Prototipo de CNC para la impresión de figuras 3D CNC ...

Preparación de Artículos revista VISIÓN ELECTRÓNICA: algo más que un estado sólido Fecha de envío:20/11/2019

Fecha de recepción:20/11/2019 Fecha de aceptación:

Prototipo de CNC para la impresión de figuras 3D

CNC PROTOTYPE FOR PRINTING 3D FIGURES

C.YAYA1∗ J.ROJAS2**A.FONSECA 3***

Resumen: Este artículo describe el desarrollo de una estructura que permita la

fabricación de piezas en 3D la máquina funcionara por medio de un sistema de control

numérico controlado por un microcontrolador y accionado por un conjunto de motores

paso a paso.

Teniendo en cuenta que a medida que los proyectos adquieren mayor dificultad

requieren una mayor exactitud en sus piezas y que realizar éstos procesos de creación de

piezas 3D por métodos manuales presenta bastantes inconvenientes (efectos

perjudiciales en la salud, inversión de mucho tiempo y dedicación, imperfecciones, etc),

en una universidad se hace relevante el tener una herramienta que satisfaga éstas

exigencias.

Palabras clave: Control de movimiento, Control de procesos, Control numérico de

computadora, Modelado de Sólidos, Planificación de ruta.

1∗ Cristian Andrés Álvarez Yaya, Estudiante de Tecnología en Electrónica, Universidad Distrital, Colombia. E-mail: [email protected] 2** Juan Manuel Rojas Cartagena. Estudiante de Tecnología en Electrónica, Universidad Distrital, Colombia. E-

mail: [email protected] 3*** Aldemar Fonseca Velásquez. Profesor Universidad Distrital, Colombia. e-mail: [email protected]

Abstract: This article describes the development of a structure that allows the

manufacture 3D parts. The machine will operate by means of a numerical control

system controlled by a microcontroller and driven by a set of stepper motors.

Taking into account that as projects become more difficult, they require greater

accuracy in their parts and that performing these processes of creating 3D parts by

manual methods has many drawbacks (harmful effects on health, long-term investment

and dedication, imperfections, etc.), in a university it becomes relevant to have a tool

that satisfies these demands.

Keywords: Motion control, Process control, Computer numerical control, Solid modeling,

Route planning.

1. Introducción

En la actualidad debido a la diversificación y a la necesidad particular de herramientas,

objetos, piezas, etc. que requieren las personas, se hace meritorio la inclusión de los

usuarios en la creación y diseño de éstos. Teniendo en cuenta factores como los costos, la

estética, el control intuitivo o amigable y la posibilidad de que el usuario no tenga

conocimientos técnicos avanzados, se origina una necesidad en la creación de una

impresora 3D que sea económica, de fácil manejo e incluso que pueda ser creada por el

mismo usuario, de ésta manera se atraen más consumidores puesto que ya que se puede

hacer en casa, no se necesita tanta información acerca del mercado de éstas e incluso,

aunque tiene bastantes aplicaciones (industriales, académicas, recreativas, etc.) se amplía el

público al que ésta orientado actualmente.



Dentro de una universidad se convierte en una gran herramienta para futuros proyectos en

distintos niveles, creando piezas en 3D y permitiendo la adecuación de más dispositivos

como cortadora laser, cama caliente; de mismo modo facilitando el uso a muchos estudiantes

de diferentes proyectos donde tendrán un fácil acceso para realizar piezas 3D, debido a que

estará dentro de una universidad.

2. Estado del Arte

En el mundo de la ciencia y tecnología han avanzado al punto de automatizar muchos

procesos, esto lleva a construir máquinas que reemplazan procesos manuales. Reduciendo

costos y tiempos, al pasar del tiempo ha habido grandes inventos tecnológicos, y uno de

ellos es el CNC (Control Numero por Computador) [1] el cual en 1725 construyeron máquinas

de tejer controladas por tarjetas perforadas, desde su creación o aparición se ha evidenciado

un aumento de proyectos de este tipo, algunos dando diferentes aplicaciones al control

numérico por computador, encarrilando en ramas como la medicina, manufactura o

simplemente fusionando esta tecnológica con otras diferentes.

Siguiendo este orden de ideas se precisó apreciar diferentes tipos de proyectos o

investigaciones

Proyectos basados en CNC que se implementan en diferentes ramas de la ciencia

Proyectos basados en CNC que se utilizan como herramienta de aprendizaje

Proyectos que fusionan el CNC con otras nuevas tecnologías

Diversos investigadores han ido mejorando el CNC; gracias a esto, se ve un gran número de

proyectos o investigaciones que son o pueden ser muy importantes para el mundo,

enfocándose en la medicina, llegando a ayudar al trasplante de órganos [2] o la creación de

prótesis [3]; también con la impresión 3D obtener una versión física de secciones del corazón

[4]. Esto en el campo de la medicina, además de los muchos campos de trabajo de esta

nuevas tecnologías y debido al fácil acceso de estas máquinas, al tenerlas en casa se puede

abordar el tema de personalización y artesanía individual [5], también en la fácil y accesible

construcción casera [6], [7] y con los diferentes tipos de materiales de construcción, llegando

a construirlas con materiales reciclados [8], Por otro lado se tiene al segundo conjunto de

documentos que son aquellos cuya intensión está orientada especialmente a la creación de

conocimiento, entre ellos encontramos los que con la creación de una impresora 3D

encuentra nuevas formas de enseñanza, como lo es la enseñanza de matemática, que por

medio de figuras realizadas estudian su geometría y trigonometría [13]; También el uso de

una impresora 3D para crear maquetas a escala de futuras construcciones civiles, y así

analizando las dificultades que todavía no han sido subsanadas antes de la construcción

[14]. Se tiene el tercer grupo de proyectos que tienen como objeto la investigación y mejora

de estas nuevas tecnologías, que buscan una mejor precisión del control numero por

computador, de mejorar la estructura del hardware y el programa del software, cambiando los

motores paso a paso por servo motores, implementando un sistemas de cinco ejes, [18]–[20]

presentando una solución al control de temperatura en el momento de la impresión, se

diseña y se construye una carcasa para las impresoras basadas en RepRap[21]

Software de modelado 3D

Cuando se habla de software relacionado con las impresoras 3D, nos podemos estar

refiriendo al firmware de la impresora, a herramientas CAM (fabricación asistida por



ordenador) o a herramientas CAD (diseño asistido por ordenador). El firmware es el

programa que reside y se ejecuta en la tarjeta controladora, enviando órdenes a los

componentes hardware. Por otro lado, las herramientas CAD son las que permiten modelas

los objetos 3D en el ordenador o en la tableta digital. Finalmente, enlazando ambos mundos,

las herramientas CAM transforman los modelos 3D a mensajes que puede entender el

firmware de la impresora, en términos de “calienta el fusor hasta 210 ºC”, “extruye 12 mm de

plástico” o “mueve 4 mm el eje x”. En esta sección se consideran los entornos CAD, aunque

la programación del firmware y el análisis de lo que hace la impresora también podría tener

una interpretación en clave matemática.[13]

3.3 Control numérico

Resulta interesante introducir el concepto de control numérico. Se trata de una máquina

capaz de realizar multitud de tareas y que ha sido el fundamento de los sistemas robóticos

más avanzados de la actualidad. La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental

en el desarrollo tecnológico del mundo hasta el punto que no es descabellado afirmar que la

tasa del desarrollo de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo

industrial.

Surge y se desarrolla a lo largo del tiempo por la exigencia de cubrir ciertas necesidades:

necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes

sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación, necesidad de obtener productos

hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para

ser controlados por un operador humano, necesidad de fabricar productos con unos costes

de producción suficientemente bajos, etc. Inicialmente, el factor predominante que condicionó

todo automatismo fue el aumento de la productividad.

Posteriormente, debido a las nuevas necesidades de la industria aparecieron otros factores

no menos importantes como la precisión, la rapidez y la flexibilidad. Básicamente se trata del

control automatizado de una máquina herramienta para la realización de determinados

trabajos mecánicos. El origen del CNC se encuentra sobre los años 50. El primer CNC real

se desarrolló por la industria aeronáutica para la realización de mecanizados complejos que

requerían de interpolación entre ejes para conseguir superficies complejas tridimensionales.

El funcionamiento básico de una maquinaria de control numérico incluye los siguientes

aspectos:

En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una

computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan varios ejes

de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr

manualmente como círculos, líneas diagonales o figuras complejas tridimensionales.

Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres

ejes para ejecutar trayectorias multidimensionales como las que se requieren para el

mecanizado de moldes complejos y troqueles.

En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y

el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí

sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar

mejor el tiempo del personal.

Al mismo tiempo que se han desarrollado los sistemas CNC han evolucionado los sistemas

de CAD/CAM. CAD/CAM es el proceso mediante el cual se utilizan las computadoras para



mejorar la fabricación, y diseñar los productos. Éstos pueden fabricarse de forma más rápida,

más precisa o con unos costes de fabricación menores, con la aplicación adecuada de

tecnología informática [22].

3.4 Proyecto RepRap (Replicating Rapid prototyper)

El Proyecto Reprap nace en el año 2.005 gracias a la idea del ingeniero Adrian Bowyer de la

Universidad de Bath, en el Reino Unido. El nombre Rerprap proviene de “Replicating Rapid

prototyper” y su filosofía desde el inicio estuvo basada en diseños y desarrollos Open

Source, motivados por su idea de que la industria nunca desarrollará una máquina auto-

replicable porque no le saldría rentable.

Al cabo de tres años consiguieron desarrollar el primer modelo de impresora 3D del Proyecto

Reprap, y así, en Febrero del año 2.008, crearon la primera impresora 3D, el modelo

conocido como Darwin; nombre inspirado del creador de La Teoría de la Evoloción, Charles

Darwin, pues tenían la idea de crear una sucesión de modelos que evolucionen más rápido

que las especies de seres vivos. A su vez, esta impresora consiguió crear su primera réplica

en Mayo de ese mismo año. El modelo Darwin que los componentes del Proyecto Reprap

terminaron en el año 2.008 es una impresora como la que se muestra en la imagen de la

ilustración 4.[23]

Ilustración2 Primer modelo de impresora 3D del proyecto RepRap [23]

3.5 Motores paso a paso

El motor a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos

eléctricos en desplazamientos angulares discretos.[24]

Ilustración3 Motores paso a paso [24]

3.6 Material De Exclusión

La elección del material que se utilizara para crear las piezas es de suma importancia puesto

que éste es el gasto que tendremos una vez realizada o adquirida una impresora 3D. En el

mercado hay 2 opciones principales, el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) y el PLA

(poliácido láctico).

ABS

Es un termoplástico derivado del petróleo. Este material es ampliamente conocido por su

dureza y resistencia a grandes impactos, por lo que es generalmente útil para piezas que no

se pueden utilizar en ambientes inferiores a -20ºC o en exceso de 80ºC.

El ABS es un material compuesto por tres grandes componentes acrilonitrilo, butadieno y

estireno. Cada uno de estos componentes aporta características diferentes a este material.

El acrilonitrilo aporta rigidez, resistencia a ataques químicos, dureza y estabilidad a altas

temperaturas. El butadieno aporta tenacidad a bajas temperaturas y resistencia a impacto.

Por último, el estireno aporta resistencia mecánica, rigidez, brillo y dureza.[29]



Debemos de tener en cuenta que al ser un material derivado del petróleo, durante la

extrusión, el ABS produce un ligero olor a plástico quemado y algunos vapores tóxicos, por lo

que es recomendable tener una buena ventilación. A parte de eso, aunque no es un material

biodegradable, sí que es reciclable. Actualmente están apareciendo unos dispositivos de

reciclado donde se deposita el ABS sobrante de las impresiones, y a partir de él se crea una

nueva bobina de filamento. [25]

PLA

El poliácido láctico o PLA es creado a partir de recursos renovables, tales como almidón de

maíz, raíces de tapioca o la caña de azúcar. La gran ventaja de este material es que es

biodegradable, no emite gases nocivos, es por ello ampliamente utilizado en el envasado de

los productos alimenticios.

Sus grandes inconvenientes son que el PLA es mucho más frágil que el ABS ya que debido

a sus componentes de biodegradabilidad hace que tenga una vida útil más corta que ABS.

Además el proceso del mecanizado, taladrado, pintado y pegado suele ser mucho más

complicado que con el ABS. [26]

En conclusión, si se buscan componentes más duraderos y resistentes a la intemperie el

ABS es la mejor opción. Pero si se desean impresiones más suaves, de más calidad y con

un material biodegradable probablemente sea mejor el PLA. Nosotros nos decidimos por

éste último, puesto que es más económico, tiene un menor impacto ambiental, necesitar

menos temperatura de extrusión y por sobre todo, el que permite un resultado más fino, ya

que el propósito de nuestro proyecto es que sea útil en nuestra carrera, dónde lo que ma´s

se exige en las piezas es precisión.

Extrusor

Los extrusores, son otro gran foco de debates, normalmente las impresoras de bajo costo

suelen montar extrusores de plástico auto-fabricados que resultan mucho más económicos,

pero que eliminan cualquier tipo de acabado de alta precisión. En la actualidad podemos

encontrar multitud de marcas que han optado por fabricar y vender ellos mismos, extrusores

compactos de metal, que ya están ensamblados en su totalidad y que mejoran altamente el

acabado final de la pieza. Son mucho más pequeños, y llevan incorporados ventiladores para

una ventilación más eficiente y sensores para regular la temperatura del material extruido con

mayor fiabilidad. Las ventajas que aportan son considerables, y permiten una mayor

regulación de distintos parámetros como la tensión del material, que son útiles para imprimir

con distintos materiales.[9]

Ilustración 5 Explosionado de extrusor compacto [9]

3. Metodología y Desarrollo

Utilizando la tabla de datos del fabricante del motor Nema17 se sabe que avanza 1.8° por

paso, que trabaja a 12V y con 0.4 amperios.

Calculando la cantidad de pulsos para toda una vuelta



360/1.8 = 200

Pero ya que la varilla roscada de 4 hilos avanza 8 mm por vuelta se divide para obtener los

pasos necesarios para una vuelta

200/8=25

Y este es el valor que se debe poner en las variables de pasos para motor, después hay que

utilizar una regla de tres para la impresora 3D, ya que debido a que al usar 1/16 de paso hay

momentos en dónde sólo se utilizará el 0.1 por ciento de la corriente es muy probable que se

pierdan pasos, sin mencionar que cada motor funciona diferente debido a sus características

físicas únicas, por ende es mejor usar regla de tres, mandando a mover diez cm y mirar que

cantidad se desplaza usando una regla.

Figura 1. Ramps 1.4

En la Figura 1. Se observa el diagrama de conexiones de la Ramps 1,4; En la entrada de 12

voltios se hace una conexión doble. El hotend no tiene polaridad de conexión, entonces se

conectan los cables de cualquier manera, mientras que el ventilador sí posee una polaridad.

En los jumpers se selecciona la cantidad de pasos con los que se utilizara cada driver A4988

(Figura 2) (desde un paso completo hasta 1/16vo de paso). En la conexión de todos los

motores no importa el sentido de los cables ya que el sentido de giro se puede cambiar

desde la programación, sin embargo hay que tener en cuenta la polaridad de las bobinas de

los motores.

Figura 2. Driver A4988

Para la calibración de los drivers se utiliza la Fórmula 1. Obtenida de la hoja del fabricante

ITripMax=VRef/(8Rs) Fórmula 1.

Siendo Rs la resistencia de sensado, y utilizando su valor en Ohmios para la operación.

Si se despeja el voltaje de referencia de la Fórmula 1, obtenemos

VRef=ITripMax*(8Rs) Fórmula 2.

Se sabe que la corriente máxima de los motores es 0.4 A. y que las Rs de los drivers son

R100, lo que equivale a 0.1 ohm tenemos que

VRef=0.4 *(80.1) Fórmula 3.

VRef=0.32V Fórmula 4.

Y pasando esto a mili voltios se tiene que el voltaje de referencia es 320mV.

Utilizando un multímetro se mide el voltaje en el potenciómetro de los drivers y se ajusta

hasta obtener éste voltaje.



Figura 3. Tabla del fabricante de la resolución de los pasos

Con ayuda de la tabla de resolución de pasos (Figura 3) puede funcionar de guía en que

tanta precisión y/0 fuerza se necesita en los motores, para la impresora 3D se utiliza 1/16vo

de paso, pues se necesita bastante precisión, entonces se conectan todos los jumpers.

Se seleccionó el Marlín como software para la impresora 3D por varias razones:

-Es un código libre.

-Es el más usado por ende el más depurado.

-Debido a que es tan usado es compatible con varios softwares que se encargan de imprimir.

Dentro de éste código se deben variar cosas como la velocidad del movimiento, el feedrate,

la aceleración en base a prueba y error, puesto que depende de varios factores únicos

(funcionamiento del motor, estado de la estructura, velocidad de comunicación, versión de

los softwares utilizados), otros usando software como la curva de calentamiento PID del

hotend (un ejemplo es Pronterface figura 4 que es un software libre), y otros dependiendo de

la construcción misma, como la dirección del giro de motores dependiendo de donde se

ubiquen, o hacía dónde debe al pulsar HOME dependiendo de en dónde se hayan ubicado

los finales de carrera.

Figura 4. Interfaz Pronterface

Figura 5. Interfaz gráfica para uso del usuario final A.

Figura 65. Interfaz gráfica para uso del usuario final B.



Se agregó una interfaz que permita al usuario interactuar con la estructura de una forma más

cómoda, ya que lo deja abrir el software que necesita dependiendo de lo que vaya a hacer.

4. Resultados

IMPRESIÓN EN 3D

Durante las pruebas se utilizó el software libre Repetier, debido a la prestación de

configuraciones que permite, incluyendo más de un extrusor, temperatura manual de

extrusores y cama caliente en tiempo real, velocidad de avance durante impresión o pruebas,

cambio de filamento durante una impresión, escalado de figuras, tipo de rellenado, edición

manual del código G en cada línea y mostrar que paso hace la máquina en cada momento,

guardar distintas configuraciones para ser usadas en cualquier momento, entre otras más

técnicas.

Figura 7. Interfaz Repetier

La interfaz es bastante amigable lo que facilita su configuración y control por el usuario.

Después de definir los parámetros físicos de la impresora (dimensiones, velocidad,

aceleración, cantidad de extrusores, presencia o no de cama caliente, tipo de fibra, etc) la

interfaz genera un espacio para manipular el objeto a imprimir, asegurándose de evitar que

se intenten imprimir piezas que no puedan ser imprimidas por sus dimensiones físicas.

Para comenzar una impresión lo primero que se debe realizar es importar una figura y

acomodarla en el área de impresión (área gris) y luego definir su tamaño (el software permite

escalar de forma proporcional en todas las direcciones).

Figura 8. Importar figura

Figura 9. Herramienta para escalado de piezas

Después, en a la pestaña Slicer, que es la encargada de generar el código G para la

impresión en base a la configuración realizada en ésta misma pestaña.

Figura 10. Pestaña Slicer y pestañas de configuración

A continuación se oprime en el botón “Slice con CuraEngine” y el genera el código G, y da

una visualización de la figura hecha con la fibra, mostrando los desplazamientos.



Figura 11. Visualización de impresión total

Dentro de las configuraciones se aconseja dar dos vueltas externas antes de empezar a

hacer la figura para que se extruya material que podría haber quedado de la impresión

anterior, o si recien se puso el material, que empiee a extruir al momento de hacer la figura.

Esta pestaña muestra el tiempo estimado de la impresión, la cantidad de material necesario

para la realización de la prueba, guardar el G-code de forma externa o en una micro SD si la

impresora recibe ordenes de ésta manera, en la parte de abajo se puede visualizar cada

capa de la impresión y editar manualmente el código G por si se quiere hacer una

modificación.

Figura 12. Pestaña Print preview Repetier

A continuación se dará click en el botón superior izquierdo “Imprimir” y la impresión

empezara inmediatamente, primero la máquina hace un Homming en cada eje, luego baja el

eje z y ahí espera hasta que el hotend alcance la temperatura de extrusión.

Figura 13. Visualización de temperatura

Figura 14. Control manual Repetier

A continuación comienza la impresión, en pantalla se observara el movimiento del extrusor,

aunque con un adelanto de aproximadamente 3 segundos.



En la pestaña de control manual (Figura 14), se desactivan los controles manuales de

movimiento y se observa paso a paso el proceso de impresión, sin embargo siguen activos

los controles de velocidad de los ejes, ventilador, temperatura de extrusor y cama caliente.

Figura 15. Proceso de impresión 4ta capa

Figura 16. Proceso de impresión capa intermedia

Figura 17. Rellenado de panel de abeja físico

Figura 18. Rellenado panel de abeja software

Como se puede apreciar en las figuras y en las capas intermedias se realiza un rellenado en

forma de panel de abeja para así ahorrar material, este rellenado puede ser cambiado a

gusto del usuario dependiendo del propósito de la pieza, pues si por ejemplo se necesita una

pieza con la máxima dureza posible es mejor rellenar completamente.

Figura 19. Indicador de capa actual Repetier

Figura 20. Desplazamiento sin extruir

En la parte interior de la pantalla se puede saber en qué capa va la impresión y en qué

porcentaje de la impresión va, pues muchas veces hay capas que tardan más que otras.

En la figura 20 se puede apreciar en color azul claro y verde unas pequeñas fibras que

podría dejar el extrusor debido a sus desplazamientos, pero que no hacen parte de la

impresión.

Figura 21. Proceso de impresión A.

Figura 22. Proceso de impresión B.



Figura 23. Proceso de impresión C.

Figura 24. Extrusión forma externa

En la figura 24 se aprecia como cada capa es hecha con un patron repetitivo, por lo general

primero se hace una silueta de la forma, que esta tres lineas del exterior de esta y luego

comienza a rellenar toca la figura, luego trermina las dos capas externas faltantes y procede

a subir a realizar la siguiente capa

.

Figura 25. Impresión capa final A

Figura 26. Impresión capa final B

Figura 27. Impresión terminada

Después de terminar la impresión el extrusor se eleva dos centimetros y hace home en x y

en y, y con mucho cuidado se retira manuamente la pieza

.

Figura 28. Imperfecciones en la pieza cara A

Figura 29. Imperfecciones en la pieza cada B

En las figuras 28 y 29 se ven pequeñas imperfecciones debido a los desplazamientos de

extrusor al hacer la figura, con ayuda de un bisturí, manualmente se remueven estas

imperfecciones y se pule la figura.

Figura 30. Impresión pulida manualmente cara A

Figura 31. Impresión pulida manualmente cara B



Después de pulir la figura y remover imperfecciones se obtiene los resultados que se

observan en las figuras 30 y 31.

Figura 32. Llavero

En la figura 32 se puede apreciar el resultado final de la impresión.

Se realizaron más pruebas escalando la misma figura para observar el comportamiento de la

impresora.

Figura 33. Impresión a distintos tamaños A

Figura 34. Impresión a distintos tamaños B

Figura 35. Impresión a distintos tamaños C

En las figuras 33 y 32 se aprecian impresiones hechas en escala 1,1.5 y 3, se refleja la

calidad de cada una y un buen funcionamiento en la herramienta de Repetier para escalar

figuras. Se observó una imperfección en el ala izquierda de la impresión, inicialmente se

consideró un error mecánico, pero después de muchas pruebas se concluyó que esto es

desde el código G, ya que se observa que pasa en el mismo lugar sin importar el tamaño de

la pieza.

Figura 36. Imperfección en la impresora a distintos escalados

También se realizó más de una impresión a un mismo escalado para observar la efectividad

de la máquina.

Figura 37. Impresiones iguales

Figura 38. Impresiones iguales capa intermedia y capa externa



En la figura 38 se observa la diferencia entre una capa intermedia (inferior) que es con un

relleno de panel de abeja y una capa superficial (superior) en la que el rellenado es total. Se

realizaron más pruebas utilizando otras figuras:

Figura 39. Error en llavero batman

En la figura anterior se observa un error en la velocidad de extrusión, se ve como la figura

está bien hecha pero hay un exceso de material en la segunda capa.

Figura 40. Error en velocidad del eje

Figura 41. Error en adherencia a la cama

En la figura 40 se observa una descalibración de velocidad pequeña en el eje Y, por eso la

figura queda bien hecha pero no quedan empatadas las figuras verticalmente. En la figura 41

se aprecia cómo queda bien hecha la figura, pero debido a que no se adhiere el material a la

cama se mueve la primera capa y por ende todas de allí en adelante quedan mal en ésta

sección.

Figura 42. Pieza encajable A

Se muestra en la figura 42 como queda bien hecha la pieza A y en la figura 44 como queda

bien hecha la pieza B, a continuación se ve el resultado y el empalme de éstas.

Figura 43. Piezas empalmadas A

Figura 44. Piezas empalmadas B



Figura 45. Error en calibración de velocidad pieza Super-Man

Figura 46. Error calibración de velocidad Iron-Man

Figura 47. Rueda loca realizada correctamente y con errores

Figura 48. Error en calibración de velocidad pieza rueda loca A

Figura 49. Error en calibración de velocidad pieza Rueda loca B

En las figuras 48 y 49 se presentan dos manifestaciones distintas de un mismo error, en el

primer caso queda mal hecha la forma de la pieza, pero todas las capas quedan bien

superpuestas, mientras que en el segundo caso se observa como la forma de la pieza queda

bien hecha, pero las capas no están correctamente superpuesta.

Figura 50. Llavero Spider-Man escalado 1.5 y 0.5

Figura 51. Llavero Spider-man escalado 0.5



Es posible reducir el tamaño de una pieza de su versión original sin perder mucho la calidad

del diseño, sin embargo se complica un poco el levantar la pieza de la cama, pues al estar

adherida y ser tan delgada se daña fácilmente.

Figura 52. Empalme de dos fibras

Es posible realizar un cambio de fibra a mitad de una impresión si está se acaba, o también

se puede utilizar está opción para cambiar el color de la fibra y así hacer figuras en más de

un tono o color.

5 Conclusiones

Cuando se pretende realizar una máquina que haga piezas detalladas se debe analizar las

implicaciones que conlleva, uno de estos factores es la velocidad de movimiento reducida en

ciertos ejes para aumentar la precisión del efector final y por ende la resolución de la pieza

obtenida.

Otro factor importante es la parte mecánica, que todo funcione correctamente, este alineado

y sea estable pero también la selección adecuada de los materiales a utilizar, y el cómo estos

factores se alinean para dar una solución eficiente y económica sin sacrificar la calidad del

trabajo.

El hotend y la calibración de su curva PID de calentamiento es un factor que hay que revisar

constantemente debido a que es demasiado sensible y cambios de ubicación o en las

temporadas climáticas ocasionan un mal funcionamiento en la extrusión del material y por

ende en la calidad de la pieza entregada.

La temperatura de extrusión también depende de la calidad del material utilizado, en

pruebas realizadas con dos filamentos distintos (ambos de PLA) se observó cómo la

temperatura para manejar cada uno es distinta, la diferencia observada no fue mayor a 8

grados, sin embargo había una diferencia muy grande en el comportamiento de cada

filamento.

Debido al uso de tantos motores y por ende un uso de corriente peligroso el uso de tarjetas

especializadas en el control de estos se hace bastante útil además para tener un sistema de

ejes balanceado, y no extender el tamaño de la máquina se encontró que la RAMPS 1,4 es

una gran opción para satisfacer estas necesidades, además es adaptable a varios softwarer

de uso libre y permite la adaptación de un segundo extrusor e incluso cama caliente, lo que a

su vez permite adaptar la impresora a otros materiales.

Ya que en la impresión 3D se trabaja cada capa de la impresión a 0.3mm, la velocidad en el

eje Z es bastante baja en comparación al resto de ejes, incluso en velocidad de calibración,

no es posible aumentar esta velocidad debido a que los errores se harán muy evidentes.

A la hora de imprimir, debido a que las herramientas para el diseño de piezas tienen un

margen de error, puede que haya piezas que siempre salgan con un error en su diseño.

Ya que la impresión se puede detener en cualquier momento, podemos hacer figuras en más

de un color, reemplazar la fibra en caso de que se acabe o nivelar la cama en cualquier

momento si vemos la necesidad.



Se pueden escalar piezas a mayor o menor tamaño, aunque ahí figuras que tienen un

margen de escalado y presentaran error siempre que se salga de éste.

Es necesario que la cama sea una superficie en la cual el PLA se adhiera pues si no se

levantaran las capas y quedara mal la figura.

Las velocidades dependen de cada eje en particular debido a condiciones únicas de las

estructuras y de los motores, sin embargo hay que mantener una relación entre todos los

ejes pues el software que imprime no es consciente de esto.

Reconocimientos

Al docente director del proyecto Aldemar Fonseca Velásquez , al grupo de investigación

INTEGRA por la participación en el proyecto y a la Universidad Distrital Francisco José de

Caldas, por brindar instrumentos de medición, motores, ejes, asesoramiento y sobre todo

por la formación otorgada.

Referencias

[1] C. A. D. Cam, “Control numérico,” pp. 1–21, 2007.

[2] C. U. Temascaltepec, “Bioimpresoras 3D como herramienta de innovación en el futuro de trasplantes de órganos,” vol. 5, 2007.

[3] F. De, P. Humana, F. De, and P. Humana, “Fabricación de una Prótesis Humana utilizando una impresora 3D en Honduras,” no. November, 2015.

[4] I. Victor Arias et al., “Redalyc.Impresión 3D de estructuras cardiacas: Caso de innovación frugal en sector salud,” 2015.

[5] N. G. Tanikella, B. Savonen, J. Gershenson, and J. M. Pearce, “Viability of Distributed Manufacturing of Bicycle Components with 3-D Printing : CEN Standardized Polylactic Acid Pedal Testing,” vol. 5, no. 1, pp. 3–19.

[6] E. Soriano and F. Blaya, “ETSIDI-Rap : Impresora 3D portátil de código abierto,” no. November, 2016.

[7] A. E. CANGA PÉREZ and B. A. LAMIÑA CHICAIZA, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA CNC DE 3 EJES PARA EL RUTEO DE PISTAS Y TALADRADO DE CIRCUITOS IMPRESOS (PCBs) POR EMC2, APLICABLE EN TARJETAS DE RECUPERACIÓN DE PLCs,” 2016.

[8] C. Johan and A. Marmolejo, “PROTOTIPO DE IMPRESORA 3D CON MATERIALES RECICLABLES,” 2015.

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