Impresión 3D

Electrónica

 

Todos los sistemas mecánicos y térmicos son controlados por un arduino mega 2560 al que se conecta, como es habitual en el mundo de arduino un "shield" o placa de expansión. El mas tipico es el conocido como "RAMPS", acrónimo de "Reprap Arduino Mega Pololu Shield". Se trata de una placa de expansión con zocalos para la conexión de varios driver o controladores de motor paso a paso, siendo el más utilizado el A4988 más conocido como "pololu". Además esta placa contiene algunas salidas a mosfet para controlar la corriente de la cama caliente y del "hotend" del extrusor así como entradas para termistores que permitirán controlar la temperatura de estos elementos. Esta provista además con dos fusibles reseteables que cortan la corriente en caso de sobreintensidad. Contiene todos los conectores necesarios paralos distintos elementos del sistema.

Impresión 3D

Gracias al movimiento Rep-Rap hoy en día cualquiera con un poco de maña y por poco dinero puede disfrutar de la impresión 3D. La facilidad para crear todo tipo de piezas abre nuevos horizontes para aquellos a los que nos gusta innovar.

A principios de 2014, en vista de que por fin era asequible la compra de un kit de impresora 3D decidí lanzarme a este apasionante mundo. Adquirí un kit con todas las piezas (algunas hechas con otra impresora similar) necesarias para montar mi propia impresora 3D, modelo Prusa-i3 y poder disfrutar, por fin, de esta tecnología. A continuación comentaré brvemente cada una de las partes.

 

 

 

Estructura mecánica - Ejes XYZ

 

La tecnología de impresión 3D se basa en depositar cierta cantidad de plastico fundido en las determinadas posiciones (x,y,z) de los puntos que forman el objeto a crear. Por ello son necesariós 3 ejes que permitan mover el cabezal de impresión a las coordenadas necesarias, aunque para simplificar los detalles constructivos lo que se hace es mover el cabezal en los ejes X,Z, moviendo por otro lado el objeto en la dirección Y. Así pues, la estructura mecánica queda formada por:

 

Eje Y: 2 barras roscadas de métrica 10 y 4 de métrica 8 unidas por 4 piezas impresas en ABS y aseguradas con arandelas y tuercas forman una base sobre la que se fijan dos barras de acero lisas sobre la sque deslizará mediante rodamientos axiales la plataforma sobre la que se imprimen los objetos, que irá provista de una superficie calefactora llamada cama caliente, cuya misión es mantener a cierta temperatura la superficie de impresión, habitualmente un espejo o cristal, puesto que en frio la mayoría de los plásticos que se usan no se fijan a la base. Esta plataforma se mueve en dirección del eje Y, es decir hacia adelante a hacia atras, accionada mediante una correa por un motor paso a paso NEMA17.

 

Eje Z: consta de dos barras lisas verticales sobre las que desliza hacia arriba y hacia abajo el eje X junto con el extrusor o cabezal de impresión. Estas guías habitualmente van fijadas sobre un marco vertical que puede ser de metacrilato, aluminio u otro material y que aporta robustez a la estructura. El movimiento de este eje debe contar con precisión del orden de la decima de milímetro si bien no requiere velocidades elevadas, por ello se acciona mediante dos tornillos verticales que giran acoplados mediante una unión flexible a dos motores NEMA17.

 

Eje X: Lo forman dos guías horizontales sobre las que se mueve el cabezal de impresión en dirección transversal. Es accionado por un motor y una correa .

 

Extrusor - Eje E: El filamento de plástico que será fundido se arrastra mediante un eje dentado que es movido a traves de engranajes reductores por un último motor paso a paso. Desde el punto de vista lógico el extrusor es un eje más.

 

 

Extrusor - Hotend

 

 

Como he comentado antes, el extrusor, accionado por un motor empuja el filamento de plastico que será fundido, lo que ocurre en la pieza conocida como "hotend" o "punta caliente". Gracias a una resistencia calefactora en encapsulado cerámico, generalmente de 40W, se logra, de forma muy localizada en la parte final del hotend la temperatura necesaria para fundir el plastico (220ºC - 240ºC para en ABS), que fluye siendo extruido a traves del "nozzle" por un orificio de 0.3 - 0.5 mm generando una tira uniforme de material fundido. Gracias a un termistor colocado junto al calefactor el firmware puede controlar con precisión la temperatura de trabajo.

Software - Firmware

 

El programa que se ejecuta en el ATmega2560 del arduino y que a traves de la placa de expansión Ramps controla todos los movimientosde la impresora así como la temperaturas es lo que llamamos firmware y existen varias opciones. Yo utilizo Marlin aunque también conozco grbl, mas orientado tal vez para el control de sistemas de mecanizado CNC. Este software utiliza el lenguaje gcode que es un tipo de código de control numérico en el que van codificados los movimientos que debe realizar el cabezal de impresión, así como la cantidad de plástico a depositar en cada lugar. Las instrucciones en lenguaje gcode son recibidas desde un PC a traves de conexión USB si bien es posible conectar un modulo LCD con lector de tarjeta SD donde puede almacenarse el gcode y permitir que la impresora funcione sin conexión a un PC.

 

 

Software - Programa Host

 

Es habitual utilizar un Pc para controlar y monitorizar el trabajo de la impresora. En mi caso utilizo el software Repetier Host que incluye la herramienta Slicer para generar los comandos gcode que gobernaran los movimientos de la impresora

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