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IMPRESIÓN 3D

La impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación por adición donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposición de capas sucesivas de material. Las impresoras 3D son por lo general más rápidas, más baratas y más fáciles de usar que otras tecnologías de fabricación por adición, aunque como cualquier proceso industrial, estarán sometidas a un compromiso entre su precio de adquisición y la tolerancia en las medidas de los objetos producidos. Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de producto, la capacidad para imprimir partes y montajes hechas de diferentes materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, a menudo con un simple proceso de montaje. Las tecnologías avanzadas de impresión 3D, pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de producto.

Desde 2003 ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D. De manera inversa, el coste de las mismas se ha reducido. Esta tecnología también encuentra uso en los campos tales como joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.

De todos modos en este apartado no voy a explicaros como funciona una impresora 3D, ya que sobre este tema existe muchísima información en internet. Simplemente voy a mostraros mis propios diseños de impresoras 3D (los cuales son open source por lo que los podéis utilizar sin ningún problema).

La característica principal de mis impresoras es que están completamente realizadas con partes hechas en chapa metálica a través de los procesos de corte laser y plegado. Esto es debido a que en el momento de diseñarlas y fabricarlas estoy trabajando en la multinacional Amada (empresa dedicada al desarrollo de máquinas para trabajar chapa, especialmente por corte laser, punzonado y plegado). Puedes apreciar mejor todos mis diseños en nuestra nueva web:

Frax3D – Expertos en Impresión 3D

De todos modos a continuación os dejo un poco de información sobre mis impresoras y los conceptos básicos sobre impresión 3D.

FRAX DESIGN 1.0

Esta es mi primera impresora 3D. El sistema de funcionamiento es similar a la Prusa i3 y la Mendel 90. Utilice estos modelos debido a la gran cantidad de información disponible por internet, ya que en el momento de empezar mis conocimientos sobre impresión 3D eran bastante limitados.

Aquí podéis ver unas imágenes en 3D del modelo:

FRAX DESIGN 1.0 (1)
FRAX DESIGN 1.0 (2)
FRAX DESIGN 1.0 (3)

Como podéis apreciar le he incluido una pantalla con tarjeta SD para poder hacerla un poco más autónoma y una estructura en la parte de arriba que permite almacenar la bobina del plástico mientras imprimimos para no tener que preocuparnos de este tema.

El diseño está realizado con SolidWorks.

Este modelo funciona bastante bien, con el he conseguido hacer mis primeras impresiones con una calidad aceptable. Su principal ventaja es la sencillez de funcionamiento, los principales problemas es que como la base no está unida a la estructura la alineación no siempre es perfecta y además como la base se mueve las piezas esbeltas resultan complicadas de imprimir porque a veces caen.

Otro problema pero de menor importancia resulta que el motor del eje X está en una parte móvil (por lo que estamos invirtiendo energía en mover una pieza relativamente pesada).

Aquí tenéis unas imágenes de la impresora terminada, aunque aun necesito mejorar un poco el tema de la calidad de impresión:

FRAX DESIGN 1.0 (1)
FRAX DESIGN 1.0 (2)
FRAX DESIGN 1.0 (3)

Podeis descargar el modelo en SolidWorks de la página web grabcad en el siguiente link: FRAX DESIGN 1.0

FRAX DESIGN 2.0

Este modelo intentaba solucionar el principal problema de su predecesor, el movimiento de la base de impresión siguiendo el eje Y. Para ello utilicé un modelo similar al de la Ultimaker y Makerbot. Es decir trasladaba el eje X e Y al extrusor y el Z a la base. Con esto se consigue que la pieza que estamos imprimiendo se mueva mucho menos (el eje Z se mueve muy poco y muy lentamente). En mi modelo el movimiento se transmitía con un sistema de correas, poleas y rodamientos:

FRAX DESIGN 2.0 (1)
FRAX DESIGN 2.0 (2)

Como se puede apreciar, este sistema crea unos mecanismos de transmisión un tanto complejos que dificultan tanto el diseño como el montaje (cosa que pretendo evitar). Además resultaría complicado tensar todas las correas de forma adecuada.

Este diseño nunca se terminó y por lo tanto nunca ha sido montado, pero ha servido para desarrollar la nueva generación de impresoras 3D FRAX DESIGN.

FRAX DESIGN 3.0

Esta nueva generación de impresoras sigue buscando solucionar el problema de la base moviéndose demasiado debido al eje Y, pero para simplificar el problema en vez de un complejo sistema de correas utilizamos el sistema CoreXY.

Este sistema podía ser utilizado para mover una estructura sobre un eje utilizando dos motores. El esquema del mecanismo seria el siguiente:

corexy (1)

Si nos fijamos utilizando dos correas (una representada roja y la otra azul) podemos desplazar la barra central (todas las flechas verticales van en el mismo sentido).

Resulta obvio que este sistema no es suficiente para nuestra impresora, ya que aparte del eje Y que tenemos ahora mismo necesitamos un eje X para imprimir nuestros modelos. Para conseguir este resultado podemos añadir unas poleas y un movimiento encima de esta barra horizontal:

corexy (2)

Con esta estructura si giramos los dos motores en el mismo sentido obtenemos movimiento horizontal, y si los giramos en sentidos opuestos tenemos movimiento vertical.

El único problema es que no podemos (o no resulta apropiado por características del diseño) tener las dos coreas cruzándose justo debajo del carro que llevará el extrusor. Para evitar este problema añadimos dos poleas más y así tenemos el cruce de las correas fuera de nuestra área de impresión. El mecanismo resultante sería el siguiente:

corexy (3)

Pues bien, siguiendo este sencillo principio he conseguido diseñar una nueva impresora:

FRAX DESIGN 3.0 (1)
FRAX DESIGN 3.0 (2)
FRAX DESIGN 3.0 (3)

Esta impresora aún está en proceso de fabricación, por lo que no he tenido ocasión de comprobar si la teoría funciona correctamente, pero el principio parece bastante sólido. Además para futuras versiones estoy mirando para substituir el extrusor convencional por uno de tipo Bowden, de forma que no tendré el motor del extrusor en la plataforma móvil y esto me permitirá incrementar la velocidad de impresión.

 

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