Desarrollo de un módulo de impresión 3D de modelos digitales

Proyecto Fin de Carrera:

Desarrollo de un módulo de impresión 3D de modelos digitales de elevaciones basado en sistema de bajo coste

Ingeniería en Geodesia y Cartografía

Introducción

Objetivos

Tecnologías de impresión 3D

Requisitos para un sistema de impresión 3D de MDE

Técnicas aditivas

SIG

Impresión 3D

Análisis de dispositivos FDM

Tecnología de impresión 3D escogida

Solidoodle 2 pro

Requisitos generales de impresión 3D

Sistemas de Prototipado Rápido

Desarrollo de una aplicación, que permita la impresión 3D de MDE desde un software SIG libre empleando impresoras de bajo coste.

Modelado por deposición fundida

• Dimensiones área de impresión: 15 x 15 x 15 cm
• Uso de filamento de plástico (ABS/PLA) de 1.75mm de diámetro
• Resolución de capas: 0.4mm, 0.3mm, 0.2mm y 0.1mm
• Estructura robusta y duradera de metal
• Software de código libre
• Extrusor con con boquilla de 0,4 mm de diámetro

• Simplicidad respecto otras tecnologías
• Buena precisión dimensional.
• Acepta materiales termoplásticos (ABS).
• Bajo coste.

• Resolución de impresión

Grosor de capa: 0.1 mm

ppp: 0.05-0.1 mm

• Tolerancia de impresión 0.1-0.2 mm

• Dimensiones de impresión

• Aspecto visual o acabado

• Material

ABS

PLA

• Sistemas libres y de código abierto

Fotolitografía

Impresión por chorro de tinta (3DP)

Polimerización de una resina líquida fotosensible bajo la acción de una luz UV.

Estereolitografía SLA

Fotoenmascarado SGC

Software de impresión 3D

Análisis de softwares SIG considerados

Capacidades de impresión 3D

Formatos en impresión 3D.

Fusión Láser (SLS)

• Tecnologías de impresión 3D
• Capacidades de impresión 3D
• Software SIG libre
• Formatos de impresión 3D
• Pruebas

Herramientas CAM (Computer-aided Manufacturing).

- Selección de la zona: Es la zona geográfica que se pretende imprimir.

- Tamaño del modelo: Este parámetro se refiere a las dimensiones de la pieza una vez impresa, es decir, a la escala.

- Suavizado / exagerado: Mediante éste parámetro podrá modificarse la escala altimétrica.

- Inversión del modelo: Los puntos de menor cota se convertirán en los más altos, imprimiéndose en las capas superiores, y los de mayor cota se imprimirán en las capas inferiores.

Laminado (LOM)

Formato G-code

Formato STL

Extrusión (FDM)

Describe la geometría del modelo:

Lenguaje con el cual un usuario ordena a una máquina automatizada “qué hacer” y “cómo hacerlo”, en el caso de una impresora 3D, como imprimir el modelo

1. Exportar la geometría del modelo a un fichero .stl

2. Generar rutas de movimiento y comandos de extrusión en formato G-code por medio de un programa de laminado (p.ej: skeinforge, slic3r, Cura, repsnapper).

3. Usar un programa host para comunicar el G-code a la impresora (p.ej: printrun, repsnapper, replicatorG, Repetier-Host).

4. Establecer el comportamiento de la impresora frente al GCODE configurando el firmware para el controlador (p.ej: Sprinter, Marlin, Teacup).

Resumen requisitos

- Tecnología de impresión 3D: FDM

- Dispositivo de impresión 3D: Solidoodle 2 Pro.

- Software de control de impresión (pruebas): Host Repetier.

- Capacidades de impresión: selección de la zona, dimensiones, escala vertical e inversión.

- Software SIG donde implementar el módulo de impresión 3D: Kosmo.

- Software de laminado: Slic3r.

- Formato de impresión: STL y G-code

Pruebas y resultados

Conclusiones

Desarrollo del sistema de impresión 3D de MDE

Primera impresión 3D y calibración

Puesta en marcha de la impresora

Normalmente las primeras impresiones que se realizan no alcanzan la calidad esperada.

Nivelación de la plataforma:

Warping

Deformación de partes de la pieza, por un rápido enfriamiento del filamento mientras la pieza todavía se está imprimiendo

- Instalación del filamento de impresión.

- Proceso general de impresión:

• Paso 1: Conectar la impresora.
• Paso 2: Calentar extrusor y plataforma de impresión.
• Paso 3: Cargar un modelo en formato STL.
• Paso 4: Laminar el modelo.
• Paso 5: Comenzar la impresión 3D

Ajuste del offset del eje Z:

Configuración Slic3r

Borde adicional alrededor de la base del modelo y relleno:

• Unión de impresión 3D y SIG.

• Aplicaciones diversas:

- Material de gran valor didáctico.

- Directa y fácil interpretación

- Cartografía para invidentes.

• Aplicación de gran potencialidad en cuanto a posibles mejoras.

• Impresión 3D personal en evolución.

Resultados:

Sistema de conversión de datos SIG a formato STL

Programación de las capacidades de impresión

Creación de la malla de puntos

Escritura en formato STL

Triangulación de la malla de puntos

Lectura de la triangulación anterior y escritura de los datos siguiendo la estructura de un archivo STL en formato ASCII.

Proceso de triangulación de la superficie y la base, trivial

Primero se escribirá la base, a continuación las paredes del modelo y por último la superficie que describe el terreno.

1. Se calcula la posición x, y del punto en coordenadas modelo (mm).

2. Se calcula para el punto anterior su posición georreferenciada en el MDE original.

3. Se calcula la posición en filas y columnas aplicando el método de remuestreo del vecino más próximo.

4. Se extrae la altura del punto a partir de las filas y columnas del MDE original.

5. Se escala la altura a coordenadas modelo (mm) + 2 mm

Para los triangulo que componen la base y las cuatro paredes del modelo:

Autor: Francisco Javier Venceslá Simón

Tutores: Prof. D. Francisco Javier Ariza López

Prof. D. Manuel Antonio Ureña Cámara