Proyectos Robotica
SkyLab I, Impresora 3D
Luego de tener un amplio
conocimiento en lo que respecta a la impresión 3d, pasaremos al propósito
principal de este trabajo, la construcción de una impresora 3d, usando materiales
reciclados en su mayoría, con el fin de reducir sustancialmente los costos.
Conversión de un modelo a
la realidad
Convertir un diseño 3d a un objeto
real, es un proceso que aunque sencillo, tiene ciertos pasos en los que es
importante prestar atención.
Comencemos por lo básico, el modelo
3d, que lo puedes descargar desde páginas web como thingiverse, o bien, crearlo
tu mismo con algún software de diseño 3d como TinkerCad o Sketchup. Este diseño
se debe guardar en el formato .stl
Este archivo debe ser pasado a
algún software para pasarlo a formato gCode, que son básicamente las
instrucciones que recibirá la impresora para crear dicho modelo, como posición
de los motores, velocidad, temperatura, etc. Esta conversión se puede hacer con
software como Slicer, Cura 3d, Repetier, etc.
Finalmente hay un software que es
el que va mandando las instrucciones en G-code a la impresora. Personalmente
recomiendo que uséis Repetier, ya que es
muy sencillo de usar y practico.
Diseño
Para la realización de esta impresora, nos basaremos en el modelo más usado a nivel mundial, y es el diseño de la Prusa I3 MK2, que por su sencillez y funcionalidad, se constituye como uno de los mejores diseños de impresora. Para llevar a cabo la construcción, nos guiaremos de la Wiki de RepRap (en la cual está alojada toda la información necesaria para construir a cabo una impresora) y los videos tutoriales del canal el profe García, que serán de gran ayuda al momento de realizar nuestra impresora 3d.
Modelo
tradicional de una Prusa I3
Comenzamos con lo básico, como podemos ver, la impresora está
dotada de tres ejes móviles, el eje Y, X y Z
Eje Y
Eje X
Eje Z
Cama Caliente
Finales De Carrera
Extrusor
Arduino MEGA
Ramps 1.4
LCD Smart Controller
Driver A4988
Fuente de Poder
Eje Y
El eje Y es el que se encuentra en la parte inferior. Está
dotado de un motor Paso a Paso, con su respectiva rueda dentada y una correa
que moviliza la base de la cama caliente. Este sistema cuenta con rodamientos
que le permiten desplazarse por el par de varillas lisas instaladas para este
fin.
En nuestro caso, fabricamos una base de MDF separada por un
par de varillas roscadas, y en la parte superior están las varillas lisas por
las que se desplaza el sistema, la cual está hecha en triplay y se mueve
gracias a rodamientos reciclados de rieles de impresoras normales (al igual que
las varillas lisas).
Tenemos también un motor Paso a Paso, reciclado también de
impresoras Láser, y una correa dentada y una polea (Ambos reciclados también de
impresoras viejas).
En la base de triplay instalamos cuatro tornillos en cada esquina,
cada uno con un pequeño resorte, con el fin de sostener la cama caliente, y
nivelarla ajustando la tuerca de cada tornillo.
Eje X
En este eje es mucho más notable el
uso de partes recicladas, ya que usamos todo el sistema de tracción de una
pequeña impresora, únicamente reemplazamos el motor DC con el que venía, por un
pequeño motor paso a paso, al cual le adaptamos una correa. También retiramos
la parte de los cartuchos de la tinta, y perforamos para poder acoplar la base
del extrusor correctamente. Por último, colocamos dos carros que sirven para
que el eje se desplace por las varillas lisas y roscadas del Eje Z.
Eje Z
El eje Z es el que le da profundidad a nuestras piezas, me
atrevería a decir que es uno de los conjuntos más importantes para la impresión
3d. Como se trata de levantar todo el sistema del Eje X, se necesita fuerza
para esta acción, por esta razón, este sistema está dotado de dos motores paso
a paso, que por comodidad, los instalamos en la parte superior. Estos dos
motores hacen girar a una varilla roscada de, que es la que permite que el eje
X suba y baje. Al momento de usar motores reciclados para este eje, podemos
tener problemas al momento de unir la varilla con el eje del motor. En nuestro
caso, el motor trae un engranaje, lo cual generaba que el eje del motor se
deslizara y no subiera correctamente el sistema. Mi recomendación es que
compres acoples flexibles del diámetro del eje de tu motor y del de tu varilla
roscada, en mi caso, el eje del motor era de aproximadamente 6 mm, al igual que
la varilla, así que use acoples de 6.35 mm, que permiten ajustarse gracias a
los tornillos de sujeción que trae, y al ser flexibles, mejora el movimiento.
También usamos dos varillas lisas (recicladas también de
impresoras, que ayudan a guiar el eje X, y le permite desplazarse sin
problemas. Los carros que sujetan al eje X los fabricamos con madera, y usamos
tuercas para que la varilla moviera el sistema, al igual que con las varillas
lisas.
Cama Caliente
Es básicamente una resistencia que se calienta para
facilitar la adherencia del plástico a la superficie, permitiendo que todo el
proceso salga bien, en especial porque el HotEnd se calienta demasiado, y al
momento de depositar el filamento, este se despegaria de la superficie. Con
este componente, podemos imprimir más materiales además de PLA, como ABS, Nylon,
etc.
La cama caliente esta sobre la base de triplay que
mencionamos anteriormente, y está ajustada a ella por cuatro tornillos con un
pequeño muelle cada uno para nivelarla más fácilmente. Sobre ella se encuentra
un vidrio de 5 mm, sobre el cual se realiza la impresión.
Finales De Carrera
Los finales de carrera, como su nombre lo indica, detecta
cuando los ejes llegan a cierto punto. Los finales de carrera ya vienen
instalados sobre una PCB, eso facilita la instalación de estos, además traen un
led que se activa cuando el interruptor esta accionado.
Aunque no lo parezcan, estos pequeños sensores son muy
importante para el buen funcionamiento de nuestra impresora, ya que coloca los
ejes en la posición inicial, es decir, es una referencia para comenzar a
imprimir en el lugar adecuado.
Extrusor
El extrusor es una de las piezas más importantes de una
impresora 3D, su función es fundir y depositar el filamento plástico. Es el
corazón de la impresión por FDM. Para entender cómo funciona, tenemos que
explicar los componentes que están inmersos en él.
En primer lugar, tenemos un motor paso a paso Nema 17, junto
con un sistema de engranajes y poleas cuya función es fraccionar el filamento
plástico. Como estamos hablando de fundir plástico, necesitamos algo que se
caliente, y es aquí donde entra el bloque calentador, que básicamente es una
resistencia que puede alcanzar más de 260 grados centígrados! Junto a él
tenemos un Termistor de 100 KΩ, que es un sensor de temperatura. Luego tenemos
una boquilla de 1.75 mm que es por donde sale el filamento, y un pequeño
disipador de calor junto con un color para evitar recalentamientos del motor.
Este extrusor es conocido en el mercado como MK2, y es muy
compacto, Lo que lo hace ideal para nuestro proyecto, y nos permitirá manejar
cualquier tipo de filamento, siempre y cuando sea de 1.75 ms.
Una máquina de este calibre
requiere de una gran electrónica, es por eso que tenemos que poner especial
atención a esta parte. Ya hemos explicados algunos componentes como los
motores, el extrusor, los finales de carrera, la cama caliente, etc. Ahora
explicaremos los restantes.
Arduino MEGA
La mayoría de la gente que está
envuelta en el mundo de la electrónica ya está familiarizada con la familia
Arduino. Nuestra impresora (Así como lo mayoría que existe) usa una tarjeta
Arduino Mega, La nuestra cuenta con un microcontrolador ATmega 2560, lo que nos
da 54 entradas/salidas digitales, de las cuales 15 se usan por ancho de pulso
(PWM) y 16 entradas Analógicas, suficiente para controlar toda nuestra
impresora.
Ramps 1.4
La ramps es el circuito de hardware libre diseñado por el
equipo de RepRap, funciona como una Shield (es decir, se coloca sobre el
arduino mega) y nos permite controlar los motores del Eje X, Y y Z. Nos permite
manejar hasta dos extrusores, 6 finales de carrera, un final de carrera óptico,
HotEnd, Cama caliente, LCD y controlador, Termistor de cama caliente, Termistor
de extrusor 1 y 2, 5 puertos para drivers,
entre otros. Tiene una entrada para fuentes de 12v y aproximadamente 15
Amperios.
LCD Smart Controller
Aunque no es componente indispensable, sin duda es muy práctico
y útil. Es un componente relativamente pequeño que incorpora una LCD, un puerto
para tarjetas SD, un pequeño buzzer, un potenciómetro y un botón de reset. Este
componente nos va a permitir, preparar la impresora, controlar todos los ejes,
controlar la cama y el extrusor, nos brinda información sobre el estado de la
impresora, como temperatura de la cama y el extrusor, posición de los ejes,
posibles alertas y/o emergencias, y lo más importante, nos permite imprimir sin
un computador, solo guardando el archivo G-code en una tarjeta SD.
Driver A4988
A4988 es circuito controlador
bipolar de motores paso a paso le permite manejar un motor paso a paso bipolar
de hasta 2A de corriente desde cualquier microcontrolador. Nuestros
motores son de menos de 2 amperios, es decir, son perfectos para este caso.
Este driver es necesario, ya que los motores paso a paso son mucho mas precisos
que los motores DC convencionales.
Fuente de Poder
Nuestra impresora 3D usa un monton
de componentes que requieren de mucha corriente, como los motores, el extrusor,
la cama caliente, etc. Por tal motivo, necesitamos una fuente de 12V y por lo
menos 10 A. Y como la idea de este proyecto es reciclar todo lo posible, usamos
una fuente de computadora, la cual nos proporciona 12 v a 14 amperios
aproximadamente.
Fimware
El fimware es el código que la
impresora usa para poder funcionar, es decir, sin el, no hay impresora, no
podría hacer absolutamente nada. Como seguramente habras pensado, crear el
código de semejante maquina es extremadamente complicado.
Afortunadamente, nuestros amigos de
RepRapy sus colaboradores han desarrollado un fimware muy avanzado para este
tipo de maquinas, se llama Marlin, y únicamente tendras que acomodar algunas
líneas de código a las características de tu maquina, mas adelante te explicare
como hacer.
Marlin es el código que montaremos
a lo ultimo, para calibrar y tomar algunos datos que necesitamos, usaremos
primero un fimware llamado Sprinter (El predecesor de marlín), que aunque no
permite que tu impresore funcione, si nos ayuda a hacer pruebas y calibraciones
de forma mas fácil y segura.
