Funcionamiento de maquina para impresión 3D

Diagrama de impresión 3D por deposición fundida

De forma general son necesarias una serie de aplicaciones y hadware para cada una de las etapas individuales del proceso de impresión ya que juegan un rol crucial en el día a día.

Esquema de herramientas que conforman la impresión 3D

El sistema de control de la impresora se encarga de introducir el modelo 3D a la aplicación de capas. El control de impresión se comunica enviando un código especializado llamando al firmware, que corren en la plataforma electrónica. EL firmware controla el hadware electrónico para la construcción de los objetos 3D acorde con las instrucciones que recibe del sistema de control y envía datos como temperatura, posicionamiento.

¿Qué mecanismos conforman una impresora 3D?

Robot Cartesiano

En general las impresoras de deposición fundida trabajan de manera similar, siguiendo el mismo principio como se muestra.

Robot cartesiano

Esta es la estructura de la  maquina que permite el desplazamiento en tres direcciones lineales a lo largo de las coordenadas cartesianas, los ejes X,Y,Z. Las impresoras 3D las utilizan empleando motores paso a paso que se mueven con gran precisión y exactitud, generalmente a 1.8° por paso, lo que se traduce en resoluciones de 1 milímetro. Este robot se comporta como cualquier otra maquina de “control numérico computarizado ( CNC )”.  Siendo capaz de trasladar a lo largo de los ejes el extrusor de termoplastico, para ir depositando capa por capa.

Los mecanismos de estas impresoras consisten en un sistema de transmisión  en el que para que las maquinas se puedan desplazar  de manera lineal en los ejes X,Y se conectan los motores  a poleas y correas dentadas, de esta dependerá la velocidad y precisión. En el caso del eje X son empleados tornillos de avance o varillas roscadas 

Extrusor de termoplásticos

El extrusor  será el encargado de colocar filamentos finos, trabajando en conjunto con el  robot cartesiano que sera el encargado de desplazarse desde la posición  inicial depositando el material termoplástico hasta  la formación de nuestro objeto

El filamento a menudo de unos 3 a 1.7 mm de diámetro  es impulsado mediante el accionamiento de un mecanismo de engranado controlado por un motor paso a paso. Posteriormente se acciona la cámara de calefacción, esta se encuentra aislada termicamente del extrusor y esta formado por un bloque de aluminio. Esta cámara que mediante un sensor de temperatura controlando  acorde a las características de fundición del plástico que se desea utilizar.El plástico se fuerza a través de la boquilla de impresión que abre entre los 0.35 a 0.5 mm de diámetro

Cama de impresión

La cama de impresion es la superficie en la que se deposita el filamento y las impresiones 3D son fabricadas. Las dimensiones varian entre los 100 a 200mm ^ 2. En el mercado se ofrecen camas de impresión con calefacción. Estas son utilizadas para evitar deformaciones o grietas  al momento en que se va enfriando los poliméros

La cama de impresión suele estar fabricada ya sea por vidrio o aluminio que proporcionan un área lisa, y nivelada, también para tener una mejor distribución de calor. Las camas de vidrio dan una superficie más suave, mientras que las de aluminio son mejores conductores de calor, evitando que el objeto se levante  la mitad de la impresión . 

Interruptores de paro (switchs de paro)

El recorrido de cada eje lineal esta limitado por topes mecánicos u ópticos. Estos interruptores controlan corriente indicándole al controlador de la impresora que ha alcanzado el limite del eje. 

¿Cuáles son los componentes electrónicos de una impresora 3D?

El con conjunto de componentes electrónicos incluye un microcontrolador, placa principal, motores paso a paso, drivers, señal de encendido y apagado, switches de paro, fuente de alimentación y cama de impresión

Figura 2 Diagrama de sistema electrónico

En este diagrama se puede apreciar la interconexión con flechas, señalando la dirección de control  entre componentes. La placa central conecta los diferentes hadwares para el funcionamiento de la maquina. El microcontrolador es el cerebro de todo el sistema., para realizar los cambios de corriente relacionados con las variaciones  de temperatura para la cama de impresión y extrusor, la placa electrónica principal tiene la capacidad de detectar los cambios de resistencia basados en los registros de los sensores de temperatura (Termistores ) o algunas impresoras manejan termopares que permiten tener una lectura más precisa.

El suministro de alimentación de todo el sistema se encuentra conectado a la placa principal, el cual consta de una fuente de alimentación de alto voltaje. Esta energía es distribuida a cada uno de los componentes. Finalmente la interconexión entre los interruptores y la placa permiten la ubicación de la posición inicial del extrusor antes de realizar una impresión.

RepRap Arduino Mega Pololu Shield

En este paquete se encuentran los siguientes caracteristicas

  • Tablero de controladores Pololu 4988 para motores paso a paso o similar
  • Tres interruptores de carga de alta potencia a 5 y 11 Amperes para extrusor y cama de impresión
  • Seis salidas
  • Tres conecxiones de transmision
  • Entrada de alimentación dual de 12 a 35 Volts a 16 Amperes

RAMPS

Consiste en dos placas separadas, la tarjeta de desarrollo Arduino MEGA  y  ensamblada en la parte superior de esta primera  el hardware de conmutación del extrusor, la cama de impresión y la 5 conexiones de los circuitos Pololu.  Esta quinta conexión tiene la posibilidad ser utilizado para la colocación de un segundo extrusor. El Arduino  Mega es el controlador del sistema, en el cual se carga de manera muy sencilla el firmware 

 

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¿Qué componentes tiene una impresora 3D
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¿Qué componentes tiene una impresora 3D
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La mayoría de las impresoras por moldeado de deposición fundida cumplen con los componentes mecánicas y eléctricas similares: -Robot cartesiano -Extrusor para termoplástico -cama de impresión -interruptores de paro -RepRap Arduino Mega Pololu Shield -Placa controladora-Sanguinololu -Printrboard
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