preciso un ho-

tend con la capacidad de calentar hasta esa temperatura. La temperatura es una de las va-

riables más importantes a la hora de imprimir, puesto que el material debe de alcanzar la

temperatura de transición vítrea y, cuando es impreso, ser capaz de adherir una capa a la

siguiente aún y cuando se está enfriando, siendo su temperatura de extrusión superior a la

de transición vítrea.

1.7.3.3. Diseño de la impresora 3D

Las dimensiones de la impresora 3D irán en función de cómo se quiera dimensio-

nar, si abierta o cerrada, con el movimiento de los ejes X e Y en el extrusor o en la cama

caliente, etc… Pero el diseño debe de satisfacer el espacio de impresión, estética (aunque

no sea preciso) y seguridad (sin que haya ninguna pieza cortante o que pueda ser tocada a

altas temperaturas sin que se avise de su peligro).

1.7.3.4. Flujos y paredes

Uno de los factores determinantes a la hora de que una pieza pueda ser impresa co-

rrectamente o no es la presencia de flujos de aire dentro del volumen de control de la im-

presión. La ausencia de corrientes de aire puede proporcionar una impresión más óptima.

Es por ello que en la actualidad, la mayoría de las impresoras 3D que se están diseñando

25

cuentan con paredes para evitar la entrada de corrientes de aire dentro de la misma impre-

sora.

1.7.3.5. Tamaño de la boquilla del extrusor

En función del tamaño de la boquilla del extrusor se podrá conseguir una densidad

de material u otra. Un tamaño de boquilla del extrusor pequeña puede provocar cortes del

material y obstrucción en la misma. Por otro lado, el tiempo de impresión se ampliará con

una boquilla más pequeña, aunque el acabado será más fino que con una boquilla del ex-

trusor mayor.

1.7.3.6. Posición del material de impresión

Otra de las variables que se necesitan tener en cuenta a la hora de la impresión es la

posición del material en la impresora 3D. En la mayoría de estas, el rollo de material se

encuentra en la cara posterior o a un lateral, siendo este un condicionante a la hora de la

extrusión, puesto que se generan tensiones en el filamento. Por lo general, la mejor posi-

ción para el material de impresión es en la parte superior de la impresora, lo más próximo

al extrusor.

1.7.3.7. Vibraciones

Uno de los principales problemas a la hora de la impresión 3D es el de la vibración.

Si no se ha realizado un correcto estudio de vibraciones y de absorción de las mismas por

los pies de máquina u otros elementos de la impresora, estas pueden generar defectos en la

impresión, como provocar el deslizamiento entre capas. Las vibraciones son generadas

principalmente por los motores y el movimiento de los pares deslizantes.

1.7.3.8. Velocidad de impresión

La velocidad de impresión es una de las variables que pueden ser determinantes a la

hora de evitar defectos en la impresión. Una velocidad de impresión alta puede generar

vibraciones y defectos en las capas, además de no conseguir que el material se deposite

donde deba. Por otro lado, una velocidad de impresión demasiado baja puede generar que

las capas inferiores se enfríen antes de que se deposite la última capa, evitando la correcta

adhesión de una capa sobre la otra.

1.7.3.9. Cama caliente

Tanto el tamaño de la cama caliente como su capacidad de llegar a una temperatura

variable para que se puedan imprimir distintos tipos de materiales, es un factor a tener en

26

cuenta a la hora de realizar el diseño de una impresora 3D, puesto que puede ser clave a la

hora de determinar las dimensiones de la impresora y los materiales que se pueden extruir

en la misma.

1.7.3.10. Programación de la impresora 3D

La programación de la impresora 3D es una de las variables más importantes, pues-

to que se deberán de programar las distancias máximas que puede recorrer cada eje, los

pasos que tiene que dar cada motor NEMA 17 para el desplazamiento de cada eje, deter-

minar las temperaturas de cada componentes (hotend y cama caliente) en función del mate-

rial que se quiera imprimir, las funciones de la impresión, como la velocidad de impresión,

la densidad de capa, el relleno o vaciado de piezas, la tensión del filamento para una im-

presión correcta, etc…

1.8. Alcance de la impresión 3D

Como ya se ha mencionado en puntos anteriores, la impresión 3D está y estará

abarcando nuevos horizontes en los próximos años. A continuación se ilustrarán algunas

áreas en las que ya está trabajando esta industria.

Proyectos artísticos:

Con la ayuda de la impresión 3D, el desarrollo de la escultura será exponencial, pu-

diéndose desarrollar únicamente los modelos por ordenador mediante un software como

Blender e imprimir dicho modelo.

Figura 19. Proyectos artísticos con impresión 3D.

27

Arquitectura:

La impresión 3D se está implantando en la arquitectura en la actualidad realizándo-

se estructuras directamente por la máquina sin la necesidad de una persona. Pero la impre-

sión 3D también abre las puertas de la creación de maquetas para visualizar y comprobar

rápidamente si hay algún elemento que falle si no se emplea la tecnología BIM.

Figura 20. Maquetas de arquitectura mediante impresión 3D.

Medicina:

En medicina todo está por estudiar de la mano de la impresión 3D, desde el desarro-

llo de prótesis más baratas y de distintos materiales hasta la producción de medicamentos o

la reproducción de tumores para que estos puedan ser tratados correctamente por los ciru-

janos.

Figura 21. Aplicación de la impresión 3D a avances médicos.

28

Comida:

Se están desarrollando impresoras 3D para imprimir alimentos, pero este tipo de

tecnología será empleada para cocinas de alto standing.

Figura 22. Impresión 3D de comida para cocina selecta.

Prototipado:

Al igual que en el presente Trabajo Fin de Grado, la tecnología de impresión 3D se

emplea para el desarrollo de prototipos a escala a costos bajos y con mayor rapidez.

Figura 23. Prototipos y diseños de bajo coste impresos en 3D.

29

2. OBJETIVOS

En el presente Trabajo Fin de Grado se pretende realizar el diseño de una Impresora

3D RepRap con un presupuesto reducido, buscando optimizar el uso de los materiales para

posteriormente implementar su fabricación. Tras la fabricación de la misma, se realizará la

adaptación de la impresora para que, cumpliendo con las normativas alimentarias pertinen-

tes, se pudiera imprimir chocolate apto para el consumo humano.

El diseño de la impresora se realizará mediante softwares CAD/CAM (SolidWorks

y AutoCAD). Así mismo, en el caso de ser necesario, se podría llegar a simular el compor-

tamiento mecánico del diseño sometido a distintas cargas para comprobar la seguridad e

integridad del mismo. Se podrían realizar simulaciones acerca del comportamiento de los

fluidos que serán extruidos. Se realizarían, en caso de ser necesarios, los cálculos de diseño

(rodamientos, engranajes, correas,…), termodinámicos (pérdidas de calor en las paredes de

la impresora) y estructurales necesarios.

Los componentes que se utilizarán para la fabricación de la Impresora 3D serán en

su mayoría piezas normalizadas para facilitar cálculos y ahorrar costes de fabricación.

Con todo esto se pretende diseñar y fabricar una impresora 3D capaz de trabajar

con dos tipos de materiales al menor coste posible, siendo capaz esta de, mediante la susti-

tución de algunos de sus componentes, imprimir tanto polímeros como chocolate.

Los ejes de la impresora 3D estarán dispuestos del siguiente modo:

Ejes X e Y: con un alcance máximo de 150 mm en cada sentido desde el centro de

la cama caliente (las dimensiones de la cama caliente son de 300x300 mm). El di-

seño de la impresora se deberá hacer de acorde a las medidas de la cama caliente,

que cuenta con uno de los mayores tamaños del mercado para impresoras 3D no in-

dustriales. El movimiento en estos ejes lo realizará el extrusor por medio de correas

a lo largo de dos pares de barras que dirigirán el movimiento en cada eje.

Eje Z: El movimiento en el eje lo realizará la cama caliente, que irá bajando con-

forme se imprima capa a capa. Para ello se desea realizar un nuevo diseño de este

mecanismo aplicando una estructura de doble tijera, utilizando un único motor para

su movimiento. La dimensión en el eje Z es objetivo de estudio.

La impresora 3D será cerrada, con la finalidad de evitar el paso de corrientes de aire

mientras se realice la impresión, las cuales pueden dañar el diseño. Las paredes presentarán

30

una capa de metacrilato u otro material con propiedades similares que, además, aportará

rigidez a la estructura y mejor estética al diseño, permitiendo observar la impresión desde

fuera de la impresora 3D.

La pared anterior será la puerta de trabajo directa con las piezas de impresión. Se bus-

cará diseñar una pared abatible o un diseño en forma de puerta.

El suelo de la impresora no será necesario acondicionarlo, puesto que el flujo de aire no

influiría en esta pared. Pese a esto, se podría colocar un panel de DM con el fin de proteger

el interior de la impresora y hacerla más compacta, siempre haciendo este material apto,

mediante barnices, para evitar su combustión si se produjese un fallo eléctrico.

La parte superior de la impresora estará abierta para conseguir refrigerar la temperatura

interior de la impresora (a la hora de pensar el diseño de la adaptación a Impresora 3D de

chocolate se deberá de tener este aspecto muy en cuenta, y será necesario refrigerar el inte-

rior de la impresora mediante compresores de aire u otra metodología).

Para la impresión del chocolate se utilizará una estructura en forma de tolva en la parte

superior, con un tornillo sin fin o con paletas que se encargarán de mover el chocolate y

evitar la condensación del mismo antes de llegar a ser impreso. Para la impresión de polí-

meros, se aportará el material igualmente desde la parte superior para evitar la tensión de

los hilos de polímero.

La programación de Arduino se basará en el código libre de la red y se modificará con

respecto a las dimensiones y especificaciones de los componentes de la impresora 3D.

2.1. Emprendimiento

Este factor es uno de los más motivacionales a la hora de la realización de este pro-

yecto. El emprendimiento en el sector de la impresión 3D está teniendo cierta notoriedad

en la última década, donde el desarrollo de nuevas ideas en este ámbito está suponiendo

una implementación de su tecnología en la industria y la aparición de nuevas aplicaciones

para la misma.

Es por ello que, en el caso de que fuera posible, tras la finalización de este Trabajo

Fin de Grado, se estudiará la posibilidad de emprender en este ámbito y que el alumno ten-

31

ga la capacidad de gestionar el desarrollo de la idea y su optimización para que pudiera ser

apta para el actual mercado.

2.2. Coste reducido

Uno de los objetivos primordiales de este Trabajo Fin de Grado es que el coste de

fabricación de esta impresora 3D no supere el valor de los 500 euros, con el objetivo de

que pueda ser reproducida y comercializada a un costo menor de este valor máximo.

2.3. Imprimir dos materiales distintos

El último objetivo de este Trabajo Fin de Grado es que esta impresora se diseñe pa-

ra que sea capaz de imprimir dos materiales distintos (no siendo polímeros ambos materia-

les) únicamente intercambiando unas piezas de la misma impresora, sin la necesidad de

precisar otra estructura diferente para la impresión de un material distinto a los polímeros.

2.4. Aprender nuevos softwares

Uno de los objetivos primordiales de este proyecto es el de la adquisición de cono-

cimientos por parte del alumno. Entre ellos, se encuentra la adquisición de conocimientos

de los softwares SolidWorks, Cura y Arduino.

32

3. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. Materiales

Los materiales empleados en este Trabajo Fin de Grado han sido, principalmente,

componentes diseñados. Se han empleado componentes estándar cuando se ha podido para

abaratar costes. El empleo de piezas no normalizadas se ha utilizado, principalmente, para

satisfacer necesidades de diseño que no son posibles mediante la aplicación de piezas nor-

malizadas.

Los componentes que han sido diseñados para satisfacer las necesidades de diseño

cuentan con los siguientes materiales (se expondrán sus principales propiedades).

3.1.1. Acero inoxidable

El acero inoxidable ha sido empleado en el presente Trabajo Fin de Grado por dos

finalidades en concreto. La primera de ellas es que el deslizamiento de los rodamientos,

también de acero, no se viese afectado por el rozamiento que se generase contra una super-

ficie de otro material. La segunda finalidad ha sido la de emplear un material que sea acep-

tado por la normativa alimentaria para poder diseñar las piezas en las que se extruirá el

chocolate.

Las características del acero inoxidable son las que se muestran en la Tabla 3:

Propiedades eléctricas

Resistividad Eléctrica (µOhm·cm) 70-78

Coeficiente de Temperatura (K-1

) -

Propiedades Físicas

Densidad (g·cm-3) 7,96

Punto de Fusión (ºC) 1370-1400

Propiedades Mecánicas

Alargamiento (%) <60

Dureza Brinell 160-190

Impacto Izod (J·m-1

) 20-136

Módulo de Elasticidad (GPa) 190-210

33

Resistencia a la Tracción (MPa) 460-860

Propiedades Térmicas

Calor Específico a 23 ºC (J·K-1·kg-1) 502

Coeficiente de Expansión Térmica 20 ºC -

100 ºC (·10-6·K-1) 16-18

Conductividad Térmica a 23 ºC

(W·m-1

·K-1

) 16,3

Tabla 3. Propiedades del acero inoxidable.

3.1.2. Aluminio 1060

El aluminio de la serie 1000 se ha empleado como elemento estructural para reducir

el peso de la estructura, aportando una rigidez considerable y ofreciendo las características

necesarias para el diseño que se ha implementado. En la Tabla 4 se pueden observar las

propiedades de este material.

Propiedades mecánicas

Densidad (kg/m^3) 2700

Módulo de elasticidad (kg/mm^2) 6900

Punto de fusión (ºC) 660

Punto de ebullición (ºC) 2467

Conductividad térmica (W/m·K) 209-230

Calor latente de fusión (J/kg) 395000

Calor específico (J/g·K) 0.92

Tabla 4. Propiedades mecánicas del Aluminio 1060.

3.1.3. ABS

El ABS es un material ligero y fácil de imprimir con una impresora 3D, además de

ser ligero. En la Tabla 5 se pueden observar algunos de los valores de las propiedades me-

cánicas de este material:

34

Propiedades mecánicas

Densidad (kg/m^3) 1010-1210

Módulo de Young (GPa) 1,1-2,9

Coeficiente de Poisson 0,391-0,422

Resistencia mecánica a la compresión

(MPa)

31-86,2

Resistencia mecánica a la flexión (MPa) 47,8-76

Temperatura de transición vítrea (ºC) 61,9-76,9

Tabla 5. Propiedades del ABS.

Los componentes que se han empleado para el diseño de la impresora 3D se pueden

observar en los siguientes sub-apartados. El diseño de la impresora 3D se ha realizado se-

parándola en diferentes bloques para un diseño más sencillo y su posterior ensamble. Con

esto, se cuenta con los siguientes bloques:

1. Bastidor (referencias B).

2. Conjuntos de los ejes X e Y (referencias X e Y).

3. Elementos del extrusor (referencias E).

4. Eje Z – Estructura de doble tijera (referencias Z).

5. Tapa superior y estructura soporte del material (referencias T).

6. Puerta (referencias P).

7. Otros elementos y componentes electrónicos (referencias O).

8. Elementos del extrusor de chocolate y componentes (referencias C).

3.1.4. Piezas estándar

A continuación se van a mostrar todas las piezas que han sido necesarias para el di-

seño de este Trabajo Fin de Grado y que pueden ser obtenidas en tiendas físicas u on-line.

Las piezas estándar se referenciarán primero con la letra del conjunto en el que están inte-

gradas y después con el número del orden al que pertenecen en el conjunto.

35

Referencia Cantidad Descripción

Horas de

Fabricación

y masa por

unidad

Representación

B1 4

Pie de máquina:

Es el elemento que

aporta el apoyo al

suelo a la impresora

3D. Al contar con

partes de caucho, es

capaz de absorber

las vibraciones.

0 min

75 g/ud.

B2 8

Tuerca DIN 934

M8: Tuercas para la

sujeción del panel

de madera lacado

para el apoyo de los

elementos electró-

nicos.

0 min

2 g/ud.

B3 8

Arandelas planas

DIN 125 M8: para

distribuir tensiones

en la tuerca.

0 min

1 g/ud.

B4 8

Tornillo prisionero

M4x10: elemento

para evitar el giro

de las barras estruc-

turales de acero

dentro del soporte

inferior.

0 min

1 g/ud.

36

B5 8

Tornillo DIN 933

M5x17: tornillo

para amarre de la

placa de DM sobre

la que se apoya el

conjunto de doble

tijera con el soporte

inferior.

0 min

7 g/ud.

B6 8

Arandela plana

DIN 125 M5: para

la distribución de

tensiones de la ca-

beza del tornillo a la

placa de DM.

0 min

1 g/ud.

P1 1

Pomo de goma:

para apertura de la

puerta, con rosca

para roscado de T2.

0 min

5 g

P2 1

Tornillo DIN 933

M6x10: para unión

de la puerta con el

pomo de goma.

0 min

5 g/ud.

P3 1

Arandela plana

DIN 125 M6: para

reparto de cargas

entre el tornillo T2

y la puerta de meta-

crilato.

0 min

2 g/ud.

37

X1, Y1, Z1 3

Motor NEMA 17

con conector: mo-

tor eléctrico bipolar

paso a paso para el

movimiento de los

ejes. 1.5A.

420mN·m.

42x42x40mm.

0 min

299 g/ud.

X2, Y2, Z2 12

Rodamiento

LM12UU: cojinete

12x20x30 para el

deslizamiento de las

piezas móviles de

los mecanismos de

los ejes.

0 min

42 g/ud.

X3, Y3 4

Correa dentada:

elemento de trans-

misión del movi-

miento de los ejes.

978.9 mm de longi-

tud.

1 min

15 g/ud.

X4, Y4 8

Poleas: elemento de

transmisión del mo-

vimiento de los

ejes.

0 min

12 g/ud.

X5, Y5 12

Tornillo DIN 933

M5x25: tornillo

para la unión de los

elementos de desli-

zamiento de los ejes

X e Y.

0 min

10 g/ud.

38

Z3 16

Tornillo de ciruela

M4.5x10: Tornillo

de unión entre la

placa de madera y

el conjunto de doble

tijera.

0 min

3 g/ud.

Z4 4

Muelle de matrice-

ría de carga ligera

L1S10025: resorte

de unión entre la

cama caliente y la

plancha de madera

lacada que se une al

conjunto de doble

tijera.

0 min

4 g/ud.

Z5 4

Tornillo DIN 933

M4x20: Tornillo de

unión entre la cama

caliente y la plan-

cha de madera laca-

da que se une al

conjunto de doble

tijera

0 min

8 g/ud.

Z6 4

Arandela DIN 125

M4: elemento de

acople con Z5 para

transmisión de ten-

siones.

0 min

1 g/ud.

Z7 4

Tuerca DIN 934

M4: tuerca para el

ajuste del tornillo

Z5.

0 min

2 g/ud.

39

Z8 1

Cama caliente:

elemento de apoyo

de las piezas impre-

sas con resistencia

para calentar la ca-

ma y aportar mayor

adherencia al fila-

mento impreso.

0 min

1025 g

E1 1

Conjunto del ex-

trusor con boquilla

de extrusor incor-

porada y ventila-

dor: elemento ne-

cesario para la ex-

trusión de material,

donde se calienta el

mismo y sale ex-

truido por la boqui-

lla del extrusor. El

ventilador sirve

para refrigerar el

extrusor.

0 min

143 g

E2 1

Conductor alimen-

tación del extrusor

Titan Extruder:

elemento para di-

reccionar el fila-

mento hacia el ho-

tend con ayuda para

la extrusión.

0 min

167 g

40

E3 1

Motor NEMA 17

42x42x23.5 con

conector: motor

paso a paso para el

funcionamiento del

conductor de ali-

mentación. 1A.

130mN·m.

0 min

170 g

O1 1

Fuente de alimen-

tación: para cone-

xión a red eléctrica

y alimentar los

componentes elec-

trónicos.

0 min

800 g

O2 1

Filamento: rollo de

filamento para im-

primir.

0 min

1115 g

O3 1

Arduino Mega

2560: placa base

con microcontrola-

dor para programa-

ción de las tareas de

la impresora 3D.

0 min

82 g/ud.

O4 1

Placa RAMPS 1.4

ensamblada al Ar-

duino: placa para

traducción de órde-

nes de la placa base

Arduino a los com-

ponentes de la im-

presora.

0 min

73 g/ud.

41

O5 4

Pololu: elemento de

control de los moto-

res paso a paso.

0 min

2 g/ud.

O6 10

Final de carrera:

elemento para con-

trolar que los des-

plazamientos en los

ejes no superen los

límites establecidos.

0 min

8 g/ud.

O7 1

Pantalla LCD:

Pantalla a través de

la cual se observa

información del

proceso de impre-

sión y se seleccio-

nan las distintas

opciones.

0 min

32 g

O8 1

Cable de alimenta-

ción: cable para la

conexión de la

fuente de alimenta-

ción a la red eléctri-

ca.

0 min

67 g

C1 3

Tuercas DIN 934

M8: Tuercas que se

unirán a la rueda

dentada encargada

del movimiento

para la presión del

chocolate y al ele-

mento que ejerce la

presión.

0 min

3 g

42

C2 1

Varilla roscada

M8: que se encar-

gará de dotar al

mecanismo de ex-

trusión de chocolate

del movimiento

necesario para ejer-

cer la presión de

extrusión. 200 mm.

1 min

62 g

C3 1

Motor NEMA 17:

empleado para rea-

lizar el movimiento

de la varilla que

generará presión

para extruir el cho-

colate.

0 min

299 g

Tabla 6. Piezas estándar que integran el Estudio Técnico.

3.1.5. Piezas diseñadas o mecanizadas:

A continuación se van a mostrar todas las piezas que han sido necesarias para el di-

seño de este Trabajo Fin de Grado y que han sido creadas por el autor del TFG y que han

sido impresas en 3D o mecanizadas. Las piezas estándar se referenciarán primero con la el

número del orden al que pertenecen en el conjunto y después con la letra del conjunto que

integran.

43

Ref. Cant. Descripción

Horas de

fabricación

y masa por

unidad

Representación

1B 4

Esquina soporte

inferior: se trata de

un elemento para la

unión de barras, co-

locación de los per-

files angulares y

unión de elementos

con los pies de má-

quina.

8h 23min

106 g/ud.

2B 12

Cubierta del perfil:

se trata de un ele-

mento estructural

cuya función es cu-

brir el perfil angular

y sujetar las placas

de metacrilato.

9h 22 min

112 g/ud.

3B 1

Soporte superior 1:

se trata de un ele-

mento estructural

que une el perfil a la

tapa, aporta rigidez,

sujeta las placas de

metacrilato y soporta

el motor NEMA 17

del eje X.

13h 24 min

169 g

44

4B 1

Soporte superior 2:

se trata de un ele-

mento estructural

que une el perfil a la

tapa, aporta rigidez,

sujeta las placas de

metacrilato y soporta

el motor NEMA 17

del eje Y.

12h 36 min

163 g

5B 1

Soporte superior 3:

se trata de un ele-

mento estructural

que une el perfil a la

tapa, aporta rigidez,

sujeta las placas de

metacrilato.

13h 57 min

186 g

6B 1

Soporte superior 4:

se trata de un ele-

mento estructural

que une el perfil a la

tapa, aporta rigidez,

sujeta las placas de

metacrilato.

13 h 57 min

186 g

7B 2

Embellecedor late-

ral: se trata de un

elemento estético y

que a la vez aporta

rigidez a la estructu-

ra.

10 min

248 g/ud.

45

8B 1

Embellecedor de-

lantero: se trata de

un elemento estético

y que a la vez aporta

rigidez a la estructu-

ra, con un orificio

para la pantalla led.

15 min

210g

9B 1

Embellecedor tra-

sero: se trata de un

elemento estético y

que a la vez aporta

rigidez a la estructu-

ra, con un orificio

para la conexión a la

red eléctrica y orifi-

cios para refrigerar.

25 min

115 g

10B 3

Plancha de meta-

crilato 500x500x3:

se empleará como

pared para evitar el

paso de corrientes de

aire y como rigidi-

zador.

2 min

145,5 g/ud.

11B 1

Placa DM: Se trata

del elemento sobre

el que se colocará la

estructura de doble

tijera, al ser resisten-

te y ligero, y fácil de

mecanizar.

2 min

1125 g

46

12B 1

Placa de madera

fina: Se trata de un

elemento sobre el

que se colocarán los

elementos electróni-

cos. Será preciso

aplicar barniz sobre

su superficie.

1 min

562,5 g

13B 4

Barra de acero

12x1.5x500: se trata

de una barra hueca

de acero que se usa-

rá como elemento

estructural en la base

de la impresora y

para la unión de las

cuatro bases.

1 min

190,5 g/ud.

14B 4

Barra de acero

12x1.5x480: se trata

de una barra hueca

de acero que se usa-

rá como elemento

estructural y para

guía de los ejes X e

Y.

1 min

183 g/ud.

15B 4

Perfil angular L de

aluminio lacado

50x2x498mm: ele-

mento estructural

para dar rigidez a la

estructura y que irá

recubierto de las

cubiertas del perfil.

3 min

197 g/ud.

47

1X 2

Pieza 1 deslizadera

Eje X: mitad del

conjunto de desliza-

deras para el eje X.

Contiene los roda-

mientos.

1h 44 min

22 g/ud.

2X 2

Pieza 2 deslizadera

Eje X: mitad del

conjunto de desliza-

deras para el eje X.

Contiene los roda-

mientos.

1h 53 min

23 g/ud.

3X 1

Barra de acero

12x1.5x460: barra

que une las desliza-

deras del eje X.

1 min

182 g

1Y 1

Pieza 1 deslizadera

1 Eje Y: mitad del

conjunto de desliza-

deras 1 para el eje Y.

Contiene los roda-

mientos.

2h 5min

27 g

2Y 1

Pieza 2 deslizadera

1 Eje Y: mitad del

conjunto de desliza-

deras 1 para el eje Y.

Contiene los roda-

mientos.

2h 14 min

27 g

48

3Y 1

Pieza 1 deslizadera

2 Eje Y: mitad del

conjunto de desliza-

deras 2 para el eje Y.

Contiene los roda-

mientos.

1h 43min

21 g

4Y 1

Pieza 2 deslizadera

2 Eje Y: mitad del

conjunto de desliza-

deras 2 para el eje Y.

Contiene los roda-

mientos.

1h 48 min

22 g

5Y 1

Barra de acero

12x1.5x460: barra

que une las desliza-

deras del eje Y.

1 min

182 g

1E 1

Soporte extrusor 1:

elemento de soporte

del conjunto del

extrusor. Va uniendo

los ejes X e Y.

4h 2 min

49 g

2E 2

Soporte extrusor 2:

elemento de soporte

del conjunto del

extrusor. Va unido a

otras piezas estructu-

rarles.

42 min

8 g/ud.

49

3E 1

Sujeción del sopor-

te extrusor: su fun-

ción es la de evitar

que el extrusor se

mueva de su posi-

ción.

23 min

4 g

1Z 1

Biela: elemento em-

pleado para el mo-

vimiento de la es-

tructura de doble

tijera para el eje Z.

41 min

9 g

2Z 1

Bielón: elemento

empleado para el

movimiento de la

estructura de doble

tijera para el eje Z.

44 min

9 g

3Z 1

Unión biela con

motor: pequeña

varilla de aluminio

de 2x15 para aplicar

el momento torsor a

la biela.

1 min

0,5 g

4Z 4

Base 1 eje Z: ele-

mento base para la

colocación de la

estructura de doble

tijera.

48 min

9 g/ud.

50

5Z 2

Base 2 eje Z: ele-

mento base para la

colocación de la

estructura de doble

tijera.

1h 8 min

13 g/ud.

6Z 2

Corredera: elemen-

to que se desplaza

para que se dé el

giro en los eslabones

de la estructura de

doble tijera.

2h 18 min

30 g/ud.

7Z 2

Barra de acero

12x1.5x220: barra

que permite el desli-

zamiento de las co-

rrederas.

1 min

84 g/ud.

8Z 1

Barra de aluminio

10x200: Barra de

unión del bielón con

las correderas.

1 min

42 g

9Z 8

Eslabones: elemen-

tos que permiten el

funcionamiento del

mecanismo de doble

tijera girando sobre

las barras de alumi-

nio.

43 min

10 g/ud.

51

10Z 1

Barra de aluminio

10x57.5: Barra de

unión entre eslabo-

nes.

1 min

12 g

11Z 1

Barra de aluminio

10x63: Barra de

unión entre eslabo-

nes.

1 min

13,5 g

12Z 1

Barra de aluminio

10x80: Barra de

unión entre eslabo-

nes.

1 min

16 g

13Z 1

Barra de aluminio

10x96: Barra de

unión entre eslabo-

nes.

1 min

20,5 g

14Z 1

Barra de aluminio

10x101.5: Barra de

unión entre eslabo-

nes.

1 min

21,5 g

15Z 2

Barra de aluminio

10x150: Barra de

unión entre eslabo-

nes, deslizadera su-

perior y sujeción con

la estructura de la

cama caliente.

1 min

32 g/ud.

52

16Z 2

Deslizadera supe-

rior: elemento de

sujeción de la barra

de aluminio 10x150

entre eslabones y

estructura de la ca-

ma caliente y desli-

zadera.

3h 14 min

41 g/ud.

17Z 1

Tabla soporte: so-

porte de la estructura

de la cama caliente.

Fácil de mecanizar

al ser de DM. Es

necesario proteger o

barnizar.

5 min

562,5 g

1T 4

Pieza tapa 1: pieza

de unión entre los

soportes superiores y

el conjunto tapa.

5h 32 min

72 g/ud.

2T 12

Embellecedores

superiores: Elemen-

tos para la sujeción

superior de las pla-

cas de metacrilato y

elemento del conjun-

to tapa.

4h 56 min

53 g/ud.

3T 8

Varillas de alumi-

nio 5x440: Varillas

rigidizadoras y de

unión entre los em-

bellecedores y la

Pieza tapa 1.

1 min

23,5 g/ud.

53

4T 4

Pieza tapa 2: pieza

de unión del conjun-

to tapa con el con-

junto para apoyo de

los distintos extruso-

res y sus mecanis-

mos.

3h 24 min

41 g/ud.

5T 6

Barra de aluminio

15x120: barra de

unión entre las pie-

zas tapa 1 y 2, y para

elevar posición de la

bobina.

1 min

57,25 g/ud.

6T 1

Barra de aluminio

15x320.45: unión

entre los elementos

8T y las bobinas de

filamento.

1 min

153 g/ud.

7T 2

Unión barras 1:

pieza de unión entre

las barras de alumi-

nio 6T y las 5T ver-

ticales.

1h 16 min

15 g/ud.

8T 2

Unión barras 2:

pieza de unión entre

las barras 5T verti-

cales y 9T.

1h 39 min

21 g/ud.

54

9T 4

Barra de aluminio

15x290.45: Unión

entre piezas tapa 2.

1 min

138,5 g

10T 1

Soporte bobina:

Elemento de soporte

para las bobinas de

filamento.

4h 40 min

60 g

1P 2

Bisagra 1: Elemento

para hacer girar la

puerta de apertura

para coger las pie-

zas.

10 min

1 g

2P 2

Bisagra 2: Elemento

para hacer girar la

puerta de apertura

para coger las pie-

zas.

9 min

1 g

3P 1

Puerta de metacri-

lato: placa perforada

para actuar como

puerta.

5 min

142 g

55

1C 1

Boquilla del extru-

sor de chocolate de

acero: diseñada para

imprimir chocolate

de 1mm de espesor.

1 h 45 min

21 g

2C 1

Contenedor de

chocolate de acero:

parte del extrusor en

la que se contendrá

el chocolate y se

extruirá el mismo.

2h 35 min

144 g

3C 1

Contenedor de

agua de acero: par-

te del extrusor que

contendrá agua ca-

liente para mantener

el chocolate a la

temperatura óptima.

3h 10 min

356 g

4C 1

Tapa de presión:

para la extrusión del

chocolate.

35 min

116 g

5C 1

Tapa de unión de

contenedores: para

evitar la salida de

agua o chocolate.

20 min

150 g

56

6C 1

Rueda dentada

M8: rueda que apli-

ca el movimiento a

la varilla roscada. 28

dientes.

2 h 10 min

54g

7C 1

Rueda dentada

aplicación de par:

rueda con orificio

para conexión con

motor NEMA 17.

Aplica el par. 28

dientes.

2h 10 min

49 g

Tabla 7. Componentes que integran el Estudio Técnico y han sido diseñadas en este trabajo.

3.2. Métodos

A continuación se expondrá la metodología que se ha empleado para el diseño de la

impresora 3D del presente Trabajo Fin de Grado.

1. Elección de la forma del diseño de la impresora 3D: la forma de la impresora 3D

es un factor que influye mucho a la hora de realizar la impresión 3D. Los formatos

que tiene las impresoras de menor coste son como se muestra a continuación.

Figura 24. Formato de impresora 3D barata.

57

En cambio este formato de impresión no permite un tamaño de impresión con di-

mensiones lo suficientemente grandes como para obtener un modelo como el que se

desea realizar en la impresora 3D de este proyecto. Por tanto se ha tomado la deci-

sión de que el diseño de la impresora 3D sea cúbico.

Figura 25. Formato cúbico de impresora 3D.

2. Otro de los puntos clave a la hora de realizar el diseño de la impresora 3D era la

elección de la disposición del movimiento de los tres ejes. Para ello se ha realizado

el análisis de diferentes impresoras 3D y comprobar cuál es el formato más habi-

tual. Para ello se ha elegido que el movimiento del eje Z lo realice la cama caliente

y el movimiento de los ejes X e Y lo realizase el extrusor.

3. Debido a la influencia de las corrientes de aire en la tecnología de impresión 3D y a

que se va a imprimir chocolate, se ha decidido que la impresora 3D contará con pa-

redes en cada uno de los laterales del bastidor y que únicamente estará la misma

abierta por la parte superior.

4. Para evitar las vibraciones en la impresora, se ha decidido introducir pies de má-

quina en la impresora 3D.

5. Para el diseño del movimiento del eje Z, con la finalidad de modificar los meca-

nismos empleados en la actualidad y evitar el uso de un motor más, se ha decidido

emplear un mecanismo de doble tijera accionado por un único motor e impulsado

por un mecanismo biela-bielón.

6. La mayoría de las impresoras 3D cuentan con la alimentación del material en al-

guno de los laterales de la impresora o en la parte posterior. Esto puede generar que

se creen tensiones en el filamento de alimentación. Es por ello que se ha decidido

colocar la alimentación en la parte superior de la impresora aprovechando que esta

se encontrará abierta en esta zona.

58

7. Se ha realizado el diseño de los soportes superiores de la impresora en función de la

disposición de los ejes X e Y. En ellos se introducirán los motores paso a paso. El

movimiento de los ejes se realizará mediante correas que están unidas a deslizade-

ras. Estas deslizaderas se encontrarán deslizando sobre barras de acero inoxidable

pulido.

8. Se ha realizado el diseño de un conjunto para el extrusor que guíe el movimiento en

ambos ejes sin la necesidad de precisar de dos barras guía por eje.

9. Se ha diseñado el tamaño de la impresora 3D un poco mayor en los ejes X e Y por

si en el futuro se hiciera un modificación de la impresora para aumentar el volumen

de impresión.

10. Se han empleado elementos desmontables para que el ensamblaje de las piezas sea

sencillo al igual que el desensamble de las mismas.

11. Se ha empleado el mínimo número de elementos atornillados para el montaje de la

impresora para evitar un montaje tedioso.

12. Se ha analizado el espacio disponible en los ejes del extrusor para poder realizar la

extrusión del chocolate.

13. Se ha reducido el tamaño del extrusor de chocolate que se había seleccionado para

que el peso del extrusor no suponga una deflexión importante en los ejes y evite el

movimiento de los mismos, dañando los motores paso a paso.

14. Para la extrusión de chocolate se han diseñado dos contenedores, uno para contener

el chocolate y otro para calentar agua mediante una resistencia de tal modo que el

chocolate sea fundido al baño María. El mecanismo empleado para la generación

de presión sobre el chocolate es un mecanismo en el cual una varilla roscada aco-

plada a una superficie, sobre la que se aplicará la presión al chocolate, y que será

activada mediante una rueda dentada movida por otra acoplada a un motor paso a

paso.

15. Se ha diseñado una puerta abatible para poder tener acceso a las piezas que han si-

do impresas.

59

4. IMPRESORA 3D DE POLÍMEROS Y ADAPTA-

CIÓN DEL EXTRUSOR DE CHOCOLATE

4.1. Despliegue de la función de calidad QFD

El despliegue de la función de calidad busca visualizar los siguientes puntos a la hora

de realizar el diseño de un producto:

1. Dar una visión objetiva de qué es lo que están buscando los usuarios del producto y

los requisitos a tener en cuenta para este.

2. Priorizar aquello que se debería de tener en cuenta en primer lugar antes que aque-

llo que no es tan necesario.

3. Comparativa de nuestro producto con la competencia y qué es necesario modificar

para ser más competitivos.

Para ello es necesario realizarse una serie de preguntas, como ¿Qué?, ¿Cómo? y un

análisis entre los mismos.

4.1.1. Lista de los QUÉ

La lista de los QUÉ debe tener incluidos aquellos aspectos que los usuarios esperan

de un producto. No hay que obviar cualquier idea que pueda venir a la mente, ya que tras la

lluvia de ideas se descartarán aquellos que no se tomen como válidos.

En la impresora 3D diseñada se han encontrado los siguientes QUÉ:

1. Que se puedan imprimir piezas más grandes.

2. Que sea sencilla.

3. Que sea resistente.

4. Que tenga una estética agradable a la vista.

5. Que tenga paredes para evitar la entrada de flujos.

6. Que sea barata.

7. Que se pueda conectar vía WiFi y vía Bluetooth.

8. Que se pueda imprimir más de un material.

9. Que se puedan realizar modificaciones en el futuro.

10. Que sea fácil de montar y desmontar.

11. Que cuente con el menor número de tornillos posible.

60

12. Que no vibre.

13. Que se pueda montar en poco tiempo.

14. Que se sincronice bien con el ordenador.

15. Que presente algo innovador.

16. Que pese poco.

17. Que ventile bien.

4.1.2. Análisis de los QUÉ

Es necesario analizar de forma objetiva la necesidad de cada uno de los QUÉ ante-

riores para conocer en qué grado será necesario realizar el diseño para una función u otra.

En la siguiente gráfica se van a exponer los valores de importancia del 1 al 5, siendo 1 po-

co importante y 5 muy importante.

Gráfica 1. Importancia de los QUÉ.

4.1.3. Lista de los CÓMO

Conociendo lo que queremos que tenga nuestra impresora, es necesario explicar cómo

se conseguiría lograr cada uno de estos objetivos:

1. Realizando el diseño de una impresora más grande con una cama caliente con di-

mensiones superiores a las camas calientes habituales.

2. Este objetivo es difícil de lograr con las pretensiones de la impresora que se quiere

diseñar.

3. Es necesario que la estructura esté diseñada para soportar cargas externas, como el

apoyo de una persona. Por ello se va a hacer más robusta.

61

4. La estética no es el objetivo primordial de la impresora, pero se tratará de realizar

un diseño acorde a una estética que permita visualizar todo el campo de impresión

por los cuatro costados de la impresora.

5. Para evitar la entrada de flujo de aire se van a colocar paredes de metacrilato u otro

material.

6. Para evitar un sobrecoste de los materiales, se va a tratar de normalizar en la medi-

da de lo posible las piezas. Sólo cuando sea imprescindible se realizará el diseño de

piezas fuera de catálogo.

7. La conexión vía WiFi y Bluetooth se puede realizar programando la placa Arduino.

8. El objetivo de que se pueda imprimir más de un material se va a conseguir progra-

mando el extrusor para que pueda calentar a diferentes temperaturas a la hora de

extruir materiales distintos, y con la adaptación a la impresora 3D de chocolate.

9. Para ello se diseñará con unas dimensiones mayores, por si en el futuro se utilizase

otra cama caliente o se quisiera colocar otro extrusor con el que imprimir capas de

soporte.

10. Para que sea fácil de montar y desmontar se van a utilizar piezas de encaje, y tra-

tando de emplear lo mínimo posible tornillería.

11. Esto se conseguirá con el diseño de las piezas por encaje.

12. Este objetivo se conseguirá con los pies de máquina y programando la velocidad de

la impresión a una velocidad normal, de tal forma que las aceleraciones en los ejes

no produzcan vibraciones significativas.

13. Al ser fácil de montar, este objetivo será realizable.

14. Esto se llevará a cabo mediante un puerto USB conectado con la placa Arduino.

15. Aún hay mucho que analizar y descubrir en una impresora 3D, por lo que el diseño

de algún elemento que no se haya realizado así previamente puede ayudar en esta

tarea.

16. Este objetivo es muy difícil de conseguir debido a las dimensiones y robustez de la

impresora que se pretende diseñar.

17. Esto se conseguirá manteniendo la parte superior abierta y utilizando ventiladores

dentro de la impresora.

62

4.1.4. Análisis conjunto

Con esto se han conseguido determinar cuáles son los objetivos necesarios a la hora

de la realización del diseño, y por otro lado cómo se podrían llegar a cumplir estos objeti-

vos. Sería necesario priorizar los QUÉ número 3, 5, 8, 12 y 14, y una serie de objetivos que

sean fácilmente alcanzables y que ayuden para tener una impresora 3D mejor.

4.2. Descripción del conjunto de la impresora 3D de polímeros

Una vez expuestos en el capítulo anterior todos los materiales que se han empleado

en la impresora 3D de polímeros, es necesario exponer cuál ha sido la razón del uso o dise-

ño de ellos y el resultado que se ha conseguido.

El prototipo de la impresora 3D de polímeros se puede observar en la Figura 26. Es-

ta impresora se ha diseñado para que pueda extruir materiales con tecnología FDM me-

diante ejes cartesianos.

El extrusor y su conjunto se desplazan en los ejes X e Y, mientras que la cama de

impresión es la que se desplaza en el eje vertical Z.

Figura 26. Resultado final del diseño de la impresora 3D de polímeros.

63

Las dimensiones de impresión son 300x300x382.5 mm, siendo las dimensiones de

la impresora 3D de 570x570x760.4 mm. La masa total del conjunto de la impresora 3D de

polímeros (teniendo en cuenta componentes electrónicos y bobina con filamento) es de

18,1425 kg.

La impresora tendrá capacidad de impresión de materiales como el ABS y el PLA,

siempre y cuando el filamento se adecúe a las especificaciones limitantes del extrusor.

Como se analizó en el apartado 3. MATERIALES Y MÉTODOS, la impresora 3D

se ha dividido en ocho bloques:

1. Bastidor (referencias B).

2. Conjuntos de los ejes X e Y (referencias X e Y).

3. Elementos del extrusor (referencias E).

4. Eje Z – Estructura de doble tijera (referencias Z).

5. Tapa superior y estructura soporte del material (referencias T).

6. Puerta (referencias P).

7. Otros elementos y componentes electrónicos (referencias O).

8. Elementos del extrusor de chocolate y componentes (referencias C).

A continuación se van a analizar estos conjuntos (excepto el conjunto 8, que se tratará

en el siguiente punto) y, posteriormente, se observará el proceso de montaje de los mismos

paso a paso.

4.2.1. Bastidor

El bastidor, o chasis de la impresora 3D es el elemento de la misma sobre el que se

van a soportar las cargas que se generen en la impresora, además de proporcionar el apoyo

sobre el que realizar las distintas operaciones de impresión.

El diseño se ha realizado sobre la base de unión de dos elementos estructurales co-

mo son los perfiles angulares de aluminio y las barras de acero inoxidable. Para la unión de

los mismos se diseñó una esquina (tratada como soporte inferior en el texto) para la unión

de los mismos. Para el ahorro de costes y, contando en los laboratorios de Ingeniería Gráfi-

ca con una impresora 3D FDM se pensó en el diseño de piezas de impresión 3D para la

conexión de materiales, recubrimiento de algunos de ellos o como elementos funcionales

de la impresora.

En las figuras siguientes se ilustran las piezas montadas del conjunto del bastidor.

Se detallará aquello que haya sido transcendental en el proceso de diseño de la impresora.

64

Figura 27. Despiece 1 de elementos empleados en el bastidor.

Cabría destacar el empleo de los elementos de unión, como son los soportes supe-

riores y los soportes inferiores. Estos elementos se han empleado para la unión de las ba-

rras de acero y aportar la forma cúbica a la impresora 3D. Por otro lado, para el eje vertical

se han empleado perfiles de aluminio que han sido introducidos por los orificios practica-

dos en el diseño de las piezas. Estos perfiles han sido recubiertos mediante piezas de im-

presión 3D a las cuales se ha dotado de una doble funcionalidad: la de permitir la coloca-

ción de las planchas de metacrilato alojadas en cavidades practicadas en sus laterales.

Para evitar el acceso a terceros a los componentes electrónicos, y la visualización

de los mismos, se han empleado embellecedores. Además de esta función, han sido utiliza-

dos para refrigerar la zona electrónica, permitir la visualización de datos a través de un

orificio donde se colocará la pantalla LCD y el acceso a la red eléctrica.

Así mismo, este conjunto de la impresora cuenta con dos paneles de DM lacados

sobre los que reposarán: en el inferior los componentes electrónicos, y en el superior los

elementos del conjunto del eje Z.

Para evitar las vibraciones en la impresora 3D se introdujeron pies de máquina que

absorbieran las mismas.

Las planchas de metacrilato se emplean como pared para evitar la entrada de co-

rrientes de aire.

65

4.2.2. Conjuntos de los ejes X e Y

El movimiento de los ejes X e Y es accionado por dos motores NEMA 17 capaces

de aportar los pares suficientes para el desplazamiento del conjunto del extrusor. Estos

motores están conectados a los ejes mediantes correas y poleas. Los ejes están conectados

por una pieza del conjunto del extrusor capaz de desplazarse en ambos ejes. Para la unión

de cada eje y su desplazamiento se han diseñado conjuntos de deslizaderas, uno para el eje

X y dos para el eje Y (debido a las dimensiones de la impresora y la posición de algunos

elementos con interferencias en el diseño).

Figura 28. Conjuntos de los ejes X e Y y elementos de unión del extrusor a los ejes.

4.2.3. Elementos del extrusor

El extrusor ha sido implementado, en su mayoría, por elementos comerciales; pero

para su adaptación a la impresora que ha sido diseñada y el correcto funcionamiento de los

ejes, ha sido necesario diseñar y desarrollar distintas piezas de unión de ejes y de soporte

del extrusor y sus componentes.

El extrusor cuenta con su conjunto de la boquilla, hotend, ventilador, seguidor de

filamento y conductor de alimentación accionado por un motor NEMA (más pequeño que

el empleado para el movimiento de los ejes). El conductor de alimentación conecta direc-

tamente la bobina de filamento con el extrusor en sí.

66

Figura 29. Elementos que componen el extrusor de la impresora 3D.

4.2.4. Eje Z – Estructura de doble tijera

Se ha modificado el empleo del movimiento del eje Z mediante husillos y se ha

querido innovar aplicando una estructura de doble tijera. El mecanismo desarrollado busca

evitar el empleo de dos motores. Para ello, utilizando un mecanismo biela-bielón se accio-

nan dos deslizaderas que aportarán el movimiento de los eslabones del conjunto de doble

tijera que soportará la cama caliente de la impresora 3D (que cuenta con un área de aporte

de calor de 300x300 mm).

Figura 30. Eje Z - Mecanismo de doble tijera.

67

4.2.5. Tapa superior y soporte del material

Con la finalidad de unir los elementos superiores y aportar una mejor estética a la

impresora 3D, además de permitir la colocación de bobinas de filamento en la parte supe-

rior de la impresora, se ha diseñado la tapa superior. Consta de elementos de impresión 3D

encajables y barras de aluminio. Permite observar la impresora 3D desde la zona superior

de esta.

Figura 31. Conjunto tapa - soporte de material.

4.2.6. Puerta

Para tener acceso a la cámara de impresión, se ha diseñado una puerta abatible con

un poco de goma, dos bridas impresas en 3D y una plancha de metacrilato perforada.

Figura 32. Conjunto de la puerta abatible de la impresora.

68

4.2.7. Otros elementos y componentes electrónicos.

Para el correcto funcionamiento de la impresora 3D se han empleado componentes

electrónicos, como la placa Arduino, mediante la cual se puede programar la impresora 3D

y adaptar las distintas componentes como son la velocidad de impresión, las temperaturas

en la cama caliente y el hotend, etc… Otros componentes empleados con la placa RAMPS,

los driver o Pololus, los motores NEMA, así como la fuente de alimentación y los finales

de carrera. Se ha introducido en el diseño una pantalla LCD para poder observar datos refe-

rentes a la impresora.

Otros elementos que han sido empleados en la confección de la impresora 3D han

sido tornillos, tuercas y arandelas, así como los cojinetes lineales empleados para los des-

plazamientos en los distintos ejes de las deslizaderas.

4.3. Descripción del conjunto extrusor de chocolate

Uno de los puntos diferenciadores de este Estudio Técnico ha sido la adaptación de

la impresora a una impresora 3D de chocolate. El proceso que se ha llevado a cabo ha sido

el del diseño de un extrusor de chocolate que sea capaz de imprimirlo.

Para la impresión 3D de chocolate es necesario tener los conocimientos precisos

para saber cuál es la temperatura de cada una de las fases del tratamiento del chocolate. En

este extrusor lo que se aplicará será una fuente de calor no directa al chocolate para conse-

guir el fundido adecuado, siendo esta fuente agua calentada por una resistencia eléctrica en

un contenedor contiguo al contenedor donde estará el chocolate depositado. De esta forma

el chocolate será fundido correctamente al baño María.

Figura 33. Extrusor de chocolate.

69

Como se ha comentado, y como se puede ver en los materiales de este conjunto, se

cuenta con dos contenedores: el primero el que contendrá una capacidad de 250 ml netos

de chocolate, y el segundo con una capacidad de 500 ml para contener agua. Unido a am-

bos elementos mediante conjuntos de tornillo-arandela-tuerca estará la boquilla del extru-

sor, a la cual se le ha dotado de un orificio de 1 mm para poder extruir un volumen mayor

en menos tiempo debido a la densidad del material empleado.

El mecanismo que se ha empleado para la aplicación de material ha sido el de una

tapa de presión unida a una varilla roscada. La varilla roscada se encuentra acoplada a una

rueda dentada que es accionada por otra ensamblada en un motor NEMA. De esta forma es

posible aplicar presiones a la superficie del chocolate y conseguir una extrusión regular.

4.3. Proceso de montaje

4.3.1. Proceso de montaje de la impresora 3D de polímeros

En este apartado se expondrá el proceso de montaje de la impresora paso a paso y los

tiempos que se tardan en realizar este montaje.

1. Colocar los soportes inferiores (1B) en la disposición que se muestra. 20 s.

Figura 34. Paso 1.

2. Introducir las barras de acero 12x1.5x500 mm (13B) sin que se encuentren en la

posición definitiva de las mismas para poder encajar los cuatro componentes con

sus respectivas barras sin forzar los materiales de los componentes. Unas vez esté

todo encajado correctamente, se girarán las barras hasta que se observe (mediante

70

una linterna si es preciso) que coinciden los orificios horizontales de la casa interna

del soporte interior con el taladro que tienen las barras. Cuando coincida, introducir

el tornillo prisionero (B4) para evitar el giro de las barras y mantener la rigidez de

la estructura. 5 min.

Figura 35. Paso 2.

3. Colocar la plancha la DM barnizada (12B) sobre la cara interna horizontal de los

soportes inferiores. Deben coincidir los taladros. 10 s.

Figura 36. Paso 3.

4. Roscar una de las tuercas M8 (B2) hasta el tope de cada pie de máquina (B1) e in-

troducir el cuerpo roscado de los mismos por los taladros mencionados en el paso 3

de tal forma que el apoyo del pie de máquina quede mirando al suelo. Una vez rea-

71

lizado este paso con los cuatro pies de máquina, se unen al resto del conjunto mon-

tado mediante otra tuerca (B2), que se roscará hasta que quede apoyada sobre la

plancha de DM (12B). Una vez estén las cuatro tuercas introducidas, se les dará el

apriete definitivo. 3 min.

Figura 37. Paso 4.

5. Colocar los componentes electrónicos y eléctricos sobre la plancha de DM. Colocar

en primer lugar la fuente de alimentación (O1). Colocar la placa Arduino (O3) jun-

to con los pololus (O5) y la placa RAMPS (O4). Conectar los componentes entre sí.

Enchufar el cable de alimentación (O8) a la fuente de alimentación. 10 min.

Figura 38. Paso 5.

6. Colocar los embellecedores (7B) en los laterales tal y como se muestra en la si-

guiente imagen. 30 s.

72

Figura 39. Paso 6.

7. Colocar los embellecedores (8B y 9B) como se muestra en la siguiente imagen. Co-

locar la pantalla LCD (O7) insertada en el embellecedor (8B) y conectarla a la pla-

ca Arduino. Sacar el cable de alimentación por el orificio del embellecedor (9B) y

comprobar que se encuentra este bien conectado a la fuente de alimentación. 2 min

30 s.

Figura 40. Paso 7.

8. Colocar el tablón de DM (11B) sobre los soportes inferiores y unir a los soportes

inferiores mediante los tornillos M5x17 (B5). 3 min.

73

Figura 41. Paso 8.

9. Introducir los perfiles angulares (15B) de aluminio por el orificio de los soportes

inferiores. Introducir las primeras cubiertas del perfil (2B) sobre los mismos. 2

min.

Figura 42. Paso 9.

74

10. El siguiente proceso se corresponde con el montaje del eje Z y la cama caliente. En

primer lugar se instalará el motor NEMA 17 (Z1) sobre el tablón de DM (11B) tal y

como se observa en la siguiente imagen. 10 s.

Figura 43. Paso 10.

11. A continuación se instalarán las bases del mecanismo de doble tijera. Para ello se

colocarán sobre el tablón de DM (11B) las bases 4Z y 5Z atornilladas en la base de

DM. Acoplar las barras de acero 12x1.5x220 (7Z) junto con las correderas (Z6) e

introducirlas en las bases (4Z) antes de ser atornilladas. Ambas correderas llevan en

su interior cojinetes (Z2). 8 min 50 s.

75

Figura 44. Paso 11.

12. Colocar el conjunto biela-bielón unido al motor NEMA 17. En primer lugar se co-

locará la biela (1Z) acoplada al motor NEMA 17 (Z1). Sujetar ambas piezas intro-

duciendo por el orificio que presenta la biela la varilla de aluminio 2x15 (3Z). Aco-

plar el bielón (2Z) a la biela. 30 s.

Figura 45. Paso 12.

13. Colocar la barra de aluminio 10x200 (8Z) de tal forma que queden unidas las co-

rrederas con el bielón y quede acoplado el movimiento de ambos correctamente. 10

s.

76

Figura 46. Paso 13.

14. Insertar los eslabones (9Z) en la base (5Z) y acoplar mediante el uso de la barra de

aluminio 10x57.5 (10Z). Insertar los eslabones (9Z) en las correderas y acoplar me-

diante la barra de aluminio 10x96 (13Z). 2 min 40 s.

Figura 47. Paso 14.

15. Insertar dos eslabones por el lado exterior de los que han sido acoplados a las co-

rrederas y unir mediante la barra de aluminio 10x101,5 (14Z). Insertar dos eslabo-

nes por el lado exterior a los eslabones acoplados a las bases (5Z) y unir mediante

la barra de aluminio 10x63 (11Z). 2 min 40 s.

77

Figura 48. Paso 15.

16. Antes de continuar con el montaje del eje Z es necesario unir las deslizaderas supe-

riores (16Z) a la tabla de DM (17Z). La zona de deslizadera se tiene que encontrar

posicionada justo encima de la deslizadera inferior. 1 min 30 s.

Figura 49. Paso 16.

17. Colocar los resortes (Z4) sobre los orificios que tiene practicada la tabla de DM

(17Z) y colocar sobre ellos la cama caliente (Z8). Introducir los tornillos (Z5) y

unir el conjunto por la parte inferior mediante las arandelas (Z6) y las tuercas (Z7).

2 min.

78

Figura 50. Paso 17.

18. Colocar el conjunto anterior acoplado con los eslabones del paso 15. Los eslabones

que se encuentran sobre la base 5Z deben quedar acoplados al orificio de las desli-

zaderas. Los eslabones se encontrarán situados en la parte interna que hay entre co-

rrederas superiores. Unir mediante la barra de aluminio 10x150 (15Z). Acoplar

exactamente igual los otros dos eslabones con las correderas superiores y unir me-

diante la otra barra 15Z. Con esto estaría montado el conjunto del eje Z tal y como

se muestra en la siguiente imagen. 2 min 15 s.

Figura 51. Paso 18.

19. El siguiente paso es acabar de montar las cubiertas del perfil de aluminio e introdu-

cir las planchas de metacrilato (10B) por los orificios que se encuentran en los late-

rales de las cubiertas del perfil. 1 min 45 s.

79

Figura 52. Paso 19.

20. Colocar las bridas para la puerta situadas en la cubierta del perfil. Acoplar 2P a 1P.

Acoplar 1P a la puerta de metacrilato (3P) uniéndolos mediante sus correspondien-

tes tornillos, arandelas y tuercas. Colocar el pomo (P1) unido a la puerta de meta-

crilato con su correspondiente tornillo (P2) y arandela (P3). 2 min 20 s.

Figura 53. Paso 20.

21. El siguiente paso será montar los elementos de los ejes X e Y. Para ello, en primer

lugar, será necesario coger las barras de acero 12x1.5x480 (14B). Insertar dentro de

cada barra dos cojinetes (Z2). Introducir los elementos de deslizadera 1X, 2X, 1Y,

80

2Y, 3Y y 4Y. Para las barras que formarán los conjuntos de deslizadera del eje X,

unir 1X y 2X colocando debidamente los cojinetes en los huecos de las mismas

piezas que tienen para ellos. Una vez colocados debidamente, atornillar con los tor-

nillos X5 en los taladros roscados que unen las piezas 1X y 2X. Se realizarán las

mismas operaciones para unir en las otras dos barras uniendo los elementos 1Y con

2Y y 3Y con 4Y. 4 min.

Figura 54. Paso 21.

22. Antes de interconectar el conjunto anterior con el conjunto del extrusor, se realizará

la misma operación que se hizo con los soportes inferiores, pero en esta ocasión

con los soportes superiores (3B, 4B, 5B y 6B). 3B irá conectando el extremo iz-

quierdo (vista anterior del conjunto) de la barra sobre la que se localiza la desliza-

dera de las piezas 3Y y 4Y junto con el extremo de la barra más próxima del con-

junto X. 4B conectará los elementos que se encuentran justo enfrente del elemento

3B, tal y como se muestra en la siguiente imagen. 5B conectará la barra del conjun-

to 1Y-2Y con la barra que queda conectada al elemento 3B. El elemento 6B se en-

cuentra justo enfrente del mismo. 1 min 20 s.

Figura 55. Paso 22 A.

81

Figura 56. Paso 22 B.

23. Introducir los motores NEMA 17 X1 e Y1 en el interior de las piezas 3B y 4B y

atornillarlos debidamente para que no se muevan de su disposición. 3 min.

Figura 57. Paso 23.

24. El siguiente paso es conectar los ejes X e Y con el conjunto donde se colocará el

extrusor. Para ello se introducirá un extremo de la barra 3X en el interior de uno de

los orificios del conjunto anterior. Se introducirá uno de los cojinetes y el elemento

Soporte extrusor 1 (1E). Se introducirá el elemento Soporte extrusor 2 (2E) y se

unirá debidamente mediante su tornillo y tuerca al elemento 1E. Una vez así, co-

nectar la barra al otro conjunto 1X-2X. 1 min 45 s.

82

Figura 58. Paso 24.

25. Se introduce el cojinete del eje Y en el orificio restante del elemento 1E. Introducir

la barra de acero 5Y. Introducir el elemento 3E y unir debidamente con su tornillo y

tuerca al elemento 1E. Unir la barra al conjunto 1Y-2Y y posteriormente al conjun-

to 3Y-4Y de tal modo que quede correctamente encajado. 3 min 10 s.

Figura 59. Paso 25.

26. Colocar las poleas (X4 e Y4) sobre los salientes de los motores NEMA 17 y los

elementos de diseñados de sujeción para polea hechos en aluminio con la finalidad

de soportar las poleas en cada elemento superior. Acoplar las correas (X3 e Y3) de-

bidamente a las poleas y sellarlas en las deslizaderas para que apliquen correcta-

mente el movimiento. 5 min 50 s.

83

Figura 60. Paso 26.

27. El siguiente paso es introducir el extrusor (E1) en el conjunto anterior. Sujetarlo

mediante la abrazadera (3E), la cual se une al elemento 1E atornillándola debida-

mente con su tornillo y tuerca. 1 min 40 s.

Figura 61. Paso 27.

28. Introducir el elemento conductor de alimentación (E2) y acoplarle el motor NEMA

17 42x42x23.5 (E3). Con esto ya estará montado el conjunto de los ejes X e Y con

el conjunto extrusor. 4 min 25 s.

84

Figura 62. Paso 28.

29. Acoplar los soportes superiores en los perfiles de aluminio uniendo el conjunto an-

terior de los ejes X e Y y extrusor con el bastidor de la impresora 3D. 30 s.

Figura 63. Paso 29.

30. Los siguientes pasos se refieren al montaje de la tapa de la impresora 3D, donde se

montarán también los elementos de soporte del filamento del material de impresión.

Colocar las piezas de tapa 1 (1T) como se observa en la siguiente imagen. 30 s.

85

Figura 64. Paso 30.

31. Insertar las varillas de aluminio 5x440 (3T) en el interior de los embellecedores su-

periores (2T) tal y como se muestra en la siguiente imagen. 4 min 40 s.

Figura 65. Paso 31.

32. Unir los cuatro conjuntos que se hayan ensamblado en el paso anterior a los ele-

mentos 1T. 1 min 20 s.

Figura 66. Paso 32.

86

33. El conjunto anterior se ensamblará posteriormente con el conjunto que es necesario

ensamblar previamente. En primer lugar se colocarán los elementos pieza tapa 2

(4T) tal y como se muestran en la siguiente imagen. 30 s.

Figura 67. Paso 33.

34. Introducir en las barras de aluminio 15x290.45 (9T) los dos elementos Unión barras

1 (7T). Una vez introducidos estos, encajar las barras en los elementos 4T. 1 min

20 s.

Figura 68. Paso 34.

35. Es necesario ensamblar el conjunto de soporte de la bobina de filamento de mate-

rial de impresión 3D. Para ello es necesario, en primer lugar, colocar los elemento

Unión barras 2 (8T). En la barra de aluminio 15x320.45 (6T) acoplar el elemento

soporte de bobina (10T) y sobre este elemento colocar la bobina para el material

(O2). 1 min 30 s.

87

Figura 69. Paso 35.

36. Colocar la barra de aluminio 15x120 (5T) uniendo los elementos 7T con los ele-

mentos 8T. 40 s.

Figura 70. Paso 36.

37. Finalmente, introducir las barras de aluminio 15x120 en los orificios de los elemen-

tos 2T y encajar este conjunto con los elementos 1T. El conjunto de la impresora

estaría listo. 1 min 20 s.

88

Figura 71. Paso 37. Impresora 3D de polímeros montada.

4.3.2. Proceso de montaje del extrusor de chocolate

1. Colocar las piezas del contenedor de chocolate (2C) en el interior del contenedor de

agua (3C) de tal forma que queden los orificios de los taladros para la unión me-

diante atornillado concéntricos. 40 s.

Figura 72. Unión de los contenedores de agua y chocolate.

89

2. Introducir la boquilla del extrusor (1C) y unir los tres elementos mediante los torni-

llos, arandelas y tuercas correspondientes. 3 min 40 s.

Figura 73. Unión de la boquilla del extrusor a los contenedores.

3. Unir el elemento Tapa de presión (4C) con la varilla roscada M8 (C2). Introducir

estos elementos en el interior del contenedor de chocolate. 35 s.

Figura 74. Inserción de la tapa de presión al contenedor de chocolate.

4. Colocar la tapa de unión de los contenedores (5C) sobre el contenedor de agua y

atornillar debidamente para la unión de ambos elementos. 2 min 40 s.

90

Figura 75. Recubrimiento de los contenedores y tapa.

5. Colocar el motor NEMA 17 (C3) sobre la tapa de unión de los elementos anteriores

como se muestra en la siguiente imagen. 10 s.

Figura 76. Colocación del motor NEMA 17.

6. Introducir la tuerca M8 (C1) de tope en la varilla roscada que debe llegar hasta el

elemento de la tapa de presión. Introducir la Rueda dentada M8 (6C) con sus dos

tuercas soldadas en la varilla roscada hasta una posición próxima a la horizontal

con el motor NEMA 17, tal y como se muestra en la siguiente imagen. 30 s.

91

Figura 77. Colocación de la rueda dentada a la varilla roscada.

7. Finalmente, introducir la Rueda dentada de aplicación de par (7C) sobre el motor

NEMA 17 de tal forma que quede esta acoplada con la rueda dentada M8 (6C). El

conjunto debe quedar como se muestra a continuación. 15 s.

Figura 78. Colocación de la rueda dentada de aplicación del par al motor NEMA.

92

5. MEDICIONES Y PRESUPUESTO

5.1. Mediciones

En este anexo se tendrán en cuenta las mediciones de tiempo para la construcción

de la impresora 3D completa, teniendo en cuenta la medición de las piezas diseñadas, las

piezas estándar y el montaje de todas ellas. Así mismo se tendrán en cuenta los pesos de

cada pieza para el cálculo final del peso de la máquina.

5.1.1. Piezas diseñadas

En este apartado se tendrá en cuenta la suma total del tiempo de fabricación de to-

das las piezas que han sido diseñadas e impresas en 3D, así como las barras de acero y

aluminio, y los embellecedores de aluminio que han sido mecanizados por corte. También

se incluirán las masas totales de los componentes.

Ref. Cant.

Horas de

Fabricación y

masa por

unidad

Horas

totales

Masa

total Representación

1B 4 8h 23min

106 g/ud.

25h

32min 424 g

2B 12 9h 22 min

112 g/ud.

112h

24min 1344 g

93

3B 1 13h 24 min

169 g

13h

24min 169g

4B 1 12h 36 min

163 g

12h

36min 163g

5B 1 13h 57 min

186 g

13h

57min 186g

6B 1 13 h 57 min

186 g

13h

57min 186g

7B 2 10 min

248 g/ud. 20min 496 g

8B 1 15 min

210g 15min 210 g

94

9B 1 25 min

115 g 25min 115 g

10B 3 2 min

145,5 g/ud. 6min 436,5 g

11B 1 2 min

1125 g 2min 1125 g

12B 1 1 min

562,5 g 1min 562,5 g

13B 4 1 min

190,5 g/ud. 4min 762 g

95

14B 4 1 min

183 g/ud. 4min 732 g

15B 4 3 min

197 g/ud. 12min 788 g

1X 2 1h 44 min

22 g/ud. 3h 28min 44g

2X 2 1h 53 min

23 g/ud. 3h 46min 46g

3X 1 1 min

182 g 1min 182 g

96

1Y 1 2h 5min

27 g 2h 5min 27g

2Y 1 2h 14 min

27 g 2h 14min 27g

3Y 1 1h 43min

21 g 1h 43min 21g

4Y 1 1h 48 min

22 g 1h 48min 22g

5Y 1 1 min

182 g 1min 182 g

97

1E 1 4h 2 min

49 g 4h 2min 49g

2E 2 42 min

8 g/ud. 1h 24min 16g

3E 1 23 min

4 g 23min 4g

1Z 1 41 min

9 g 41min 9g

2Z 1 44 min

9 g 44min 9g

98

3Z 1 1 min

0,5 g 1min 0,5 g

4Z 4 48 min

9 g/ud. 3h 12min 36g

5Z 2 1h 8 min

13 g/ud. 2h 16min 26g

6Z 2 2h 18 min

30 g/ud. 4h 36min 60g

7Z 2 1 min

84 g/ud. 2min 168 g

99

8Z 1 1 min

42 g 1min 42 g

9Z 8 43 min

10 g/ud. 5h 44min 80g

10Z 1 1 min

12 g 1min 12 g

11Z 1 1 min

13,5 g 1min 13,5 g

12Z 1 1 min

16 g 1min 16 g

13Z 1 1 min

20,5 g 1min 20,5 g

100

14Z 1 1 min

21,5 g 1min 21,5 g

15Z 2 1 min

32 g/ud. 2min 64 g

16Z 2 3h 14 min

41 g/ud. 6h 28min 82g

17Z 1 5 min

562,5 g 5min 562,5 g

1T 4 5h 32 min

72 g/ud. 22h 8min 288g

2T 12 4h 56 min

53 g/ud.

59h

12min 636g

101

3T 8 1 min

23,5 g/ud. 8min 188 g

4T 4 3h 24 min

41 g/ud.

13h

36min 164g

5T 6 1 min

57,25 g/ud. 6min 343,5 g

6T 4 1 min

153 g/ud. 4min 612 g

7T 2 1h 16 min

15 g/ud. 2h 32min 30g

102

8T 2 1h 39 min

21 g/ud. 3h 18min 42g

9T 1 1 min

138,5 g 1min 138,5 g

10T 1 4h 40 min

60 g 4h 40min 60g

1P 2 10 min

1 g 20min 2g

2P 2 9 min

1 g 18min 2g

103

3P 1 5 min

142 g 5min 142 g

1C 1 1 h 45 min

21 g

1h 45

min 21 g

2C 1 2h 35 min

144 g

2 h 35

min 144 g

3C 1 3h 10 min

356 g

3h 10

min 356 g

4C 1 35 min

116 g 35 min 116 g

5C 1 20 min

150 g 20 min 150 g

104

6C 1 2 h 10 min

54g

2h 10

min 54 g

7C 1 2h 10 min

49 g

2h 10

min 49 g

TIEMPO

BASTIDOR

IMPRESORA

3D

14 días

2 h

53 min

11848 g MASA BASTIDOR

IMPRESORA 3D

TIEMPO

EXTRUSOR

POLÍMEROS

5 h

27 min 339.5 g

MASA EXTRUSOR

POLÍMEROS

TIEMPO

EXTRUSOR

CHOCOLATE

12h 45

min 890 g

MASA EXTRUSOR

CHOCOLATE

TIEMPO

TOTAL →

14 días

21 h

24 min

13079.5

g ← MASA TOTAL

Tabla 8. Mediciones de las piezas diseñadas.

105

5.1.2. Piezas estándar

En este apartado se tendrá en cuenta la suma total del tiempo de fabricación para

esta impresora de las piezas estándar, siendo este 0 si únicamente se corresponde al tiempo

de compra de la misma. Así mismo también se incluirán las masas totales de todos los

elementos.

Ref. Cant.

Horas de

fabricación y

masa por

unidad

Horas

totales

Masa

total Representación

B1 4 0 min

75 g/ud. 0 min 300 g

B2 8 0 min

2 g/ud. 0 min 16 g

B3 8 0 min

1 g/ud. 0 min 8 g

B4 8 0 min

1 g/ud. 0 min 8 g

106

B5 8 0 min

7 g/ud. 0 min 56 g

B6 8 0 min

1 g/ud. 0 min 8 g

P1 1 0 min

5 g 0 min 5 g

P2 1 0 min

5 g/ud. 0 min 5 g

P3 1 0 min

2 g/ud. 0 min 2 g

X1,

Y1,

Z1

3 0 min

299 g/ud. 0 min 897 g

X2,

Y2,

Z2

12 0 min

42 g/ud. 0 min 504 g

107

X3,

Y3 4

1 min

15 g/ud. 4 min 60 g

X4,

Y4 8

0 min

12 g/ud. 0 min 96 g

X5,

Y5 12

0 min

10 g/ud. 0 min 120 g

Z3 16 0 min

3 g/ud. 0 min 48 g

Z4 4 0 min

4 g/ud. 0 min 16 g

Z5 4 0 min

8 g/ud. 0 min 32 g

Z6 4 0 min

1 g/ud. 0 min 4 g

108

Z7 4 0 min

2 g/ud. 0 min 8 g

Z8 1 0 min

1025 g 0 min 1025 g

E1 1 0 min

143 g 0 min 143 g

E2 1 0 min

167 g 0 min 167 g

E3 1 0 min

170 g 0 min 170 g

109

O1 1 0 min

800 g 0 min 800 g

O2 1 0 min

1115 g 0 min 1115 g

O3 1 0 min

82 g/ud. 0 min 82 g

O4 1 0 min

73 g/ud. 0 min 73 g

O5 4 0 min

2 g/ud. 0 min 8 g

O6 10 0 min

8 g/ud. 0 min 80 g

110

O7 1 0 min

32 g 0 min 32 g

O8 1 0 min

67 g 0 min 67 g

C1 3 0 min

4 g 0 min 12 g

C2 1 1 min

62 g 1min 62 g

C3 1 0 min

299 g 0 min 299 g

TIEMPO

BASTIDOR

IMPRESO-

RA 3D

4 min 4360 g MASA BASTIDOR

IMPRESORA 3D

TIEMPO

EXTRUSOR

POLÍME-

ROS

0 min 1595 g MASA EXTRUSOR

POLÍMEROS

111

TIEMPO

EXTRUSOR

CHOCOLA-

TE

1 min 373 g MASA EXTRUSOR

CHOCOLATE

TIEMPO

TOTAL → 5 min 6328 g ← MASA TOTAL

Tabla 9. Mediciones de las piezas estándar.

5.1.3. Tiempos de montaje

Tiempo total de montaje de todos los ele-

mentos que forman la impresora 3D de

polímeros

1 h 28 min 50 s

Tiempo total de montaje de todos los ele-

mentos que forman el extrusor de chocola-

te.

8 min 30 s

Tiempo total de montaje 1 h 37 min 20 s

Tabla 10. Tiempos totales de montaje.

5.1.4. Masa total de la impresora 3D

Masa de los componentes estándar que

integran la impresora 3D de polímeros 5955 g

Masa de los componentes diseñados que

integran la impresora 3D de polímeros 12187.5 g

Masa de los componentes estándar que

integran el extrusor de chocolate 373 g

Masa de los componentes diseñados que

integran el extrusor de chocolate 890 g

Masa total 19405.5 g

Tabla 11. Masa total de la impresora 3D.

112

5.1.5. Tiempo total de montaje y fabricación de la impresora 3D

Tiempo de fabricación de los componen-

tes estándar que integran la impresora 3D

de polímeros.

4 min

Tiempo de fabricación de los componen-

tes estándar que integran el extrusor de

chocolate.

1 min

Tiempo de fabricación de los componen-

tes diseñados que integran la impresora

3D de polímeros.

14 días 8 h 10 min

Tiempo de fabricación de los componen-

tes diseñados que integran el extrusor de

chocolate.

12 h 45 min

Tiempo de montaje de los elementos que

integran la impresora 3D de polímeros. 1 h 28 min 50 s

Tiempo de montaje de los elementos que

integran el extrusor de chocolate. 8 min 30 s

Tiempo total 14 días 22 h 38 min 5 s

Tabla 12. Tiempo total de montaje de la impresora 3D y el extrusor de chocolate.

113

5.2. Presupuesto

5.2.1. Introducción

En el apartado del presupuesto se tomarán en cuenta los precios de todos los mate-

riales que han sido incluidos en la impresora 3D, analizándose con ello el coste final de la

impresora 3D. Por un lado se estudiarán los costes de las piezas estándar, por otro el coste

de las piezas que han sido diseñadas y ha sido preciso utilizar la tecnología de impresión

3D o han sido compradas por catálogo y ha sido preciso mecanizarlas, principalmente por

corte.

Por otro lado también se tendrán los costes asociados al diseño de la impresora tal y

como se indica en el resumen de los presupuestos.

5.2.2. Coste de piezas estándar

El coste de las piezas estándar se llevará a cabo en función de los precios a los que

estas han sido comprados. En el caso de que las piezas hayan sido compradas en lotes ma-

yores a las piezas que se van a emplear en este proyecto, se utilizará la proporción del pre-

cio de los elementos empleados.

Referencia Cant. Precio por ud. Precio total Representación

B1 4 2,66 € 10,65 €

B2 8 0,05 € 0,40 €

114

B3 8 0,02 € 0,16 €

B4 8 0,02 € 0,16 €

B5 8 0,08 € 0,64 €

B6 8 0,02 € 0,16 €

P1 1 0,20 € 0,20 €

P2 1 0,08 € 0,08 €

P3 1 0,02 € 0,02 €

115

X1, Y1, Z1 3 7,90€ 23,70€

X2, Y2, Z2 12 1,26 € 15,12 €

X3, Y3 4 9,99€/bobina 5m 7,60 €

X4, Y4 8 0,50 € 4,00 €

X5, Y5 12 0,10 € 1,20 €

Z3 16 0,24 € 3,84 €

116

Z4 4 0,75 € 3,00 €

Z5 4 0,15 € 0,60 €

Z6 4 0,025 € 0,10 €

Z7 4 0,045€ 0,18 €

Z8 1 52,42 € 52,42 €

E1 1 14,99 € 14,99 €

117

E2 1 32,50 € 32,50 €

E3 1 6,60 € 6,60 €

O1 1 24,88 € 24,88 €

O2 1 20,00 € 20,00 €

O3 1 13,99 € 13,99 €

118

O4 1 8,00 € 8,00 €

O5 4 2,52 € 10,08 €

O6 10 1,535 € 15,35 €

O7 1 10,69 € 10,69 €

O8 1 6,99 € 6,99 €

C1 3 0,03 € 0,09 €

119

C2 1 2,20€/1 m 0,44 €

C3 1 7,90€ 7,90€

COSTES

BASTIDOR

IMPRESORA

3D

234,21 €

COSTES

ASOCIADOS

EXTRUSOR

POLÍMEROS

54,09 €

COSTES

EXTRUSOR

CHOCOLATE

8,43 €

COSTE TO-

TAL 296,73 €

Tabla 13. Presupuesto de las piezas estándar de la impresora 3D y extrusor de chocolate.

120

5.2.3. Coste de piezas diseñadas

En el caso de las piezas de impresión 3D, se deberá tener en cuenta que para un

presupuesto no sólo se tiene que poner en valor el precio del material, si no también incluir

los costes de luz, amortización y de los operarios, así como otros gastos asociados como

los de fallos de impresión. En la siguiente imagen se expone un ejemplo de lo que supon-

dría un gasto de una impresión 3D.

Gráfica 2. Componentes del precio de la impresión 3D en empresas dedicadas a ello.

En las piezas de impresión de este Trabajo Fin de Grado, el precio total de la im-

presión 3D de las piezas supone dos terceras partes del coste de la impresión sólo debido a

los costes asociados por amortización y costes por operarios. Para ejemplificar, una pieza

de 50 gramos que puede suponer el coste de 1 euro en su impresión supondrá un coste final

de 3 euros.

121

Referencia Cant. Precio por ud. Precio total Representación

1B 4 6,36 € 25,44 €

2B 12 6,72 € 80,64 €

3B 1 10,14 € 10,14 €

4B 1 9,78 € 9,78 €

5B 1 11,16 € 11,16 €

122

6B 1 11,16 € 11,16€

7B 2 5,00 € 10,00 €

8B 1 7,00 € 7,00 €

9B 1 15,00 € 15,00 €

10B 3 7,61 € 22,83 €

11B 1 4,00 € 4,00 €

12B 1 3,00 € 3,00 €

123

13B 4 3,135 € 12,54 €

14B 4 3,01€ 12,04 €

15B 4 2,50 € 10,00 €

1X 2 2,64 € 5,28 €

2X 2 2,76 € 5,52 €

3X 1 3,07 € 3,07 €

124

1Y 1 1,62 € 1,62 €

2Y 1 1,62 € 1,62 €

3Y 1 1,26 € 1,26 €

4Y 1 1,32 € 1,32 €

5Y 1 3,07 € 3,07 €

1E 1 2,97 € 2,97 €

125

2E 2 0,48 € 0,96 €

3E 1 0,24 € 0,24 €

1Z 1 0,54 € 0,54 €

2Z 1 0,54 € 0,54 €

3Z 1 0,15 € 0,15 €

4Z 4 0,54 € 2,16 €

126

5Z 2 0,78 € 1,56 €

6Z 2 1,80 € 3,60 €

7Z 2 1,47 € 2,96 €

8Z 1 0,56 € 0,56 €

9Z 8 0,30 € 2,40 €

10Z 1 0,18 € 0,18 €

11Z 1 0,19 € 0,19 €

127

12Z 1 0,25 € 0,25 €

13Z 1 0,31 € 0,31 €

14Z 1 0,32 € 0,32 €

15Z 2 0,44 € 0,88 €

16Z 2 2,46 € 4,92 €

17Z 1 5,50 € 5,50 €

1T 4 4,32 € 17,28 €

128

2T 12 3,18 € 38,16 €

3T 8 0,26 € 2,08 €

4T 4 2,46 € 9,84 €

5T 6 0,82 € 4,92 €

6T 4 2,23 € 8,92 €

7T 2 0,90 € 1,80 €

129

8T 2 1,26 € 2,52 €

9T 1 2,02 € 2,02 €

10T 1 3,60 € 3,60 €

1P 2 0,60 € 1,20 €

2P 2 0,60 € 1,20 €

3P 1 8,45 € 8,45 €

130

1C 1 23,25 € 23,25 €

2C 1 42,57 € 42,57 €

3C 1 64,23 € 64,23 €

4C 1 10,72 € 10,72 €

5C 1 5,50 € 5,50 €

6C 1 38,50 € 38,50 €

7C 1 38,50 € 38,50 €

131

COSTES

BASTIDOR

IMPRESORA

3D

386,56 €

COSTES

ASOCIADOS

EXTRUSOR

POLÍMEROS

14,11 €

COSTES

EXTRUSOR

CHOCOLATE

223,27 €

COSTE

TOTAL 623,94 €

Tabla 14. Costes de las piezas diseñadas de la impresora 3D y del extrusor de chocolate.

132

5.2.4. Resumen de presupuestos

Los costes asociados a la impresora 3D derivan de los costes debidos a las piezas

estándar que son necesarias para la fabricación de la impresora y su funcionamiento; las

piezas que han sido diseñadas y que no pueden ser adquiridas sin su previa impresión 3D o

mecanizado; y los costes derivados al tiempo empleado por el diseñador para la confección

de la impresora 3D.

El desglose de todos los precios se puede observar a continuación:

Costes asociados a las piezas estándar de

la impresora 3D de polímeros 288,30 €

Costes asociados a las piezas estándar

para la adaptación a la impresora 3D de

chocolate

8,43 €

Costes asociados a las piezas diseñadas de

la impresora 3D de polímeros

400,67 €

Costes asociados a las piezas diseñadas

para la adaptación a la impresora 3D de

chocolate

223,27 €

Coste total de la fabricación de la impre-

sora 3D de polímeros 688,97 €

Coste total de la fabricación para la adap-

tación a la impresora 3D de chocolate 231,70 €

Coste/h asociado al diseño de la impresora

y la adaptación por parte de un ingeniero

mecánico

8,035 €/h

Coste total asociado al diseño de la impre-

sora y la adaptación por parte de un inge-

niero mecánico en 300 h

2410,50 €

Coste total del diseño y fabricación de la

impresora 3D y adaptación a una impreso-

ra 3D de chocolate

3331,17 €

Tabla 15. Desglose de los presupuestos.

133

6. CONCLUSIONES

Se concluye que:

1. No se ha conseguido el objetivo de fabricar una impresora 3D con un coste inferior

a 500 euros debido a los sobrecostes asociados a las piezas de impresión 3D. Esto

indica que el coste de la fabricación aditiva aún precisa de su optimización para que

sea más barato imprimir un modelo. En cambio, esto es debido a los sobrecostes

que las empresas de fabricación por impresión 3D aplican tal y como se indica en el

punto 5.2.3. Coste de piezas diseñadas.

2. Se pueden realizar diseños alternativos a los que se utilizan actualmente en la im-

presión 3D. Se puede optimizar aún mucho esta tecnología de fabricación.

3. No es recomendable imprimir chocolate con un extrusor cuyo movimiento se reali-

ce en los ejes X e Y, si no que se recomienda que el movimiento del extrusor se

aplique únicamente al eje Z.

4. Es necesario tener en muy en cuenta las propiedades de las barras para que no se

genere deflexión en las mismas debido a la masa de los extrusores.

5. El diseño de elementos no estandarizados debe limitarse para evitar sobrecostes de-

bidos a la fabricación de los mismos.

6. Se han conseguido desarrollar mecanismos alternativos a los que se pueden obser-

var en las actuales impresoras 3D de polímeros.

7. Para evitar el sobrepeso de la estructura, se ha decidido no utilizar el mecanismo de

tolva en la adaptación de la impresora, principalmente por el movimiento de los

ejes del extrusor. En cambio esto puede ser objetivo de estudio para la optimización

de esta impresora 3D.

134

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Ultimaker, Ficha de datos técnicos PLA. España. Versión 3.011, 2017.

Ruiz, J., Diseño de una plataforma articulada de tijera con activación hidráulica para

elevar una carga nominal de 3000 kg salvando una elevación entre cotas de 4 m en el inte-

rior de un almacén, Universidad Politécnica de Cartagena. Cartagena, 2013.

Ultimaker, Manual de instalación y uso. Manual original versión 1.0, 2016.

Martínez, D., Montaje de una impresora 3D, en autoría de las I Jornadas de Impresión 3D

(EPSL), Linares, 2017.

Bonet, L., Estudi de l’extrusió de la xocolata mitjançant la tecnología d’impressió 3D.

Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona, 2016.

Nualart, J., Fabricació d’impressora 3D Prusa Mendel i disseny i validesa d’un extrusor

per imprimir xocolata. Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona, 2015.

Antonio Lanzotti, Marzio Grasso, Gabriele Staiano, Massimo Martorelli., The impact of

process parameters on mechanical properties of parts fabricated in PLA with an open-

source 3-D printer. Rapid Prototyping Journal, Vol. 21 Issue: 5, pp.604-617. Nápoles,

2015.

Moreno, Carlos F., Construcción de máquina dosificadora de chocolate. Universidad

Tecnológica de Pereira. Pereira, 2015.

Sung‐Hoon Ahn, Michael Montero, Dan Odell, Shad Roundy, Paul K. Wright, Anisotropic

material properties of fused deposition modeling ABS, Rapid Prototyping Journal, Vol. 8

Issue: 4, pp.248-257. Berkeley, 2002.

Sanchez, C., Diseño y fabricación de una impresora 3D. Universidad Jaime I. Barcelona,

2015.

Armada, D., Desarrollo de impresora 3D open-source. Propuesta e implementación de

nuevas dimensiones y mejoras estructurales.

135

ANEXOS

136

137

138

ANEXO I: MANEJO DE LA IMPRESORA

A continuación se explicarán los pasos que se deberían de tener en cuenta a la hora

de la puesta en marcha de la impresora 3D.

Preparación inicial de la impresora

1. En primer lugar se tienen que instalar los Drivers para que se pueda imprimir direc-

tamente desde el ordenador a la impresora. En caso de no querer realizar esto,

siempre se podrá enviar el archivo a una memoria externa como un pen-drive o una

tarjeta de memoria y conectarla a los puertos del controlador Arduino de la Impre-

sora 3D.

2. Conectar la impresora 3D a la corriente eléctrica, y en el caso de que se quiera co-

nectar al PC, conectar ambos puertos USB.

3. Alimentar debidamente a la impresora con el material con el que se quiera impri-

mir. Se ha de introducir el filamento en el tubo hasta que salga aproximadamente

10 cm por el otro extremo del tubo. Introducir el extremo del filamento en el aguje-

ro del cabezal de extrusión.

4. Encender la impresora 3D.

5. Con los drivers debidamente instalados, pulsar “Impresión 3D” e “Iniciar”. Tras es-

to se alinearán los ejes en función de cómo se hayan programado los mismos.

Impresión

Para imprimir un archivo STL se seguirán los siguientes pasos:

1. En primer lugar se utilizará un archivo de la web que se utiliza para la impresión de

la primera pieza prueba de una impresora 3D.

2. Ejecutar el archivo dentro del software que se vaya a emplear para la impresión 3D.

En nuestro caso, el software Cura.

139

3. Comprobar que las dimensiones se corresponden con las de la cama caliente y las

del diseño de la pieza. En caso contrario, escalar la pieza.

4. Dentro de Cura se podrá determinar la velocidad de impresión y la calidad con la

que se desea tener el acabado de la pieza.

5. Se guarda el archivo en .gcode y ya estará listo para ser enviado a la impresora.

6. Una vez es enviado el archivo a la impresora (desde una memoria externa o desde

el mismo ordenador), la impresora comenzará a calentar la cama caliente y el extru-

sor. Puede ejecutarse directamente desde Cura clicando la opción Print.

7. Comprobar que todas las paredes y puertas se encuentran correctamente cerradas.

8. La impresora 3D comenzará a imprimir, desechando en primer lugar un poco del

material de impresión que suele resultar defectuoso del precalentado, y posterior-

mente comenzará a imprimir en la zona donde se ha indicado la impresión.

Retirada del modelo

Cuando el modelo haya terminado de imprimirse, la impresora avisará con una señal

acústica, y el extrusor y la cama caliente dejarán de calentar. Hay que seguir una serie de

pasos para la retirada del modelo:

1. Esperar unos minutos a que se enfríe la cámara y las partes calientes para evitar

quemarse.

2. Utilizar guantes a la hora de retirar el modelo.

3. Emplear una espátula o una herramienta similar para retirar la pieza de la cama ca-

liente o de la base de impresión.

4. Si el modelo cuenta con material de soporte, eliminarlo.

5. Cuando todos los elementos estén fríos, limpiar la cámara, en especial la cama ca-

liente.

140

Opciones de impresión

Dentro del software Cura podemos ver las siguientes opciones para la impresión de

las piezas:

En este cuadro se dimensionarán correctamente las dimensiones de nuestra impre-

sora 3D y de sus ejes.

141

142

143

ANEXO II: MANTENIMIENTO DE LA IMPRESORA

Para que la impresora 3D pueda contar con una vida mayor de la de diseño, es ne-

cesario que se realice un mantenimiento de la misma. Para ello será necesario tener en

cuenta los siguientes pasos:

Cambio de material

Retirar el material sobrante de la impresora. Inicializar la impresora y seleccionar

“Impresión 3D” → “Mantener”. Pulsar en “Retirar” y el sistema automáticamente comen-

zará a calentar el extrusor. Cuando se llegue a la temperatura correcta, la impresora avisará

y se podrá retirar el material con delicadeza.

Colocar un nuevo rodillo de material en el soporte de la bobina, y tirar del hilo a

través del tubo de filamento hasta que esté aproximadamente unos 10 centímetros por fuera

del tubo. Insertar el hilo en la parte superior del cabezal del extrusor.

Seleccionar "Mantener" en el menú "Impresión 3D". Pulsa el botón "Extruido" en

el cuadro de diálogo "Mantener". Cuando el extrusor se haya calentado hasta 260°C, la

impresora avisará con un pitido. Es necesario empujar el filamento por el agujero de la

parte superior del cabezal del extrusor, con un poco de presión, y el extrusor automática-

mente extruirá material. El hilo de plástico extruido fuera de la boquilla debe ser delgado,

brillante y suave.

Limpieza del extrusor

Para que no haya obstrucciones dentro del extrusor es necesario, cada ciertas im-

presiones, realizar una limpieza del mismo. El material de impresión ha podido ir dejando

pequeños restos que se acumular hasta obstruir el orificio de extrusión.

144

Precalentar el extrusor para fundir el material que haya podido quedar en el extru-

sor. Utilizar el botón “Extruir” en el cuadro de diálogo “Mantener”, y bajar la plataforma

hasta el fondo.

Utilice un material resistente al calor, como ropa de algodón 100%. También será

preciso un par de pinzas. Pegar el paño con las pinzas para limpiar el filtro (algunos usua-

rios también bañan el extrusor en acetona para limpiarlo, o incluso le hacen un baño de

ultrasonidos).

Lubricación de los rodamientos

Para el correcto funcionamiento de los rodamientos y que el desgaste no sea tan

progresivo, se recomienda lubricarlos con grasa de litio. Para lubricar los cojinetes, si ya se

encontraban engrasados con anterioridad, se recomienda retirar y limpiar todos los restos

de la grasa antigua. Aplicar el nuevo lubricante en el rodamiento y deslizar la plataforma

en la dirección apropiada para extenderlo.

Recambio de piezas desgastadas

En el caso de que alguna pieza resulte dañada o se desgaste por el uso, como podría

ser el caso de la correa de los ejes, será necesario cambiar la misma antes de que un fallo

pueda ocasionar daños mayores a la pieza. Esto es lo que se llama mantenimiento preven-

tivo de la impresora 3D.

145

ANEXO III: RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD

1. Revisar con regularidad los componentes electrónicos y la instalación eléctrica. No

abusar del tiempo que están encendidos y alejarlas de materiales inflamables y de

líquidos en el caso de los componentes eléctricos.

2. Evitar sobrecargar los circuitos eléctricos porque puede favorecer los incendios. No

colocar nada por encima de los artefactos que pueda ser recalentado y prenderse

fuego.

3. Mantener limpio el metacrilato.

4. Tener la precaución de no dejar cerca nada que pueda caer en la impresora y causar

un incendio, o tener cerca de la impresora 3D algún electrodoméstico u objeto que

genere chispas que puedan saltar y prender fuego.

5. Mantener la impresora 3D a una distancia aproximada de, al menos, 1 metro de cor-

tinas, muebles y cualquier otro tipo de material inflamable.

6. No dormirse jamás con la impresora encendida. Revisar la impresión constante-

mente.

7. Ante el más mínimo olor, molestia o ardor de ojos, mareos o problemas para respi-

rar, apagar la impresora, ventilar el lugar y revisar todos los componentes.

8. Mantener fuera del alcance de los niños.

9. Se recomienda supervisar las primeras impresiones por personal cualificado.

146

ANEXO IV: NORMATIVA

Para el diseño de la impresora 3D, se debe aplicar la normativa de obligado cum-

plimiento y la de no obligado cumplimiento para impresoras 3D que hay en la actualidad.

Normativa de obligado cumplimiento

En la referente al diseño de la impresora, se deben aplicar las:

UNE-EN 60335-1:2012/A13:2017 Aparatos electrodomésticos y análogos. Se-

guridad. Parte 1: Requisitos generales. De donde se extraen los requisitos de di-

seño en partes móviles, partes calientes, y aparatos eléctricos con estructuras metá-

licas su correspondiente protección de plástico aislante o toma tierra en el enchufe.

UNE-EN ISO 12100:2012 Seguridad de las máquinas. Principios generales pa-

ra el diseño. Evaluación del riesgo y reducción del riesgo.

UNE-EN ISO 12100-2:2004/A1:2010 Seguridad de las máquinas. Conceptos

básicos, principios generales para el diseño. Parte 2: Principios técnicos. Modi-

ficación 1.

UNE-EN 60204-1:2007 CORR:2010 Seguridad de las máquinas. Equipo eléc-

trico de las máquinas. Parte 1: Requisitos generales.

UNE-EN ISO 13849-1:2008/AC:2009 Seguridad de las máquinas. Partes de los

sistemas de mando relativas a la seguridad. Parte 1: Principios generales para

el diseño. (ISO 13849-1:2006/Cor 1:2009).

En lo referente al chocolate, se debe aplica la UNE-EN ISO 23275-2:2009 Aceites y

grasas de origen animal y vegetal. Equivalentes de mantequilla de cacao en mantequi-

lla de cacao y tabletas de chocolate. Parte 2: Cuantificación de los equivalentes de man-

tequilla de cacao (ISO 23275-2:2006).

147

Normativa de no obligado cumplimiento

Cuestiones jurídicas relacionadas con la Propiedad Intelectual

1. Descarga ilegal de modelos 3D: La descarga de modelos 3D sólo será legal cuan-

do el autor del modelo autorice a su descarga.

2. Transformación de modelos 3D: Al igual que en la descarga, el autor del modelo

tendrá la potestad de indicar si el modelo podrá ser modificado o no.

3. Creación de modelos: El usuario que cree mediante un software de diseño una

pieza en tres dimensiones tendrá la propiedad intelectual de la misma, pero si deci-

de compartir la pieza en la red, aportando los derechos necesarios para su descarga,

difusión y transformación, este derecho de propiedad intelectual se verá afectado.

4. Canon digital: Cuando el usuario adquiera lícitamente una copia privada de un

modelo en 3D para su reproducción, este deberá de aportar un pago al autor del di-

seño en función del número de copias que reproduzca.

Cuestiones jurídicas conflictivas en el ámbito de la propiedad industrial

1. Diseño industrial: Un molde o plano tridimensional novedoso y singular puede ser

objeto de protección de un diseño industrial. Esta protección opera de forma similar

a como lo hace la patente, por lo que su impresión o fabricación privada también

podría ser ilegal.

2. Patente: Las impresoras 3D son capaces de imprimir objetos patentados; es decir,

piezas de maquinaria, utensilios y otros elementos útiles cuyo monopolio de explo-

tación ha comprado una persona o empresa. El titular de una patente adquiere el de-

recho temporal de ser el único que pueda fabricar el objeto. Si un usuario fabrica en

su domicilio dicho objeto patentado, estará vulnerando la patente, por lo que dicha

impresión será ilegal.

3. Marca tridimensional: La impresión de objetos cuya forma coincida con una mar-

ca tridimensional, puede ser ilegal en determinados casos coincidiendo con la re-

presentación de un envase u envoltorio de una marca concreta que difiera de los

que se encuentran habitualmente en el mercado.

148

Derechos de imagen

1. Muñecos personalizados: Está prohibido realizar copias (de cualquier tamaño) de

personas reales, a menos que el individuo copiado haya dado su consentimiento ex-

preso para ello.

Ilegalidades

1. Imprimir armas: Es ilegal imprimir un arma de fuego (que pueda lanzar un pro-

yectil por la acción de un combustible propulsor), conforme se estipula en el Real

Decreto 137/1993 y en el Código Penal. Las sanciones pueden llegar hasta los 3

años de cárcel.

2. Imprimir contenidos ilícitos: También es ilegal, y puede ser motivo de condena

(incluso privativa de libertad), la impresión de imágenes en 3D de determinados

contenidos cuya fabricación o mera posesión, conforme estipula la normativa penal,

es delictiva.

149

ANEXO V: PLANOS

150