Diseño e implementación eficiente de la primera impresora 3D multifuncional desarrollada en la UPAO

Abstract

RESUMEN

En este trabajo se presenta el diseño, simulación e implementación de la primera impresora 3D multifuncional desarrollada en la UPAO con capacidad de impresión aditiva y láser, en el marco de una estrategia de desarrollo tecnológico con base científica enfocada en la región La Libertad-Perú. Como uno de los propósitos más importantes de este proyecto es obtener una metodología, protocolo y el saber como (know-how) desarrollar este tipo de dispositivos tecnológicos con las mejores prestaciones técnicas del mercado.Una característica común en la formación de diversas profesiones como Ingenierías, medicina, odontología, arquitectura, artes, etc., es el uso de prototipos y maquetas para facilitar el entendimiento, análisis y síntesis de diversos conocimientos así como el uso de estas como herramientas para validar diferentes trabajos de investigación o innovación tecnológica. En general, los prototipos y maquetas están formados por diversas piezas que los estudiantes fabrican y ensamblan en muchos casos de forma manual o con instrumentos que no les aseguran la exactitud requerida, robustez, estabilidad y elegancia del prototipo final. Lo que puede generar casos donde el diseño y modelamiento matemático de un trabajo académico esta adecuadamente fundamentado sin embargo su validación experimental es pobre debido a las incertidumbres constructivas del producto final del trabajo. Una propuesta de solución para lo descrito previamente, es la fabricación de piezas a partir de un archivo 3D mediante la sucesiva deposición de capas de material hasta obtener la pieza deseada. En el mercado existen diversos modelos de Impresoras 3D de bajo coste que permiten obtener piezas con geometría simple sin embargo también presentan continuos defectos en su funcionamiento cuando se quiere aumentar la complejidad de la geometría de la pieza a obtener y eso se debe a las limitaciones estructurales mecánicas, la simplicidad de los componentes de accionamiento, de sensorica y de control electrónico de dichos equipos. Intervenir en este tipo de equipos sin tener un adecuado know-how de cómo fueron diseñados y construidos puede ser contraproducente puesto que no se garantiza ninguna mejora en el producto, al contrario podría generarse daños irreversibles a los equipos por la falta de conocimiento sobre ellos. En este trabajo se presenta el desarrollo e implementación de una impresora 3D altamente versátil, flexible de fácil instalación, que ocupe poco espacio, estable en su funcionamiento y en especial de tecnología abierta, es decir con hardware y software con código libre a fin de que permita a los estudiantes modificar y mejorar sus prestaciones futuras. Primero se definen los criterios de diseño y propiedades técnicas deseadas de la impresora, lo que permite seleccionar a la geometría Core XY como la más indicada para alcanzarlas. Segundo se valida el diseño mediante simulación, tercero se implementa la impresora 3D multifuncional según resultados de la simulación y finalmente se muestran diferentes objetos impresos.Descriptores: Fabricación aditiva, Impresora 3D, Automatización, CORE-XY.

ABSTRACT

This paper presents the design, simulation and implementation of the first multifunctional 3D printer developed in the UPAO with additive printing and laser capability, within the framework of a science-based technology development strategy focused on the La Libertad-Peru region. One of the most important purposes of this project is to obtain a methodology, protocol and know how to develop this type of technological devices with the best technical performance of the market.A common feature in the formation of various professions such as engineering, medicine, dentistry, architecture, arts, etc., is the use of prototypes and models to facilitate the understanding, analysis and synthesis of various knowledge as well as the use of these as tools for validate different works of research or technological innovation. In general, the prototypes and models are made up of various pieces that students manufacture and assemble in many cases manually or with instruments that do not assure them the required accuracy, robustness, stability and elegance of the final prototype. This can generate cases where the design and mathematical modeling of an academic work is adequately supported, however, its experimental validation is poor due to the constructive uncertainties of the final product of the work.In engineering, the prototyping and use of models is inherent to the profession itself and its efficient manufacturing and assembly allows a better understanding and understanding of the diversity of knowledge that is integrated to obtain a specific product, otherwise, that is, the use of deficient prototypes (poorly assembled parts, excess friction, interplay between games, excessive vibrations, etc ...) can affect the motivation of the student and generate distrust in the theoretical knowledge given that the prototype does not work according to what is expected from the theory.A proposed solution for the previously described, is the manufacture of pieces from a 3D file through the subsequent deposition of layers of material to obtain the desired piece. In the market there are several models of low cost 3D printers that allow to obtain pieces with simple geometry but they also have continuous defects in their operation when you want to increase the complexity of the geometry of the piece to obtain and that is due to structural limitations mechanical, the simplicity of the drive, sensor and electronic control components of such equipment.This paper presents the development and implementation of a highly versatile, flexible, easyto-install 3D printer that occupies little space, stable operation and especially open technology, that is, with hardware and software with free code so that Allow students to modify and improve their future benefits. First, the design criteria and desired technical properties of the printer are defined, which allows selecting the Core XY geometry as the most suitable to achieve them. Second, the design is validated by simulation, third, the multifunctional 3D printer is implemented according to the results of the simulation and finally different printed objects are shown.Keywords: Additive manufacturing, 3D printer, Automation, CORE-XY