Diseño y construcción de una impresora 3D para elaborar prototipos de piezas plásticas

Abstract

El presente proyecto comprende el desarrollo e implementación de una impresora 3D basada en hardware y software de código abierto. En primera instancia se consultó sobre las principales tecnologías de fabricación aditiva, enfatizando el proceso de Fabricación con Filamento Fundido (FFF). Posteriormente, se investigó acerca de los principales componentes que constituyen una impresora 3D de tecnología FFF, así como las posibles alternativas a utilizar, para seleccionar de entre tales opciones se empleó el método de matrices de priorización. Seguidamente se profundizó en el dimensionamiento de cada elemento constitutivo de la máquina, sea este de carácter mecánico, estructural, eléctrico, electrónico o de software. Para el dimensionamiento de los componentes mecánicos, se aplicaron los fundamentos de diseño mecánico, además, fue necesario modelar e imprimir piezas utilizando filamento PLA, de entre las cuales, las que iban a estar bajo cierta carga considerable, se sometieron a simulación de análisis de elementos finitos con el fin de comprobar que cumplan con los requerimientos de resistencia y rigidez. En lo que respecta a los componentes electrónicos, estos se seleccionaron considerando su disponibilidad, costo y funcionalidad. Para complementar la parte tangible de la impresora se hizo uso de software de código abierto que permita controlar los diferentes mecanismos. Así pues, se obtuvo como resultado una impresora de cinemática H-Bot, es decir, que mediante un sistema de bandas de sincronización y poleas se logra desplazar el sistema extrusor de filamento en el plano XY, mientras que, la base de impresión se mueve a lo largo del eje z utilizando dos tornillos de potencia. Por otra parte, la placa base está conformada por la tarjeta Arduino Mega 2560 y la shield Ramps 1.4. Para el control de la impresora fue necesario cargar al microcontrolador de la tarjeta mencionada el firmware Marlin, ya que, es de código abierto y ampliamente utilizado en impresoras del proyecto RepRap. Así mismo, se hizo uso del software Repetier Host que a su vez integra el laminador Slic3r para poder generar el código G de las piezas a imprimir. Finalmente, para corroborar la funcionalidad de la máquina construida se imprimieron objetos tanto en PLA como en ABS, además, cabe señalar que el volumen máximo de impresión obtenido es de 20 x 20 x 20 cm3. Palabras clave: impresora 3D, H-Bot, Arduino, fabricación con filamento fundido (FFF).