Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Introducción a la tecnología de imprensión 3D

No description
by

Gonzalo Penalva

on 1 November 2016

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Introducción a la tecnología de imprensión 3D

Tecnología de imprensión 3D
Introducción a la tecnología de impresión 3D
Impresoras basadas en la extrusión en caliente de un material capa a capa
Objetivo
Las impresoras 3D nacen de la idea de convertir en objetos reales los diseños realizados con un programa CAD en un ordenador.
Tipos de impresoras 3D
Se pueden clasificar en tres grandes grupos:

Basadas en la
compactación de una masa de polvo
por estratos
Basadas en la
conversión de un foto-polímero líquido en plástico sólido,
mediante la aplicación de un láser capa a capa.
SLA
(Stereolithograph Apparatus).
Basadas en la
extrusión en caliente de un material
(generalmente plástico) capa a capa.
FDM
(Fused Deposition Modeling)
Aplicaciones
Las impresoras 3D permitem fabricar cualquier objeto de manera
precisa, rápida y económica
. Por eso las aplicaciones son infinitas, y están en continuo crecimiento:
Creación de prototipos en campos como arquitectura o diseño industrial
Creación de objetos personalizados
Creación de prótesis a medida
Elaboración de alimentos personalizados
Construcción de edificios

Tipos de
impresoras de extrusión
Podemos agrupar las impresoras de extrusión en dos grandes grupos:
Impresoras comerciales
Impresoras de fabricación propia
El proyecto RepRap
Surge en 2004 con la idea de crear una máquina para prototipos en 3D autoreplicante.

Disponible bajo licencia GNU GPL. Permite copiar, estudiar, distribuir y mejorar sus diseños y código fuente. Esto ha supuesto la aparición de numerosas versiones mejoradas, emulando la Teoría de la Evolución de Darwin.




Versiones de la Prusa Mendel i3
Continuamente surgen nuevas versiones que mejoran ligeramente algunas de sus características.

Algunas de estas versiones son realizadas por empresas privadas, como la Prusa i3 Hephestos, desarrollada por la empresa española BQ.
Prusa Mendel i3
Es la impresora 3D de fabricación propia más utilizada en la actualidad.

El kit para su construcción, que incluye todos los materiales, cuesta alrededor de 450€.
Impresoras 3D: tipos, usos y precios
Compactación de una
masa de polvo
Extrusión en caliente de
un material capa a capa
¡Las posibilidades son ilimitadas!
Imprimiendo... ¡órganos!
Contour Crafting:
sistema de construcción de viviendas desarrollado en la Universidad de California del Sur.
¡Y mucho más!
Imaginarium lanza una aplicación para diseñar desde casa tus propios juguetes, que serán creados con una impresora 3D y enviados a tu hogar.
Impresoras 3D de extrusión comerciales
Realizadas por empresas privadas, son en general de mayor precisión, pero también bastante más caras.

Una de las empresas punteras es MakerBot, con su gama de impresoras 3D Replicator.

Otra empresa que también apuesta fuerte por esta tecnología es la española BQ, con las impresoras Witbox diseñadas y fabricadas en España.
Replicator de Makerbot
Witbox de BQ
Precio: 2.499€
Precio: 1.690€
Impresoras de fabricación propia
Fabricar uno mismo su propia impresora 3D es posible gracias al
proyecto RepRap,
que surgió en el 2004 como una iniciativa para crear una máquina autoreplicable.

Una
máquina autoreplicable
es una máquina capaz de producir los componentes necesarios para construir otra versión de sí mismo.

El hecho de que las máquinas sean autoreplicables, así como el
uso de licencias GNU, tanto para el hardware como para el software
, ha propiciado la aparición de impresoras 3D de
buenas prestaciones y reducido precio.
Impresora 3D Prusa Mendel iteración 3

Precio del kit (sin montar): 369€
Evolución de RepRap
Darwin
La primera impresora
del proyecto RepRap
En 2005 imprime su primera pieza
En 2008 se ensambla su primer "hijo", construido con piezas creadas por sí mismo
Mendel
La versión mejorada
En 2009 aparece la impresora Mendel, una versión mejorada de la Darwin.
Prusa Mendel
La evolución definitiva
Un año después surge la Prusa Mendel, una mejora de la impresora Mendel, de la que han surgido múltiples variantes.

En la actualidad, la gran mayoría de las impresoras 3D de fabricación propia son una variante mejorada de la Prusa Mendel.
Las iteraciones
de Prusa Mendel
Prusa Mendel i2
Prusa Mendel i3
Las versiones 2 y 3 de la Prusa Mendel, conocidas como iteración 2 y 3, son las impresoras 3D de fabricación propia más populares en la actualidad
Prusa i3 Hephestos
Prusa i3 Steel
Elementos de la Prusa i3
Piezas imprimibles
Son las piezas que han sido imprimidas por otra impresora 3D.
Se utilizan para:
Unir las varillas que forman la estructura de la impresora.
Sujetar las correas que realizan los movimientos en cada eje.
Formar el extrusor por donde entrará el plástico para fundirse.
Etc
Electrónica
El cerebro de la impresora es la placa
Arduino Mega
, sobre la que se acopla otra placa ("shield") llamada
Ramps
, donde se ubican los drivers de potencia que alimentan a los motores paso a paso. A este placa también se conectan los finales de carrera y los sensores de temperatura.

En la placa de Arduino se carga un
firmware llamado Marlin
, que se puede descargar desde la web del proyecto RepRap. Este firmware será el encargado de controlar la impresora y de comunicarse con el ordenador a través del puerto USB.
Arduino Mega
Ramps 1.4.
Montaje final
Elementos mecánicos
Los principales elementos mecánicos de la impresora son:

Varillas lisas y roscadas para la estructura de la impresora.
5 Motores paso a paso: 1 para el eje X, 1 para el eje Y, 2 para el eje Z y 1 para el extrusor.
3 finales de carrera, uno para cada eje (pueden ser ópticos).
Rodamientos lineales para el movimiento de los ejes.
Correas dentadas con sus correspondientes poleas.

Otros elementos
Además de todo lo mencionado, la impresora consta de los siguientes elementos:

Marco de aluminio que soporta toda la estructura.
Cama caliente sobre la que se realiza la impresión.
"Hot end" que calienta el plástico para fundirlo.
Fuente de alimentación (se puede usar la de un ordenador).
Marco de aluminio y base para la cama caliente
Cama caliente ("hot bed")
La cama caliente es la base sobre la cual se realiza la impresión capa a capa. Para que las primeras capas de plástico se adhieran a la base, ésta
debe estar caliente
. La temperatura depende del tipo de plástico, y
se controla mediante un termistor conectado a la placa de Arduino.

Sobre la cama caliente
se coloca un espejo
, para que sea más sencillo despegar la pieza una vez finalizada la impresión.
Hot end
El
"hot end"
es la parte del extrusor que
calienta el plástico para fundirlo.
Al igual que la cama caliente, la temperatura depende del plástico usado, y se controla mediante un termistor conectado a la placa Arduino.
El "hot end" termina en una boquilla llamada
"nozzle"
, con un diminuto orificio por donde sale el plástico fundido. El diámetro de este orificio determina en gran medida la calidad de impresión.
Hot end
Hot end en el extrusor
Nozzle
El marco de aluminio soporta toda la estructura de la impresora.
La base para la cama caliente es la superficie sobre la que reposa la cama caliente
Marco de aluminio
Base para la cama caliente
Arduino Mega
Esta placa se carga con el firmware
"Marlin"
, que se encarga de la gestión completa de la impresora:
Control de los motores paso a paso.
Lectura de los sensores de temperatura.
Lectura de los finales de carrera
Control de la temperatura de la cama caliente y del "hot end".
Comunicación con el ordenador.
Ramps
La Ramps es una "shield" de Arduino, es decir, una placa que se conecta encima de la placa de Arduino, y que le proporciona una funcionalidad específica.
Sobre esta placa
se conectan los drivers de potencia
necesarios para el manejo de los motores paso a paso,
los 3 finales de carrera
y
los 2 sensores de temperatura.
Montaje final
Este es el montaje final de la electrónica, donde se observa la placa Ramps conectada sobre Arduino, con todos los sensores y drivers conectados a ella.
Extras opcionales
La impresora se puede ampliar conectándole una placa que incorpora una pantalla LCD, un joestick y una ranura para tarjetas SD. De esta manera se puede
imprimir de forma autónoma sin usar un ordenador.

Se graban las piezas a imprimir en una tarjeta SD, y se eligen los parámetros de impresión a través del menú que aparece en la pantalla.
En Julio de 2014 Amazon lanza su tienda de impresión 3D, donde ofrece más de 200 productos totalmente personalizables: juguetes, joyería y decaración del hogar.
Materiales
de impresión
El 95% del mercado de impresoras personales utiliza dos tipos de materiales plásticos:
el ABS y el PLA.

Se suelen vender en
bobinas de 1kg,
pudiendo elegir entre dos tipos de grosor:
diamétro de 3mm o de 1.75mm.

El precio de ambos es similar,
entre 15€ y 25€ por bobina de 1kg
Plástico ABS
Se usa abundantemente en los procesos de fabricación industrial: carcasas de electrodomésticos, componentes de automóvil, etc

Temperaturas de impresión:
Temperatura de extrusión:
entre 230ºC y 260ºC.
Temperatura de la cama caliente:
entre 90ºC y 110ºC.

Ventajas:
Se

puede mecanizar con extrema facilidad:
se puede pulir, limar, lijar, agujerear y pintar sobre él. Incluso se pueden reparar piezas rotas pegándolas con acetona.
Es
muy resistente.

Inconvenientes:
Al fundirse desprende gases que
en concentraciones altas pueden ser nocivos.
No obstante,
se puede utilizar en casa sin problemas,
pero no se recomienda tener muchas impresoras funcionando en un espacio reducido y sin ventilar.


Plástico PLA
Se utiliza mucho menos en la industria que el ABS

Temperaturas de impresión:
Temperatura del extrusor:
entre 180ºC y 210ºC
.
Temperatura de la cama caliente:
entre 40ºC y 60ºC
, aunque puede funcionar sin cama caliente.

Ventajas:
No emite gases nocivos.
No es necesario el uso de cama caliente.
Existe un
rango más amplio de colores
que el ABS: fluorescente, transparente, semitransparente...

Inconvenientes:
El
proceso de mecanizado, pintado y pegado es mucho más complejo
.
No resiste las altas temperaturas
(se empieza a descomponer a partir de 50ºC o 60ºC).

¡¡FIN!!
Segundo extrusor
La placa Ramps está preparada para poder conectarle un segundo extrusor. Esto permite realizar piezas de dos colores.
Pantala LCD
Extras opcionales
Proceso
Diseño de la pieza con software de diseño 3D
(SketchUp, FreeCAD, OpensCAD, etc)
Conversión a formato usado por el software de "slicing"
(STL, OBJ, DAE)
Configuración adecuada del software de "slicing", según el material de impresión, la calidad deseada, etc.
Generar archivo GCODE, con todos los datos de impresión: temperaturas, velocidades, "slicing" de la pieza, etc
Cargar el archivo GCODE desde el software de control de impresora e imprimir.
Conversión a formato usado por el software de "slicing" (STL, OBJ, DAE)
El formato más utilizado por los programas de "slicing" es el STL.
La mayoría de programas de diseño en 3D permiten exportar el diseño al formato STL.
Si nuestro programa de diseño 3D no admite este formato de salida, se pueden usar otros que funcionan en la mayoría de programas de "slicing": OBJ, DAE.
Para el caso de SketchUp:
Existe un Plugin que, una vez instalado, permite exportar a STL.
En Lliurex, al ejecutarse a través de Wine, el Plugin no funciona.
Solución: exportar a formateo DAE.
Configuración adecuada del software de "slicing", según el material de impresión, la calidad deseada
El software de "slicing" corta la pieza en muchas "rebanadas" o capas, generando información sobre cada capa: dimesiones, tipo y forma de relleno, velocidades de relleno, etc. Toda esta información se introduce en un archivo de formato GCODE.
Es el que permite más opciones de impresión
Admite formatos STL y OBJ, pero no DAE
Es el más potente
Es una "suite" gratuita diseñada por la empresa Ultimaker.
Además de generar el archivo GCODE, permite la realizar la impresión desde el mismo programa
Admite formatos STL, OBJ y DAE
No dispone de tantos parámetros de impresión como Slic3r
Es mucho más práctico aunque menos potente.
Principales programas de "slicing":
Slic3r
Cura
Altura de capa. Determina en gran medida el acabado final de la pieza. Está limitado por el diámetro del nozzle. Usar valores de 0.15 o 0.2 para un acabado de buena calidad
Espesor de las paredes. Determina el número de perímetros que se realizan de cada capa. Depende también del diámetro del nozzle.
Grosor de la primera y última capa. Debe ser un múltiplo de la altura de capa
Densidad del relleno. Determina lo hueca o sólida que será el interior de una pieza
Velocidad de impresión. Valores bajos mejoran el acabado final, pero aumentan el tiempo de impresión
Temperatura del extrusor. Para ABS entre 220 y 245ºC.
Temperatura de la cama caliente. Para ABS, entre 90ºC y 100ºC.
Tipo de estructura de soporte para los voladizos. Puede ser Brim, Raft o Skirt.
Tipo de plataforma para mejorar la adhesión de la pieza
Diámetro del filamento
Diámetro del nozzle
Velocidad de retracción.
Distancia de filamento que será expulsado hacia arriba
Grosor de la capa inicial. La primera capa puede ser un poco más gruesa para mejorar la adherencia
Anchura de la capa inicial. La primera capa puede ser un poco más ancha para mejorar la adherencia.
Velocidad a la que se desplaza el extrusor cuando no está extruyendo material.
Velocidad de impresión de la primera capa. Conviene que sea baja porque la primera capa es la más decisiva.
Velocidad de impresión del relleno. Puede ser bastante alta en comparación a las demás
Velocidad de impresión del perímetro externo. Un valor bajo aumenta la calidad del acabado, pero no debe haber mucha diferencia entre las velocidades de los perímetros internos y externos.
Generar archivo GCODE, con todos los datos de impresión: temperaturas, velocidades, "slicing", etc
En el software CURA, cada vez que cambiamos uno de los parámetros genera automáticamente un nuevo archivo GCODE, actualizando el tiempo de impresión.
Cargar el archivo GCODE desde el software de control de impresora e imprimir.
En el software CURA este paso lo realizamos directamente desde el propio programa, dándole al botón de imprimir.

Si usamos el software Slic3r, tenemos que abrir el archivo GCODE generado con otro programa que controla la impresora, llamado Pronterface
Software para el control de la impresora
Gonzalo Penalva Torregrosa
Conversióm de un polímero líquido en sólido
Imprimiendo... ¡casas!
Impresoras 3D XYZPrinting
Tecnología: FDM
Volumen de impresión: 15x15x15
Material del filamento: PLA
Altura de capa: 0.1mm-0.4mm
Cabezal: extrusor simple
Cartuchos propietarios
Diámetro de la boquilla: 0.4mm
Nivelación asistida
Conectividad Wifi
Precio: 499€
Da Vinci Jr 1.0.w
Da Vinci 1.0. AiO
Tecnología: FDM
Volumen de impresión: 20x20x19
Material del filamento: ABS/PLA
Altura de capa: 0.1mm-0.4mm
Cabezal: extrusor simple
Cartuchos propietarios
Diámetro de la boquilla: 0.4mm
Nivelación asistida
Función escáner
Precio: 799€
Da Vinci 1.0. Pro
Tecnología: FDM
Volumen de impresión: 20x20x20
Material del filamento: ABS/PLA
Altura de capa: 0.1mm-0.4mm
Cabezal: extrusor simple
Posibilidad de cartuchos genéricos
Diámetro de la boquilla: 0.4mm
Nivelación asistida
Conectividad Wifi
Software de control avanzado
Posibilidad de añadir grabado láser
Precio: 799€
Da Vinci 2.0.A
Tecnología: FDM
Volumen de impresión: 15x20x20
Material : ABS/PLA/Soluble en agua
Altura de capa: 0.1mm-0.4mm
Cabezal: doble extrusor
Cartuchos propietarios
Diámetro de la boquilla: 0.4mm
Nivelación asistida
Precio: 749€

Impresoras XYZPrinting
Nobel 1.0
Tecnología: SLA
Volumen de impresión: 12,8x12,8x20
Material: fotopolímero resina
Altura capa: 0.025mm-0.1mm
Precio: 1899€

Otros materiales de impresión
Continuamente aparecen en el marcado nuevos materiales de impresión. Entre todos ellos se pueden destacar los flexibles y los solubles al agua:
Filaflex
PVA
El PVA (acetato de polivinilo) es un material
soluble al agua
, que permite generar estructuras de soporte que se puedan eliminar fácilmente
Es un elastómero con capacidad de estiramiento respecto al tamaño original. Esta propiedad lo hace idóneo para fabricar plantillas de calzado, zapatillas, ruedas neumáticas, pulseras de relojes y, en definitiva, todo lo que pueda precisar doblarse mucho sin romperse.
La impresora de BQ Hephestos 2 admite este filamento
La impresora de XYZPrinting Da Vinci 2.0 DUO admite este tipo de filamento
Flexiflex
PVA
Vídeos de materiales especiales
Full transcript