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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Industrial FABRICACIÓN, MONTAJE Y ANÁLISIS DE PRECISIÓN DE MÁQUINA DE PROTOTIPADO RÁPIDO AUTO-REPLICANTE DE BAJO COSTE Autor: ALBERTO MARTÍNEZ SANMARTÍN Dirigido por JORGE SANTOLARIA MAZO Codirigido por JUAN JOSÉ AGUILAR MARTÍN Universidad de Zaragoza Escuela de Ingeniería y Arquitectura Junio 2012 Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación FABRICACIÓN, MONTAJE Y ANÁLISIS DE PRECISIÓN DE MÁQUINA DE PROTOTIPADO RÁPIDO AUTOREPLICANTE DE BAJO COSTE RESUMEN El presente proyecto surge de la necesidad de utilización de una Máquina de Prototipado Rápido de bajo coste o Impresora 3D de bajo coste. En la actualidad existen multitud de Máquinas de Prototipado Rápido comerciales de alto precio, siendo éstas del orden de entre 100 y 200 veces superiores en precio a las de bajo coste; por tanto es interesante para la Universidad disponer de una máquina de bajo precio para realizar prototipos de forma barata y rápida; además de la posibilidad de replicar de forma más económica dicha máquina las veces que sean necesarias. Para ello, se ha hecho una valoración de los equipos disponibles en el mercado analizando sus principales características; como la precisión, calidad de acabado, velocidad de impresión, etc. Pero fundamentalmente a la hora de la elección nos hemos centrado en el aspecto económico, no solo de primera adquisición sino de posibles réplicas, recambios y materiales consumibles de la misma. Una vez realizado dicho estudio, la elección de la Máquina de Prototipado Rápido es una PRUSA-MENDEL del Proyecto RepRap. Nos hemos decantado por ésta opción debido a su bajo coste, tanto de adquisición como de consumibles (ya que la mayoría de sus componentes pueden obtenerse de forma barata y rápida en cualquier ferretería o tienda de bricolaje), su mejorada capacidad de impresión respecto a otros modelos y su mayor sencillez de montaje, manejo, reparación y modificación de la misma. A partir de este punto tras realizar una catalogación y valoración de los diversos proveedores de piezas, consumibles y adquirir los diferentes componentes se ha procedido a su montaje, tanto físico, eléctrico y electrónico; como configuración del software de control, calibrado y puesta en funcionamiento. Se han realizado también mejoras en algunos aspectos deficientes de la misma. Dicha tarea conlleva un gran esfuerzo ya que el Proyecto RepRap es una iniciativa colectiva creada con el propósito de crear Máquinas de Prototipado Rápido de bajo coste Auto-replicantes de licencia abierta en la que cada usuario puede colaborar aportando o extrayendo la información que crea necesaria para la mejora y el desarrollo del proyecto; esto genera una gran cantidad de información pero estructurada de manera muy deficiente y con grandes vacíos incluso informaciones erróneas en muchos ámbitos, además de una infinidad de variaciones y modelos diferentes. Por todo ello, se ha recopilado, organizado, creado y en definitiva mejorado toda ésta información con la que se ha redactado un manual completo y perfectamente documentado de como realizar su montaje, piezas y electrónica, conexiones eléctricas, drivers del software, programas requeridos; de manera inequívoca así como las instrucciones para su correcto calibrado y puesta a punto. Se ha presentado en cada punto las alternativas básicas con las piezas disponibles, así como posibles mejoras técnicas tanto desde el punto de vista del diseño como de la fabricación o del proceso mismo de montaje. Además se indica en cada paso el tiempo requerido para su realización, así como el total del apartado o apartados; de manera que el usuario tiene una visión global del tiempo restante de finalización del proyecto. Se ha realizado un estudio económico de la máquina tanto de primera adquisición como auto-replicándose a sí misma una vez se dispone de una máquina ya funcionando. Por último; se ha llevado a cabo una evaluación de la precisión de las piezas fabricadas a partir de las dimensiones nominales del CAD y de medición de las piezas fabricadas de modo que se ha caracterizado la precisión dimensional de las piezas fabricadas en función de parámetros de construcción y posicionamiento en la bandeja, con objeto de elaborar mecanismos de compensación de los errores y aumentar la precisión de las piezas teniendo en cuenta los principales mecanismos de error que afectan. Debido a su bajo coste; se ha evaluado la posible utilización de éste tipo de máquinas en aplicaciones docentes relacionadas con el diseño y la fabricación, como herramienta docente en el ámbito de la ingeniería, de otras titulaciones o incluso en enseñanzas secundarias. GUÍA DE CONSULTA La memoria se divide en varias secciones diferenciadas las cuales se detallan a continuación. Capítulo 1.  1.1 Introducción: en él se presentan y describen las diferentes tecnologías de fabricación aditiva, así como los métodos existentes más significativos del Prototipado rápido.  1.2 Justificación del proyecto: se justifica con claridad y detalle la necesidad de realizar éste proyecto y porque se ha realizado de la siguiente manera.  1.3 Objetivos del proyecto: se clasifican los diferentes objetivos y metas a alcanzar durante el desarrollo del mismo.  1.4 Ámbito del proyecto: se explica dónde y cómo se va a realizar el proyecto (instalaciones y equipos usados). Capítulo 2.  Planificación: en éste capítulo se enumeran las diferentes tareas a llevar a cabo para el total desarrollo del proyecto. Capítulo 3.  Desarrollo del proyecto: el capítulo consta de un resumen de los diferentes apartados necesarios para la construcción de la máquina completa; desde su adquisición, montaje, calibración y puesta a punto; hasta su funcionamiento e impresión. Referenciándose a la guía completa de montaje adjunta en los anexos donde se detalla de forma íntegra e inequívoca cada paso a seguir. Capítulo 4.  Estudio de precisión: se realiza un estudio de precisión de varias piezas impresas con diferentes extrusores, y comparando las medidas de éstas frente a las nominales. Capítulo 5.  Análisis económicos: en él se realizan varios análisis económicos o presupuestos de adquisición de la máquina, tanto de nueva compra como de replicación de la misma. Capítulo 6.  6.1 Aplicaciones: en éste apartado se enumeran y detallan las diferentes aplicaciones prácticas que pueden llevarse a cabo con ésta máquina, principalmente en el ámbito universitario y de docencia.  6.2 Trabajos futuros: aquí se muestran trabajos futuros así como diferentes vías de investigación y desarrollo que podrían o deberían llevarse a cabo para la mejora e implementación de la tecnología existente una vez concluido éste proyecto. Capítulo 7.  Conclusiones: éste capítulo recoge las conclusiones a las que se ha llegado tras la realización completa del proyecto. Así como una valoración personal sobre el trabajo realizado. ANEXOS:  ANEXO 1: Guía completa de montaje calibración y puesta a punto de la impresora 3D ‘Prusa-Mendel’.  ANEXO 2: Estudio de precisión de 2 piezas impresas con diferente extrusor y compradas con sus medidas nominales y contra CAD.  ANEXO 3: Análisis económico de compra de producto nuevo y de autoreplicación de la misma.  ANEXO 4: Datasheets de la placa RAMPS 1.4. Índice. Capítulo 1. Introducción………………………………………....... 1-11 1.1 Presentación de las tecnologías de fabricación aditivas...… 1-7 1.2 Justificación del proyecto……………………………….… 8-10 1.3 Objetivos del proyecto……………………………………. 11 1.4 Ámbito del proyecto………………………………………. 11 Capítulo 2. Planificación…………………………………….…….. 12 Capítulo 3. Desarrollo del proyecto………………….…………. 13-15 3.1 Elección de proveedores y compra de materiales………… 13 3.2 Montaje de la máquina……………………………………. 13 3.2.1 Montaje de los extrusores……………………….. 13 3.3 Montaje eléctrico………………………………………….. 14 3.4 Montaje electrónica……………………………………….. 14 3.5 Firmware y Software……………………………………… 14 3.6 Puesta a punto y calibración…………………………….… 14 3.7 Impresión……………………………………………….…. 14 3.8 Estudio de precisión……………………………………….. 15 3.9 Análisis económico………………………………………... 15 3.10 Redacción de la guía……………………………………… 15 3.11 Redacción de la memoria………………………………… 15 Capítulo 4. Estudio de precisión………………………………….. 16-22 4.1 Comparación de medidas reales frente a nominales……… 16 4.1.1 MiniExtruder……………………………………. 17 4.1.2 Wade’s Extruder………………………………… 17 4.1.3 Comparación del error medio……………………… 18 4.2 Digitalización del modelo y comparación frente a CAD… 19-22 4.2.1 MiniExtruder……………………………………. 19-20 4.2.2 Wade’s Extruder………………………………… 21-22 4.3 Conclusiones del estudio………………………………… 22 Capítulo 5. Análisis económicos…………………………………… 23-24 5.1 Elección de proveedores y descripción del análisis………. 23 5.2 Resultado del análisis………………………………….….. 24 Capítulo 6. Aplicaciones y trabajos futuros………………………. 25-28 6.1 Aplicaciones…………………………………………….…. 25-26 6.2 Trabajos futuros…………………………………………… 27-28 Capítulo 7. Conclusiones…………………………………….….... 29-30 ANEXOS ANEXO 1- Guía de montaje………………………………. 1-80 ANEXO 2- Estudio de precisión……………………..…… 1-61 ANEXO 2.1 Comparación de medidas…………….... 1-5 ANEXO 2.1.1- MiniExtruder…………………... 1-2 ANEXO 2.1.2- Wade’s Extruder……………….. 3-4 ANEXO 2.1.3- Gráfica del error medio….……. 5 ANEXO 2.2- Digitalización del modelo………….….. 1-56 ANEXO 2.2.1- MiniExtruder……………….….. 1-28 ANEXO 2.2.2- Wade's Extruder……..………… 29-56 ANEXO 3- Análisis económico……...…………..…..….…. 1-9 ANEXO 3.1- Proveedores………………………..…... 1-4 ANEXO 3.2- Presupuesto de nueva compra………..... 5 ANEXO 3.3- Presupuesto de duplicación…………..... 6-9 ANEXO 4- Datasheets RAMPS 1.4…………………….…. 1-3 1. Introducción 7 Direcciones futuras: LMTs han cambiado la manera en la que las compañías diseñan, desarrollan, y manufacturan los productos. Un gran número de organizaciones en diversos campos han explotado los beneficios de LMT abriendo nuevas oportunidades de investigación, negocios y educación. Éstas tecnologías usadas para el prototipado y modelado han sido muy aceptadas por la industria extendiéndose rápidamente para el desarrollo y creación de nuevos productos funcionales. Las máquinas LM continúan siendo consideradas lentas para la industria estándar, por tanto una línea de mejora en la tecnología es ir aumentando progresivamente la velocidad de trabajo, con ayuda de nuevas tecnologías, como más potentes y rápidas computadoras. Otro punto de investigación que se está llevado a cabo es la mejora de los parámetros de fabricación, consiguiendo más altas presiones y resolución, sin que ello incremente los tiempos de producción o encarezca el proceso. Además cada vez se consigue abaratar más el proceso, consiguiendo mayores beneficios y volúmenes de producción mayores. Por último, se están desarrollando nuevos materiales de trabajo, entre los que se incluyen materiales “verdes” reciclables, reutilizables y biodegradables; que producen un menor impacto sobre el medio ambiente. 1. Introducción 8 1.2 Justificación del proyecto. Las máquinas de prototipado rápido, también llamadas impresoras 3D, constituyen un grupo especial de equipos dentro de la Manufactura aditiva por capas (LM, Layered Manufacturing). Su función principal es la capacidad de imprimir modelos en 3 dimensiones a partir de un CAD, esto es de gran utilidad en el ámbito de la ingeniería; especialmente en la ingeniería de diseño; sobre todo para el desarrollo y manufactura de prototipos. El beneficio económico y reducción de costes es uno de los puntos más significativos que se pueden conseguir con la utilización de ésta tecnología, obteniendo unos rangos de reducción de costes y tiempo entre el 50% y el 90% en comparación con los procesos de prototipado tradicionales. Esto permite realizar nuevos productos más rápidamente y con unos costes fijos más reducidos, sobre todo en productos que necesitan muchas modificaciones de diseño previas hasta conseguir el producto final. Ya que la visualización, comprobación y comunicación del test es inmediata y posible gracias a la tecnología de Prototipado rápido. Además dicha tecnología es adaptable a diversos ámbitos, no solo en lo referente al prototipado industrial; sino a fines como la investigación, el uso a nivel docente, e incluso la utilización doméstica con fines privados. Procurando una herramienta práctica con la que poder visualizar, contemplar y tocar de una forma rápida y directa el objeto de estudio, en ramas tan dispares como la medicina, la biología molecular, desarrollo de prótesis, así como la enseñanza secundaria o universitaria; entre otras muchas aplicaciones. El principal inconveniente en el uso y aplicación de ésta tecnología es su elevado coste, especialmente del equipo pero también de los materiales consumibles. Aunque ya existen máquinas de tamaño más reducido, todavía éstas máquinas suelen ser voluminosas y poco transportables, lo que limita su uso para un único departamento e impide su difusión en todos los sectores de la empresa o institución. Es por ello que surge la necesidad de desarrollar una máquina de prototipado rápido de bajo coste y pequeñas dimensiones, que pueda construirse y manejarse sin demasiada dificultad o sin un alto grado de especialización del operario; pero conservando sus principales ventajas respecto a otros procesos de prototipado tradicionales, como son su reducción de costes y velocidad de fabricación. Existen varios tipos de tecnologías de prototipado rápido, las cuales son enumeradas y detalladas en el apartado de introducción (páginas 4 y 5). 1. Introducción 9 Los principales procesos son: - Sintetizado selectivo de láser (SLS, Selective Laser Sintering). - Fotopolimerización (SLA, Stereolithography). - Modelado por deposición fundida (FDM, Fusion Deposited Modelling). A continuación detallamos sus principales características, así como sus ventajas e inconvenientes: SLS: Sintetiza mediante laser un material en polvo a solido. Dicho proceso puede trabajar en un amplio rango de materiales, con buena tolerancia dimensional y sin necesidad de estructura de soporte. Por el contrario, es un proceso relativamente lento, que necesita un gran aporte de energía y una atmósfera controlada para evitar impurezas y el riesgo de explosión al haber partículas de polvo en suspensión. Por tanto estos equipos requieren grandes dimensiones lo que limita su movilidad. SLA: Polimeriza con luz ultravioleta una resina líquida. Ésta tecnología alcanza el grado de precisión y resolución más alto, además su rango de velocidades suele ser más elevado que en el caso del SLS. Su principal desventaja es económica, puesto que el precio de adquisición de éstos equipos es elevado (para baremo que nosotros buscamos), así como de los materiales de aporte; debido al alto coste de las resinas utilizadas. FDM: Funde o extruye un material sólido (usualmente termoplásticos) para posteriormente depositarlo en una bandeja para que solidifique de nuevo. Los costes de éstos equipos son comparativamente inferiores a los antes mencionados, sobre todo en cuanto a materiales consumibles, además su funcionamiento y uso es más sencillo, sin necesidad de personal altamente cualificado. Los rangos de trabajo y la precisión son relativamente más bajos que en los otros procesos y se requiere un control preciso de la temperatura así como un análisis y corrección de la influencia de las dilataciones del material de trabajo. En conclusión; debido a que nuestro objetivo es la construcción de una máquina de bajo coste y pequeñas dimensiones; sin una necesidad muy estricta en cuanto al alto grado de resolución. Optamos; tras la comparación de las opciones disponibles, por la tecnología FDM, que es la que más se ajusta a nuestras especificaciones. 1. Introducción 10 En la búsqueda de alternativas damos con el ‘Proyecto Reprap’, una iniciativa creada con el propósito de desarrollar una máquina de prototipado rápido libre capaz de replicarse a sí misma. RepRap imprime objetos en 3D a base de plástico, permitiendo la fabricación de objetos. Incluso puede generar las partes necesarias para construir otra máquina igual a ella. RepRap se trata de hacer máquinas auto-replicantes, y ponerlos a libre disposición para el beneficio de todos. Existen varios tipos de impresoras RepRap, entre las que se encuentran la Travel-Size RepRap, Mendel RepRap o Prusa-Mendel RepRap. Todas ellas basadas en el mismo principio pero con diferencias entre ellas. Nuestro objetivo es construir, calibrar y mejorar una Prusa-Mendel RepRap partiendo de los componentes básicos de la misma. Ya que es la más sencilla tanto en su montaje como en su utilización, además de ser una versión mejorada de las antes mencionadas. Al ser ‘RepRap’ una iniciativa colectiva creada con el propósito de desarrollar Máquinas de Prototipado Rápido de bajo coste Auto-replicantes de licencia abierta, en la que cada usuario puede colaborar aportando o extrayendo la información que crea necesaria para la mejora y el desarrollo del proyecto; genera una gran cantidad de información pero estructurada de manera muy deficiente y con grandes vacíos incluso informaciones erróneas en muchos ámbitos, además de una infinidad de variaciones y modelos diferentes. Debido a que no existe ninguna guía completa que recoja todos y cada uno de los pasos necesarios para su puesta en funcionamiento, es necesario recopilar toda ésta información para ordenarla, completarla, traducirla en forma de manual perfectamente documentado de como realizar su montaje, piezas y electrónica, conexiones eléctricas, drivers del software, programas requeridos; además de las posibles mejoras técnicas que se puedan realizar en cada punto así como las instrucciones para su correcto calibrado y puesta a punto. Todo ello de manera accesible, de fácil comprensión y de forma inequívoca fuera de toda duda o problema que pueda surgir. Además de la construcción física de la máquina y su puesta en funcionamiento, se requiere hacer un análisis económico para estudiar su implantación a nivel docente y sus posibles aplicaciones prácticas. Por último se llevará a cabo un estudio de precisión de la máquina para poder ser catalogada correctamente y compararse con otras tecnologías similares. 1. Introducción 11 1.3 Objetivos del proyecto. El desarrollo principal del proyecto consiste en la adquisición, montaje, puesta a punto y mejora de una impresora 3D auto-replicante de bajo coste. Además se recopilara, estructurará y redactará un manual completo, para su montaje de forma inequívoca donde se mostrará tanto el montaje físico, como eléctrico y electrónico; así como la calibración y puesta a punto. Documentando bien el tiempo de montaje para desarrollar una tabla a la que poder acudir a la hora de planificar proyectos futuros relacionados con la auto-replicancia de la máquina. Se pretende desarrollar con esto un protocolo a seguir para la difusión de la tecnología en el ámbito docente y facilitar así su utilización en los diversos departamentos de la universidad. Se realizará un estudio económico de adquisición de la máquina, tanto de nueva compra como utilizando su capacidad auto-replicante. Además se hará un estudio de precisión de la máquina comparando y midiendo con precisión una pieza impresa frente sus medidas nominales en CAD. Por último se buscarán posibles aplicaciones de la máquina en diferentes aspectos, no solo en el ámbito docente universitario. 1.4 Ámbito del proyecto. El proyecto se lleva a cabo en el departamento de Ingeniería y Diseño de Fabricación de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de Zaragoza. Es allí donde se adquirirá, montará y se pondrá en funcionamiento la primera máquina y donde se realizaran las mejoras de diseño pertinentes, con las herramientas del taller del departamento de fabricación y el laboratorio de metrología, donde se llevará a cabo el estudio de precisión. Por último, estará a disposición el manual completo donde se podrá acudir en caso de necesitar duplicar la máquina o consultar cualquier duda sobre su utilización. 2. Planificación 12 Capítulo 2. Planificación. Para la planificación se establecieron una serie de tareas que se fueron repartiendo a lo largo del tiempo de duración del proyecto. Las tareas son las siguientes:  Búsqueda, comparación y selección de equipos.  Compra y espera de entrega de componentes  Recopilación de información disponible.  Montaje físico de la máquina.  Montaje extrusor (Wade’s extruder).  Montaje extrusor (Miniextruder universal).  Montaje electrónica.  Montaje componentes de control (finales de carrera, etc.).  Conexiones eléctricas y de control.  Instalación y configuración de Firmware y Software.  Puesta a punto y calibración.  Pruebas de impresión.  Redacción de manual.  Estudio de precisión.  Búsqueda de usos prácticos.  Redacción de la memoria. Algunas de estas tareas coincidían en el tiempo mientras que otras implicaban su finalización antes de poder pasar a la siguiente. Al final de la guía de montaje (ANEXO 1) se adjunta una tabla de tiempos de montaje y desarrollo del proyecto, además se adjunta un gráfico de la división de tiempos que conlleva la realización de cada apartado. 3. Desarrollo del proyecto 13 Capítulo 3. Desarrollo del proyecto. 3.1 Elección de proveedores y compra de materiales. El primer trabajo a realizar es la búsqueda de diferentes opciones de compra y proveedores disponibles en el mercado que suministren el producto que nosotros requerimos, en éste caso un Kit completo de impresora ‘Prusa-Mendel’ y material de aporte. Tras una exhaustiva búsqueda y comparación nos decantamos por RepRapBCN (como se indica con más detalle en el capítulo 5.1). Se adjunta en el ANEXO 3.1, la lista completa de proveedores consultada, tanto de kits completos como de piezas sueltas; así como los presupuestos y precio definitivo de adquisición del Kit. 3.2 Montaje de la máquina. El siguiente paso tras tener todas las piezas es el montaje físico de la máquina. Éste proceso esta explicado con todo detalle en el ANEXO 1; comprendiendo desde la Parte 1, hasta la Parte 8 de la guía de montaje. Primeramente montamos la estructura de soporte o esqueleto de la máquina, sobre la cuál montaremos posteriormente los soportes de los diferentes ejes. Durante éste proceso se montan en su sitio los motores y correas que dotan de movilidad al conjunto. Durante éste proceso es importante como se detalla en la guía, el preciso ajuste de todo el conjunto para que encaje a la perfección y nada dificulte ni de problemas en pasos posteriores. 3.2.1 Montaje de los extrusores. El montaje de los extrusores puede realizarse en paralelo al montaje de la máquina ya que no se monta sobre ésta hasta el final. En nuestro caso disponemos de 2 extrusores, un ‘Wade's Extruder’ y un ‘Miniextruder universal’. La principal diferencia entre ambos es el diámetro del hilo de material con el que trabajan, siendo de 3mm el primero y 1.75mm el segundo. Ambos constan de un motor, un mecanismo de arrastre del hilo mediante un tornillo moleteado, un boquilla caliente de cobre con una resistencia y un termistor para controlar la temperatura de fusión. El montaje de ambos extrusores queda reflejado al detalle en el ANEXO 1, apartados 13 y 14. 3. Desarrollo del proyecto 14 3.3 Montaje eléctrico. Una vez completado el montaje físico de la maquina y de los extrusores se realizan todas las conexiones eléctricas, dotando a los motores, finales de carrera, boquilla caliente y resistencias de la cama de los conectores adecuados para conectarlos posteriormente a la placa de control. Es necesario conectar la fuente de alimentación y relé que alimenta la placa caliente. Éste proceso queda definido y explicado con claridad en el ANEXO 1, Parte 15. 3.4 Montaje electrónica. Éste paso puede hacerse en paralelo con los anteriores, soldando a la placa RAMPS 1.4 todos los componentes, drivers y conectores correctamente. Una vez finalizado, conectaremos ésta a la placa Arduino y el resto de cables (motores, boquilla, etc.) donde corresponden. Es muy importante realizar bien las soldaduras y conexiones, todo queda reflejado con detalle en el ANEXO 1, Parte 10. Además se adjuntan los DataSheet de la placa y otros elementos electrónicos por si es necesaria su consulta. ANEXO 4. 3.5 Firmware y software. Una vez completado el montaje de la electrónica es necesario instalar los diferentes programas (Pronterface, Slic3r, Netfabb Studio, Git Bash, etc.) y drivers necesarios en el PC y configurar la placa Arduino mediante el firmware adecuado (Sprinter de Kliment). Como queda reflejado en su totalidad en el ANEXO 1, Parte 16. 3.6 Puesta a punto y calibración. Por último antes de poder imprimir es necesario calibrar correctamente la máquina y asegurarse de que todo esta bien configurado para su correcto funcionamiento. Éste paso es crítico y requiere de herramientas adecuadas, como un pie de rey o reloj comparador. Con los datos tomados se va ajustando los diferentes parámetros hasta conseguir el correcto calibrado como se indica con detalle en el ANEXO 1, Parte 17. 3.7 Impresión. Tras realizar todos los pasos anteriores, la máquina ya está lista para imprimir, el usuario debe familiarizarse con el funcionamiento de los programas y sus diferentes configuraciones. Además de cómo cargar el aporte de material al extrusor. Es por ello que en la guía se adjunta un apartado de utilización e impresión. ANEXO 1. 3. Desarrollo del proyecto 15 3.8 Estudio de precisión. Para hacernos una idea de la precisión de impresión de la máquina, llevamos a cabo un estudio de precisión sobre dos piezas de muestra, impresas con diferentes extrusores. Para ello tomamos medidas de ambas y además las digitalizamos para hacer la comparación frente al CAD y sus medidas nominales; obteniendo así los datos necesarios para el estudio. Todo éste proceso se detalla en el ANEXO 2. 3.9 Análisis económico. Éste apartado contiene un análisis económico en el cuál se adjunta una lista completa de proveedores y dos presupuestos diferentes; uno de compra del Kit completo o nueva compra y otro un presupuesto suponiendo que ya se dispone de una máquina y aprovechamos su capacidad auto-replicante. Todo éste material se recoge en el ANEXO 3. 3.10 Redacción de la guía. Debido a que hay disponible un gran volumen de información pero estructurada de deficientemente, con grandes vacíos incluso de manera errónea en muchos puntos, además de una infinidad de variaciones y modelos diferentes; se ha recopilado, organizado y un manual completo estructurando toda ésta información, de manera perfectamente documentada e inequívoca de como realizar su montaje, piezas y electrónica, conexiones eléctricas, drivers del software, programas requeridos, calibrado y puesta a punto. Además se ha presentado en cada punto las alternativas básicas con las piezas disponibles, así como posibles mejoras técnicas tanto en el diseño como en la fabricación o del proceso mismo de montaje. Además se indica en cada paso el tiempo aproximado de montaje así como el total del capítulo. Éste manual se encuentra disponible en el ANEXO 1. 3.11 Redacción de la memoria. Por último es necesario recopilar, estructurar y redactar los diferentes apartados de la memoria correspondiente; la cual debe componerse de una estructura determinada así como de los anexos que cumplimentan el proyecto con toda la información disponible. 4. Estudio de precisión 16 Capítulo 4. Estudio de precisión. Se ha llevado a cabo un estudio de precisión de dos piezas de prueba iguales con diferentes geometrías de control impresas por dos extrusores diferentes (MiniExtruder Universal y Wade’s Extruder). Comparando sus medidas reales frente a las nominales y el modelo digitalizado frente al CAD. ANEXO 2. 4.1 Comparación de medidas reales frente a medidas nominales. Para ello primeramente se han tomado diez medidas con un pie de rey sobre cada una de las diferentes geometrías relevantes de las piezas y comparadas éstas con sus medidas nominales. ANEXO 2.1. A continuación se muestra el plano de la pieza con sus medidas nominales y los resultados del primer estudio: Medidas nominales: A: 60mm B: 25mm C: 7mm D: 10mm E: 10mm F: 10mm G: 5mm H: 12mm I: 12mm 5. Análisis económicos 23 Capítulo 5. Análisis económicos. 5.1 Elección de proveedores y descripción del análisis. Se ha levado a cabo un análisis económico del proyecto, el cuál se divide en 2 partes. La primera parte tiene en cuenta los costes iniciales de compra de todo el conjunto como primera adquisición, es decir se compran todos los materiales y piezas imprimibles partiendo de que no se dispone de ninguna de ellas. A ello se debe sumar los gastos de envío y gastos posteriores durante el montaje. Tras la correspondiente búsqueda y comparación de proveedores, (de los cuales se adjunta una lista con sus catálogos y direcciones en el ANEXO 3), optamos por el proveedor RepRap Barcelona, debido a su Precio competitivo, cercanía y posibilidad de adquisición de todo lo que requerimos. El proveedor elegido es RepRapBCN(*). Es un proyecto de la Fundación CIM de la Universidad Politécnica de Cataluña que tiene como objetivos principales:  Impulsar la presencia de los sistemas de impresión opensource en España y Europa.  Hacer avanzar esta tecnología mediante la participación activa en la comunidad que la está desarrollando.  Formar estudiantes de ingeniería industrial en mecánica, electrónica, materiales y gestión industrial mediante la participación el proyecto. La cual además de todas éstas actividades suministra lotes cuasi-completos de la máquina (algunas piezas auxiliares y de tornillería no se suministran, así como pegamentos y elementos de unión, los cuales quedan reflejados en el análisis). La segunda parte del análisis económico se tiene en cuenta que ya se dispone de una máquina completa y funcionando, la cuál puede imprimir partes de la máquina nueva, además de que ya se conoce con precisión toda la tornillería y demás elementos necesarios para el montaje de la máquina (los cuales pueden adquirirse en su gran mayoría sin demasiada dificultad en cualquier ferretería). El objetivo es hacerse una idea del coste aproximado y por tanto del ahorro que supone montar una máquina nueva una vez que ya se dispone de otra. * http://www.reprapbcn.com http://reprapbcn.wordpress.com/sobre-reprapbcn/ 5. Análisis económicos 24 5.2 Resultados del análisis. A continuación se muestra los datos y conclusiones finales del estudio, si se desea consultar más detalladamente se puede acudir al ANEXO 3 donde se muestra con precisión el desglose de los mismos. Presupuesto de nueva compra (ANEXO 3.2): Pedido: Importe: Kit piezas completo SLS + MiniExtruder 1.75mm 632.00€ Wade’s Extruder SLS completo 98.00€ Material PLA 3Kg 75.00€ Gastos de envío 25.00€ BASE IMPONIBLE: 830.00€ IVA (18%) 149.40€ TOTAL: 979.40€ Presupuesto de duplicación (ANEXO 3.3): Pedido: Importe: Piezas imprimibles 91.25€ Material 75€ Tornillería 152€ Mecánica 104€ Electrónica 181€ TOTAL: 603.25€ Conclusión: Disponer una máquina en funcionamiento y aprovechando su capacidad de autoreplicancia, además de adquirir por nuestra cuenta en diversos proveedores todos los componentes necesarios para la construcción de una nueva máquina, nos supone un ahorro aproximado de más de 650€ (376.15€ en concreto, basándonos en éste estudio). 6. Aplicaciones y trabajos futuros 25 Capítulo 6. Aplicaciones y trabajos futuros. 6.1 Aplicaciones. A continuación se detallan diferentes aplicaciones y usos que pueden dársele a éste proyecto, especialmente en el ámbito docente de la universidad.  Prototipado rápido: La primera y más directa utilidad es el Prototipado rápido. Debido a que ha sido concebida con éste fin, la convierte en una herramienta muy útil a la hora de la fabricación de prototipos. Los cuales resultan imprescindibles en todas las áreas y departamentos implicados en el diseño y fabricación, tanto en los procesos de producción y departamentos de I+D+I de la empresa privada, como en la universidad; donde se llevan a cabo la investigación y el desarrollo de diferentes máquinas y productos.  Impresión de modelos: La aplicación consiste en la impresión de modelos, bien a tamaño real o a escala, con el cuál poder realizar un estudio de tensiones, esfuerzos y deformaciones; o bien poder planificar una serie de operaciones que van a ser llevadas a cabo sobre el modelo real. Un claro ejemplo de esto sería en cirugía interna, neurocirugía o cirugía reconstructiva; en la cuál podría imprimirse el modelo detallado de la zona de intervención del paciente y planificar in situ la posterior operación. Otra aplicación práctica es la posibilidad de imprimir un conjunto de piezas o maquinaria que deben ser reparadas con una exhaustiva planificación y no se dispone de un protocolo previo de actuación (como en la restauración de antiguas y valiosas piezas de museo, instrumentos o maquinaria).  Prótesis: Un campo con grandes expectativas de avance gracias a ésta tecnología es en la industria de la fabricación de prótesis. Si bien ésta máquina en concreto no sería la recomendada para fabricar prótesis funcionales, si que podrían usarse como prototipo previo, para comprobar su correcto funcionamiento o que sus propiedades ergonómicas se ajusten a la perfección a la persona que van destinadas, como paso previo a su construcción definitiva. 6. Aplicaciones y trabajos futuros 26 Éste método sería interesante en reconstrucciones maxilofaciales o implantes bucales; con un ahorro significativo frente a los métodos tradicionales, los cuales se elaboran de una forma bastante artesanal y costosa.  Piezas y componentes. Ésta máquina resulta muy útil a la hora de la fabricación de piezas o componentes de aparatos o instrumentos, que no requieran soportar grandes esfuerzos, ni requieran muy alta tolerancia dimensional. Por ejemplo en la fabricación de carcasas o protectores, fijaciones de elementos, estructuras de soporte o utillajes de sujeción para piezas que van a ser medidas con una MMC o tecnología similar. Gracias a la cual puede imprimirse rápidamente y de forma muy económica, de una manera temporal o definitiva, el componente que mejor se adapte a nuestras especificaciones sin necesidad de recurrir a un taller, simplemente desarrollando el CAD e imprimiéndolo al instante.  Ámbito docente. En el ámbito docente y de la enseñanza, no solo universitaria sino incluso secundaria, puede ser de gran ayuda ésta máquina para facilitar la comprensión de ciertos aspectos. Pudiendo con ella imprimir modelos en 3 dimensiones que ayuden a la visualización de ciertas piezas, estructuras o moléculas; disponiendo así tanto el profesor como el alumno, de algo tangible con lo que poder hacerse una idea clara de lo que se esta estudiando. Un ejemplo de ello podría ser en prácticas sobre las que se esta trabajando con piezas de las que no se dispone o estructuras mecánicas a escala, éstas podrían imprimirse y enseñarse a los alumnos. O en la enseñanza biomolecular, podrían imprimirse moléculas a escala del compuesto a estudio, con lo que los alumnos verían de forma clara su estructura para poder comprender sus propiedades más fácilmente. Así también en medicina, donde se dispondría de la capacidad de imprimir diferentes partes del cuerpo como articulaciones u otros, si no se dispusiera del modelo anatómico real. Podrían encontrarse muchas más utilidades que se adapten a las necesidades de cada momento gracias a la versatilidad y bajo coste de la máquina Prusa Mendel. Las posibilidades y aplicaciones son inmensas. 6. Aplicaciones y trabajos futuros 27 6.2 Trabajos futuros. En éste apartado se detallan una serie de trabajos o tareas futuros que podrían llevarse a cabo para la mejora y ampliación de éste proyecto, las cuales no han sido realizadas debido a que supondría un volumen de trabajo añadido que haría demasiado extenso el proyecto.  Caracterización de parámetros y variables: Sería interesante hacer un estudio de la influencia y caracterización de todos los parámetros y variables, bien sean controlables desde el software o intrínsecas en la propia fabricación (como la dilatación del material), que influyen en el proceso de impresión, con el fin de conocer a la perfección y mejorar así el proceso de impresión de la máquina.  Mejoras: Además de las mejoras que ya han sido realizadas en éste proyecto, podrían llevarse a cabo otras con el fin de intentar mejorar la calidad de impresión, reduciendo las tolerancias, el rango de impresión y aumentar la velocidad de la máquina. También podrían añadirse piezas o cambios creados por otros usuarios que resultarían útiles, los cuales están colgados en el portal de Thingiverse.com (*).  Rediseño de piezas. Existen componentes que ya han sido rediseñados, pero quizás otros también deban ser sustituidos o modificados ya que el diseño original no cumple bien con las necesidades. Algunas de estas piezas podrían ser los soportes de la bandeja caliente, mecanismos y ruedas dentadas, poleas de tracción, boquilla extrusora, transmisión de par en el eje Z, etc.  Replicación de la máquina. Gracias a su capacidad auto-replicante, con ayuda de la guía de montaje (ANEXO 1) y basándose en el estudio económico (ANEXO 3), sería interesante replicar más máquinas las cuales podrían trabajar en paralelo, replicando aun más máquinas de una forma barata y eficiente. Pudiendo así disponer de una de ellas en cada departamento o área donde fueran requeridas. *http://www.thingiverse.com/ 6. Aplicaciones y trabajos futuros 28  Difusión de la tecnología en la universidad. En referencia al punto anterior, facilitaría la difusión de la tecnología en la universidad, por lo que sería necesario no solo la construcción de la máquina sino la formación de los usuarios tanto en su montaje y funcionamiento como en sus aplicaciones. Para lo que se dispone de la guía completa de montaje y utilización que se adjunta en el ANEXO 1.  Diseño de nuevas máquinas. Una vez que se conoce y se entiende el funcionamiento de la máquina Prusa Mendel, podría diseñarse y construir nuevas máquinas basadas en ésta tecnología pero con otras propiedades o capacidades, ampliando así la propia comunidad RepRap(*). Éstos son algunas de los trabajos inmediatos que pueden llevarse a cabo a partir de éste proyecto, pero las posibilidades son infinitas gracias a la inmensa adaptabilidad de ésta tecnología. Cualquier cambio, mejora o actualización sería interesante seguir con el espíritu del proyecto y compartirla en portal internacional RepRap; brindando así la oportunidad a toda la comunidad de beneficiarse de dichos trabajos, de igual manera que nosotros podemos beneficiarnos de las ya existentes. *http://reprap.org/wiki/Main_Page 7. Conclusiones 29 Capítulo 7. Conclusiones. El presente proyecto nos proporciona una herramienta muy útil en el campo del Prototipado rápido de bajo coste, además de en otra serie de aplicaciones antes mencionadas. Gracia a su disponibilidad una vez realizado el mismo, ya que la máquina se encuentra completamente operativa y su sencillez de manejo; dicha tecnología puede empezar a ser útil desde el momento actual. Si bien es cierto, que pueden realizarse todavía muchas mejoras y trabajos sobre ella, con el fin de mejorar sus características y conocer mejor el proceso de impresión para poder así controlarlo de una manera más eficiente. Esto es posible gracias al enorme esfuerzo llevado a cabo durante el desarrollo del proyecto; tanto en lo concerniente al montaje de la máquina, de la cual había una información bastante deficiente en algunos puntos, lo que producía interrupciones en el proceso; para evaluar, desarrollar y finalmente poner a prueba las alternativas o soluciones en dicho punto, de manera que futuros usuarios no deban enfrentarse a éstos problemas nuevamente. Lo mismo ocurre, en cuanto a la recopilación de toda la información necesaria para su desarrollo; como búsqueda de proveedores, material auxiliar, componentes electrónicos o instalación del firmware y software; así como la familiarización y utilización del mismo. Ya que al no ser un producto comercializado por una empresa, no se dispone de manual de uso ni guía de ningún tipo, salvo pequeños retazos inconexos colgados en la red por multitud de usuarios, no todos ellos correctos. Es por ello que se creyó altamente recomendable la creación de la guía completa de montaje y utilización para que dicho problema quedara sufragado y futuros usuarios no debieran enfrentarse de nuevo a tan laborioso trabajo. Además se ha llevado a cabo un estudio de precisión sobre piezas impresas; principalmente para hacer una primera valoración del rango en que trabaja la impresora y poder catalogarla, conociendo así sus limitaciones a la hora de llevar a cabo posibles trabajos. Pero además para conocer sus limitaciones y errores de manera que éstos puedan ser mejorados o eliminados en posteriores trabajos relacionados con ésta máquina. Finalmente y también de gran importancia; se ha hecho un análisis económico del proyecto. Esto es importante ya que la característica principal de la máquina a parte de su bajo precio es su capacidad para replicarse. De manera que es muy importante hacer una comparación del precio de nueva compra y de replicancia de la máquina, con el fin de poder disponer de más impresoras allí donde sean necesarias por un precio considerablemente menor al original. Como hemos observado el ahorro económico es bastante elevado, siendo del orden de una tercera parte inferior al precio de primera 7. Conclusiones 30 compra; lo que reduce aún más su bajo coste en comparación con otras tecnologías de Prototipado rápido existentes. Como conclusión final cabría decir que la tecnología de Prototipado rápido o impresión 3D, lleva algunos años instaurada a nivel industrial y cada vez esta más presente en diversos sectores de la empresa, sobre todo en lo referente al diseño industrial. Gracias al ‘Proyecto RepRap’(*), dicha tecnología esta siendo instaurada en otros ámbitos diferentes a los que venían siendo los habituales, dando a conocer al gran público una manera diferente de fabricación o impresión de la que estamos familiarizados. Pudiendo disponer de ésta tecnología a nivel doméstico de una forma relativamente barata y sencilla. Con éste proyecto hemos pretendido mejorar de forma significativa lo relativo a la organización, planificación y desarrollo del proceso de adquisición, montaje y puesta a punto de una impresora 3D ‘Prusa-Mendel’; pero sobre todo abrir las puertas a dicha tecnología de bajo coste al ámbito docente y en concreto a la Universidad de Zaragoza, dotando a ésta de una herramienta muy útil, con un amplio abanico de posibilidades; así como la posibilidad de crear futuras líneas de investigación, desarrollo e innovación a partir de éste punto para una constante mejora y difusión de la tecnología. Para finalizar, la valoración personal del proyecto; el cuál me ha resultado muy interesante y satisfactorio de llevar a cabo, si bien es cierto que en algunos puntos podía resultar frustrante, ya que se debía trabajar en campos muy dispares como mecánica, electrónica o programación; con a veces poca o ninguna información al respecto. Debiendo llevar a cabo soluciones o mejoras a los múltiples problemas que iban surgiendo durante su desarrollo; pero el hecho de trabajar sobre un objeto físico, hace que puedas seguir día a día su evolución hasta su conclusión final, lo que produce una gran alegría y satisfacción. Espero que gracias a ésta aportación, la tecnología sea útil en la universidad y su difusión lleve a una mejora tanto a nivel académico como en futuros proyectos o investigaciones. Además éste proyecto me ha permitido la posibilidad de conocer el ‘Proyecto RepRap’ a fondo, el cual va creciendo y extendiéndose a nivel mundial y de el cual he podido formar parte de su amplia y variada comunidad, trabajando y resolviéndonos dudas; y a la cuál espero poder seguir siendo útil en un futuro; para poder así entre todos, conservar el espíritu del proyecto y poder seguir creciendo y mejorando día a día. * http://reprap.org/wiki/Main_Page ANEXOS Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es ANEXO 1 Guía de montaje Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 3 8 Abrazaderas de barras RP 2 Soportes de barras RP 2 Engranaje para motor RP 4 Vértices del bastidor con pie RP 2 Vértices del bastidor RP 12 Cojinetes RPPLA Chequee su fichero de construcción, el fichero puede crear entre 4 y 12 Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 4 LISTA DE MATERIALES NO IMPRIMIBLES Requeridas Cantidad Descripción Tipo Comentarios 83 M8 tuercas Cierre Compre un paquete de 100 para estar seguro. 93 M8 arandelas Cierre Compre un paquete de 100 para estar seguro. 6 M8×30 arandelas Cierre Usadas como guía de las correas. 2 M4×20 tornillos Cierre Para montar la extrusora 2 M4 tuercas Cierre Para montar la extrusora 2 M4 arandelas Cierre Para montar la extrusora 22 M3×10 tornillos Cierre 16 M3×25 tornillos Cierre U ocho M3 x 25 tornillos, además de ocho tornillos M3x20. Los tornillos M3x25 son demasiado largos para la el reciente soporte del motor z de Prusa, las pinzas de la barra y también para los acoplamientos del motor Z. Vea la Sección 8, los pasos 4 y 13 para más detalles. 4 M3×40 tornillos Cierre 70 M3 arandelas Cierre 40 M3 tuercas Cierre Opcionalmente 8 tuercas de seguridad / autoblocantes / nyloc Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 5 3 608 rodamiento Rodamientos Rodamientos usados en patines 4 Muelles de bolígrafos Muelles Para ajustar los tornillos M3. Los bolígrafos son una fuente común y barata de muelles adecuados. Con cerca de 25 mm de largo y 10 mm comprimidos. 6 M8×370mm Varilla roscada 3 por cada lado. Nota: Las varillas roscadas se pueden adquirir en trozos 6x1m (véase el Corte auto-roscado de la barra, más abajo). 4 M8×294mm Varilla roscada Frontal / trasera. 3 M8×440mm Varilla roscada Parte superior / inferior. 2 M8×210mm Varilla roscada Sistema de subida / bajada del eje Z 1 M8×50mm Varilla roscada O tornillo M8x30 o mayor para la polea del eje X. Cuidado: si el tornillo es demasiado largo puede no roscar lo suficiente a lo largo de toda la varilla. 2 8mm×420mm Varilla lisa Barra X Nota: Se recomiendan de Acero inoxidable 304 o Acero A2 para las barras lisas, ya que puede ayudar a prevenir la fricción contra el óxido, además de fábrica vienen con una menor desviación. Los problemas de oxidación se pueden prevenir en las barras de acero normal, manteniendo una capa de aceite. Las barras lisas también se pueden cortar en trozos más grandes de 3x1m (ver Orden de corte lisos barra más abajo). 2 8mm×406mm Varilla lisa Barra Y Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 6 2 8mm×350mm Varilla lisa Barra Z 1 225mm×225m m Bandeja Bandeja de aluminio, con taladros para sujeción. 1 140mm×225m m Plataforma inferior de impresión Bandeja Bandeja de aluminio de sujeción de cama caliente, con agujeros para atornillarla. 1 840mm×5mm T5 correa de trasmisión Correas Eje Y 1 900mm×5mm T5 correa de trasmisión Correas Eje X 5 NEMA 17 Motor bipolar paso a paso Motor paso a paso Asegúrese de obtener al menos 20mm de longitud del eje. Ejes más cortos requieren modificaciones del ensamblaje de la polea en X y acoplamientos del motor en Z. Uno de los cinco motores, usado con la extrusora, debe ser capaz de crear un par fuerza de por lo menos 40Ncm. 50 Cable pequeño Miscelánea 1 Wade's Geared Extruder Para filamento de 1.75mm RepRap Universal Mini Extruder; u otro compatible. 1 Electrónica + finales de carrera Puede ser RAMPS, Sanguinololu, Gen6, Gen7, Ge n3, u otro compatible. Finales de Carrera ópticos, o micro-interruptores (Recomendados), se necesitan 3, uno por cada eje (X,Y,Z). Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 7 Opcional Cantidad Descripción Tipo Comentarios 3 30mm×10mm Optoflags Lámina delgada Si usas opto endstops 2 Muelles ID 8mm ID Muelles Para eliminar movimiento eje Z 1 Objeto de sujeción de 290mm Para alinear el marco Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 8  Encargo de corte de las varillas de auto-roscado: Corte de auto-roscado de las varillas roscadas (corte en longitudes de 1mm): Requeridas: 6x1m Longitud 8mm varillas roscadas (o 5x1m piezas + 1x50cm pieza) Barra 1: 370mm, 210mm, ~50mm (El final de la ultima pieza será algo más corto de 50mm) Barra 2: 370mm, 210mm, ~50mm Barra 3: 370mm, 294mm, ~42mm (Tornillo más largo) Barra 4: 370mm, 294mm, ~42mm Barra 5: 440mm, ~120mm Barra 6: 440mm  Encargo de corte de varillas lisas (corte en longitudes de 1mm): Requeridas: 3x1m Long 8mm Varillas lisas de acero inoxidable Barra 1: 420mm Barra 2: 406mm Barra 3: 350mm Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 9 LISTA DE MATERIALES: WADE’S EXTRUDER Imprimibles Cantidad Descripción Tipo Comentarios Diagrama 1 Cuerpo extrusor RP File:M8 Extruder 3.zip 1 Tapa extrusor RP File:M8 Extruder 3.zip 1 Polea engranaje extrusor RP File:M8 Gears.zip 1 Rueda extrusor RP File:M8 Gears.zip No imprimibles Cantidad Descripción Tipo Comentarios Alimentación 2 Rodamientos 608 Rodamientos Usados en patines 1 M8×50 perno Tonillo Zona moleteada en el centro 1 M8 tuerca tuerca 4-5 M8 arandelas Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 10 Cuerpo 1 Rodamientos 608 Rodamientos Usados en patines 1 (M)8×20 Tornillo 4 M4×60 o M4×45 Tornillo Cabeza Hexagonal 4 M4 tuerca Tuerca 8 M4 arandela Arandela 4 ~4mm ID muelle muelle De tamaño para adaptarse a un tornillo M4, de unos 10-12mm de longitud. Proporcionando cada uno unos 25-35N de carga. 16 M4 arandela arandela Boquilla caliente 2 M3×35 Tornillos 4 M3 arandela Arandelas 2 M3 tuerca Tuercas 1 2.5mm taladro Para taladrar la boquilla caliente en caso de no venir fabricada. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 11 Sujeción del motor 3 M3×10 tornillo Tornillos Mejor tornillos sin cabeza. 3 M3 arandela Arandelas 1 M3 prisionera arandela Para asegurar la polea, de unos 8mm de larga, si no se dispone de 6 mm también esta bien. 1 M3 tuerca tuerca Para asegurar la polea. Motor paso a paso 1 NEMA 17 bipolar paso a paso Motor Extruder Mount 2 M4×20 tornillo Tornillos O varillas roscadas 2 M4 tuerca tuercas 2 M4 arandela Arandelas Lista de materiales: Miniextruder. Para la lista de piezas y descargar las partes del Miniextruder Universal, se puede consultar la siguiente página: http://reprap.org/wiki/RepRap_Universal_Mini_Extruder#Bill_of_materials Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 12 HERRAMIENTAS AUXILIARES A continuación se detallan una serie de herramientas e instrumentos que son necesarias para el montaje de la máquina. Juego de llaves Allen. Llaves fijas de diferentes medidas así como llave inglesa. Juego de destornilladores. Tijeras y pelacables. Alicates. Instrumentos de medición (metro y pie de rey). Limas (a poder ser redondas y de pequeño tamaño). Pegamento. (Recomendado pegamento resistente a vibraciones que no sea líquido, como el usado en modelismo). Cinta aislante. Cinta Kapton. Cúter o instrumento de corte. Soldador y estaño. Cable. Es recomendable tener acceso a un taladro de pequeño diámetro ya que puede ser necesario realizar algún taladro. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 19 PARTE 3: BARRAS ROSCADAS TRANSVERSALES TRASERAS 1: Tomamos una varilla roscada de 290mm, a la que introducimos por cada extremo una tuerca M8 y una arandela M8. Reservamos este montaje para más adelante. 2: En la otra varilla roscada de 294mm, introducimos por el lado izquierdo las siguientes piezas en este orden: rodamiento 608; arandela M8, Disco Tope correa, 2 tuercas M8, arandela M8, Abrazadera de la barra, arandela M8, 2 tuercas M8, arandela M8. 3: Por el lado derecho de la misma varilla introducimos: arandela M8; Disco Tope correa, 2 tuercas M8, arandela M8, Abrazadera de la barra, arandela M8, 2 tuercas M8, arandela M8. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 20 4: Ajustamos, sin apretar fuertemente todavía las piezas como se muestra en la figura. 5: Ajustamos ambas varillas en la parte trasera inferior de las estructuras triangulares, introducimos por cada extremo de las varillas una arandela M8 y una tuerca M8. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 21 PARTE 4: BARRAS ROSCADAS TRANSVERSALES SUPERIORES 1: Tomamos las 2 varillas roscadas de 490mm y las introducimos por los agujeros de la pieza superior de la estructura, introducimos por la parte interna una arandela M8, una tuerca M8 y en el extremo una tuerca M8 seguida de una arandela M8. 2: Introducimos los extremos de las varillas por los agujeros de las piezas del lado opuesto, seguidamente en cada uno de los 4 extremos colocamos una arandela M8, una tuerca M8 y otra arandela M8. Centramos las varillas como se muestra en la figura. NOTA: Puede ser necesario roscar las varillas en los agujeros pasantes de los Vértices superiores bastidor así como de los Soportes Motor Z. Para facilitar estos pasos pueden ampliarse los agujeros ayudados de una lima manual. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 22 3: Colocamos en cada extremo el Soporte Motor Z, asegurándonos que está en el lado correcto (mirar figura), y fijar cada extremo con una arandela M8 seguido de una rosca M8. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 23 PARTE 5: AJUSTE DE LA ESTRUCTURA 1: Verificamos que cada lateral de la estructura triangular mida 290mm de lado entre los extremos internos de las piezas de los vértices, como se muestra en la figura. Apretamos las tuercas convenientemente. 2: Ajustamos la distancia frontal entre los laterales triangulares a 234mm, tanto en las varillas frontales como traseras y superiores. Apretamos las tuercas hasta que la estructura quede sólida. NOTA: Ahora procedemos a ajustar la estructura y apretar las tuercas, importante recordar que estamos apretando sobre plástico por lo que una fuerza excesiva puede fracturarlo con facilidad, así que se recomienda roscar con cuidado. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 24 3: Introducimos la varilla roscada de 440mm en las Abrazaderas de la barra y por cada extremos una tuerca M8, arandela M8, Abrazadera de la barra, arandela M8 y tuerca M8. Nuevamente no roscamos fuertemente de momento las tuercas. 4: Introducimos una tuerca M3 en el interior de la Polea engranaje Y y roscamos un tornillo M3. NOTA: La opción de la derecha es el nuevo diseño de la Polea engranaje Y, más duradera y con tope para evitar que se escape la correa. Mejor utilizar ésta segunda opción. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 25 5: Colocamos el Motor NEMA 17 en su sitio (el eje motor en el lateral del rodamiento) y lo fijamos con 3 arandelas M3 y 3 tornillos M3. 6: Introducimos la polea en el eje motor, y roscamos el tornillo al eje haciendo coincidir el tornillo con el rebaje del eje motor. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 26 PARTE 6: ENSAMBLAJE EJE Y 1: Insertamos las 2 varillas lisas de 406mm en las Abrazaderas de la barra frontales y las posicionamos lo más paralelas posibles. Las fijamos suavemente de momento. 2: Montamos los soportes de la bandeja, para ello tomamos ambas partes de las Fijaciones bandeja (la superior con agujeros circulares y la inferior con agujeros hexagonales), introducimos 4 tuercas M3 en cada uno de los agujeros hexagonales. Colocamos ambas piezas entorno a las varillas lisas y roscamos con 4 tornillos M3 de 25mm como se muestra en la figura. Roscamos fuertemente. Repetimos este paso para los 4 soportes. NOTA: Éste es un montaje alternativo, en caso de usar Cojinetes de plástico, simplemente encajarlos sobre las varillas lisas separadas unos 120mm entre si. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 27 3: Ajustamos las varillas lisas para que queden completamente paralelas y centradas, es importante gastar el tiempo que sea necesario en este paso ya que es de vital importancia. Las varillas deben estar separadas entre sí 140mm y unos 39mm de cada extremo para que quede centrada la bandeja. Una vez comprobado que todo está en su sitio ajustar fuertemente las tuercas de fijación. 4: Colocamos la bandeja sobre los soportes y comprobamos que esta centrada y no interfiere con ningún elemento; una vez asegurados de su posición final, pegamos con pegamento extra fuerte los soportes a la bandeja. Dejamos secar 24 horas. NOTA: Para un mejor pegado recomendamos usa un pegamento extra fuerte resistente a vibraciones y espeso (no líquido), como los usados en modelismo. Además es recomendable rayar o limar la bandeja de aluminio en las zonas a pegar para mejorar la adherencia del pegamento. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 28 5: Mientras seca el pegamento podemos alinear y ajustar los rodamientos, comprobando que ambos estén perfectamente alineados entre sí y con los agujeros de soporte de la correa de la bandeja; así como con la polea tractora del eje Y. 6: Una vez seco el pegamento de la bandeja colocamos la correa entorno a los rodamientos y la polea. La sujetamos a la bandeja con 2 arandela M3, las Abrazaderas de la correa y atornillamos 2 tornillos M3 de 30mm, por la parte inferior colocamos 2 tuercas M3. Como se muestra en la figura. Es muy importante que la correa quede lo más tensa posible, bien centrada y fijada fuertemente. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 35 6: Montamos el mecanismo de muelles del eje Z, para ellos tomamos las 2 varillas roscadas de 210mm, 2 muelles M8 y 4 tuercas M8. Montamos en el Fin eje X de la siguiente manera: roscamos una tuerca M8 en la varilla e introducimos el muelle como se muestra en la figura. Ponemos una tuerca M8 por la parte inferior e introducimos la varilla con el muelle en la pieza Fin eje X y roscamos con la tuerca M8 inferior. Repetimos la misma operación para la otra pieza Fin de eje X con motor. 7: Alineamos e introducimos las varillas roscadas en las piezas Sujeción rodamiento barra Z. 8: Alineamos con un nivel el Eje X, y apretamos los tornillos de sujeción, con cuidado de no fracturar o astillar el plástico. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 36 9: Montamos los Acoplamientos del eje Z, con 2 tornillos M3 de 25mm 4 arandelas M3 y 2 tuercas M3 como se muestra en la figura. No apretamos fuertemente todavía. 10: Fijamos las piezas al eje del motor Z, para ello ponemos la parte interna de menor diámetro en la parte superior. Y la parte inferior en la varilla roscada. Es importante apretar fuertemente estas piezas para que pueda trasmitir correctamente el par motor a la varilla. Quizás sea necesario pegar la varilla roscada a la pieza de sujeción. 11: Comprobamos que el mecanismo funciona correctamente y que la plataforma sube y baja sin problema. Nuevamente alineamos ayudados de un nivel hasta dejar la plataforma completamente horizontal. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 37 PARTE 9: ENSAMBLAJE CARRO EJE X 1: Montamos el motor NEMA 17 en el eje X, con la ayuda de 4 arandelas y 4 tornillos M3 de 10mm. Lo colocamos en su sitio correctamente y lo atornillamos. 2: Tomamos una Polea engranaje X, colocamos una tuerca M3 en su interior y la atornillamos al eje del motor X con un tornillo M3 de 10mm, en sentido inverso como se muestra en la figura. 3: Encajamos los 4 Cojinetes de plástico, 2 por cada varilla lisa del eje X. Colocamos sobre ellas el Carro X en la posición correcta y nos aseguramos de que quedan en su sitio. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 38 4: Ponemos pegamento en cada una de los Cojinetes y pegamos sobre ellos el Carro X. Esperamos a que el pegamento seque correctamente y comprobamos que la plataforma desliza sin problema. (Importante no manchar las varillas de pegamento) 5: Para la fijación de la correa dentada, primero atornillamos al Carro X, las 2 Abrazaderas de la correa, con 2 arandelas M3 y 2 tornillos M3 de 25mm cada una. Colocamos las 4 tuercas M3 por la parte inferior. 6: Colocamos la correa dentada, de manera que quede lo más tensa posible, pasando por la polea del eje, el rodamiento del extremo y sus extremos fijados con las Abrazaderas de la correa. Atornillamos éstas fuertemente, pero con precaución de no fracturar el plástico. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 39 7: Para ajustar los tensores los colocamos en una parte de la correa donde no interfieran con ninguna parte de la máquina al hacer el eje el recorrido completo. Los fijamos a la correa con un tornillo M3 de 25mm y una tuerca M3. En función del apriete que se de aumentará o disminuirá la tensión sobre la correa. http://www.thingiverse.com/thing:16449 NOTA: Para aumentar y ajustar con precisión la tensión de las correas se ha puesto en cada una de ellas un tensor, ya que esto mejora la calidad notablemente a la hora de imprimir. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 40 PARTE 10: ELECTRÓNICA 1: Tomamos la placa RAMPS 1.4, a la que soldamos 2 diodos y el interruptor de Reset. (Asegurarse de que la polaridad de los diodos es la correcta). 2: Procedemos a soldar todos los pines (con las “patas cortas” hacia abajo), para ello comenzamos con los centrales. Los colocamos en su sitio, damos la vuelta a la placa, la apoyamos y soldamos con cuidado sus terminales. NOTA: Éste montaje es solo para una Placa RAMPS 1.4, se recomienda seguir rigurosamente el orden que se indica ya que así es mucho más sencillo y fácil su montaje. Comprobar bien ayudándose de las figuras que los componentes están en el lugar correcto. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 41 3: Repetimos el proceso para el resto de conectores mostrados en la figura. 4: Nuevamente pero ahora con los conectores hembra. (Colocamos sobre ellos 6 tiras de conectores macho, para poder apoyar firmemente al dar la vuelta y poder soltar con facilidad, una vez soldados, éstos son retirados). 5: Colocamos correctamente y soldamos los 2 fusibles. 6: Colocamos correctamente y soldamos los 3 transistores. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 42 7: Colocamos correctamente y soldamos las salidas D8, D9 y D10. 8: Colocamos correctamente y soldamos las entradas. 9: Ahora colocamos los conectores por la parte inferior de la placa y los soldamos. 10: Soldamos los conectores a los Drivers Pololu. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 43 11: Ponemos un poco de pasta termo conductora en el transistor 3 y atornillamos la plaquita refrigeradora. 12: Colocamos los 3 jumpers en cada driver, para conseguir 1/16 de micro paso. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 44 PARTE 11: ENSAMBLAJE CAMA CALIENTE 1: Tomamos la bandeja y la rayamos por la parte inferior donde van colocadas las 4 resistencias, para mejorar la conductividad térmica. 2: Colocamos pasta termo conductora en la parte inferior de las resistencias y la extendemos con una paleta. NOTA: Para este montaje necesitaremos las 4 resistencias de 10K, la bandeja de aluminio, 8 Tornillos M3 de 25mm con cabeza avellanada, 8 tuercas M3, cable resistente a altas temperaturas y alto amperaje y pasta termo conductora. Un termistor de 100K y 2 cables, así como una pletina de metal con 2 tornillos M3, 2 arandelas M3 y 2 tuercas M3; para sujetar todo el cableado. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 51 7: Tomamos la Polea engranaje extrusor, insertamos en su interior una tuerca M3, atornillamos un tornillo M3 de 10mm e insertamos la pieza de forma inversa en el eje de manera que encaje con el engranaje. Apretamos el tornillo a la zona rebajada del eje del motor. 8: Para montar la boquilla caliente, 1º atornillamos las 2 varillas roscadas de M3 y 55mm al Cuerpo del extrusor. 9: Introducimos la pieza Cilindro Teflón la cuál recubrimos su parte superior con cinta Kapton para que quede bien unida por presión. NOTA: Es muy importante que la zona moleteada quede exactamente en el centro donde va a pasar el hilo de material, para ello quizás sea necesario limar la cabeza hexagonal del perno o colocar alguna arandela adicional. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 52 10: Roscamos la boquilla caliente de cobre, junto con la Pieza sujeción boquilla y atornillamos el conjunto con ayuda de 2 arandelas M3 y 4 tuercas M3. 11: Introducimos en la pieza Calefacción boquilla, el termistor de 100K y la resistencia de 10K. Soldamos un cable a cada uno de sus extremos. 12: Colocamos una ficha de conexión en el extremo de los 2 cables del Termistor. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 53 13: Colocamos la pieza en su sitio (cercano a la boca de la boquilla) y apretamos el tornillo M3 de sujeción. 14: Forramos con cinta Kapton todo el extremo de la boquilla caliente. 15: Para fijar el Cuerpo extrusor al Carro X basta con atornillar en su sitio con 2 tornillos M4 de 10mm a 2 tuercas M4, con 2 arandelas M4; como se muestra en la figura. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 54 16: Para ello tomamos una plaquita de conexiones de unos 25x20mm, a la cuál soldamos 4 conexiones de 4 pines y uno de 2, un diodo LED y una resistencia, como se muestra en las figuras. Cortamos para que encaje en su sitio y hacemos un agujero en la parte inferior para fijarlo al bloque extrusor. NOTA: Con el fin de poder sustituir rápidamente el extrusor por otro, o para mantenimiento del mismo se ha dotado de una placa rápida de conexiones. NOTA: La parte referente al ventilador puede obviarse ya que éste modelo no tiene ventilador. NOTA: es muy importante cortar o limar las pistas traseras de conexión por la parte superior del agujero de fijación para que el tornillo no haga cortocircuito entre ellas. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 55 17: Fijamos la plaquita al bloque extrusor usando un tornillo de fijación del motor, como se muestra en la figura, y conectamos todo correctamente respetando el código de colores. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 56 PARTE 14: MONTAJE MINIEXTRUDER UNIVERSAL 1: Tomamos las 2 varillas roscadas M3 de 60mm, roscamos 2 tuercas M3 e introducimos una arandela M3 en cada una. Situamos las varillas como se muestra en la figura y sujetamos con otra arandela M3; roscamos otras 2 tuercas M3. 2: Tomamos la pieza Sujeción rodamiento, fijamos en su interior el rodamiento de 8mm, con un tornillo M3 de 25mm y una tuerca M3. Ponemos la pieza en su sitio y la fijamos con la varilla lisa M3 de 45mm, roscamos en ambos lados con una tuerca M3. Es importante que en el lado donde va la rueda dentada no sobresalga la varilla, pero en el otro extremo que sobresalga unos 15 o 20mm. NOTA: Éste paso puede ser complicado ya que es difícil acceder a roscar las tuercas, pero es importante que quede bien sujeto y firme debido a que luego no se puede acceder a ellas para roscar nuevamente. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 57 3: Tomamos el muelle de 25mm lo introducimos en el interior del agujero de la pieza Sujeción rodamiento, tomamos un tornillo M3 de 45mm (al cual se puede limar un poco la punta para evitar rozamiento con la pieza al moverse). Ahora introducimos el tornillo por el agujero superior de la pieza, roscamos por la parte interior un tornillo M3 y una arandela M3, roscamos todo por el interior del muelle hasta que quede en su sitio (es posible que haya que hacer bastante fuerza en el muelle para poder poner todo en su lugar). 4: Ponemos el ventilador en su lugar como se muestra en la figura (es importante que el aire lo eche hacia el interior del cuerpo). Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 58 5: Introducimos el Tornillo Moleteado M6 de 80mm, (dejando la cabeza del tornillo en el lado contrario de donde va la rueda dentada). Por el otro extremo colocamos 2 o 3 arandelas. 6: Tomamos la Rueda dentada, introducimos una arandela M6 en su interior (quizás sea necesario forrar con cinta un poco la tuerca para evitar el posible juego dentro de la rueda dentada), roscamos la tuerca con la rueda hasta el extremo, dejando la parte que sobresale de la Rueda dentada con tuerca por el interior, como se muestra en la figura; esto impide que al girar se apriete más e impida el giro. Por último fijamos con una arandela M6 y una Tuerca M6. 7: Tomamos el motor NEMA 11 Compact, al cual fijamos al eje la Polea engranaje extrusor con una tuerca M3 y un tornillo sin cabeza M3 de 10mm (se puede limar un poco el eje del motor para que el tornillo fije mejor). 8: Fijamos el motor en su sitio con 4 tornillos M3 de 10mm. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 59 9: Tomamos una plaquita de conexiones de unos 25x20mm a la cuál soldamos 4 conexiones de 4 pines y uno de 2, un diodo LED y una resistencia, como se muestra en las figuras. Cortamos para que encaje en su sitio y hacemos un agujero en la parte inferior para fijarlo al bloque extrusor. 10: Fijamos la plaquita al bloque extrusor usando la parte de la varilla roscada que sobresale como se muestra en la figura y fijamos con una o 2 tuercas M3. NOTA: Es muy importante cortar o limar las pistas traseras de conexión por la parte superior del agujero de fijación para que el tornillo no haga cortocircuito entre ellas. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 60 11: Tomamos el Tubo de PTFE al cual roscamos una tuerca M3 en su extremo y cortamos lo que sobresalga. Introducimos en el la Pieza aislante PEEK y éste a su vez en la boquilla de cobre. 12: Por el otro extremo de la boquilla introducimos la pieza Sujeción boquilla, y la pieza Calefacción boquilla. 13: Fijamos todo al bloque extrusor, introduciéndolo en su sitio y fijando con 2 arandelas M3 y 4 tuercas M3. Fijamos fuertemente y comprobamos que no quede la boquilla torcida. Colocamos la pieza calefactora cerca del extremo de la boquilla y la fijamos fuertemente con un tornillo M3 de 10mm. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 67 12: Por último conectamos la alimentación de la plaza RAMPS 1.4, utilizando el conector adecuado, con 2 tomas a 12V y a 0V; como se muestra en la figura. NOTA: Es necesario alimentara 12V tanto la entrada de 5A como la de 11A. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 68 PARTE 16: FIRMWARE Y SOFTWARE 1: Primero descargaremos e instalaremos el Firmware, esto es el interpretador de GCODE (el lenguaje de control de la máquina) y el control de la máquina que va en la placa Arduino. Para ello descargaremos los siguientes programas o aplicaciones que se indican:  Sprinter de Kliment, descargaremos instalaremos como se indica en la página: https://github.com/kliment/Sprinter  Git Bash: Programa que almacena los cambios que realizas en los archivos, para tener un claro registro de los cambios realizados.  Edit Plus 3 (o similar): es un visualizador de C++. Para poder ver claramente y modificar archivos en C++. Procedemos a la configuración de Sprinter, para ello abrimos el archivo Configuration.h, dentro de la carpeta Windows/Kliment/Sprinter. Aquí podemos observar muchos parámetros de control que podemos activar o desactivar quitando o poniendo // delante de la línea de código. Los parámetros más importantes que debemos modificar son los siguientes: (indicados en nuestro caso, si se tuviera otro hardware poner en cada caso el que corresponda, como indican las opciones del propio archivo) Definir la placa base: #MOTHERBOARD 33 Definir los termistores: #THERMISTORHEATER 1 #THERMISTORBED 1 Paso de los ejes: float axis_steps_per_unit[] = {79.6, 79.9, 2616, 607.1} 607.1(miniextruder) o 658.2 (Wade extruder) Velocidad de comunicación: #define BAUDRATE 115200 Definición tarjeta SD: Como no tenemos tarjeta SD es importante desactivar las líneas referentes a ella: //#define SDSUPPORT //#define SDINITFILE Configuración finales de carrera: // Disables axis when it's not being used. const bool DISABLE_X = false; const bool DISABLE_Y = false; const bool DISABLE_Z = true; Éstos son los valores correctos en ésta máquina, pero varían ligeramente para cada máquina, en el apartado de configuración se indica como calcular los nuevos valores que deben ser sustituidos aquí. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 69 const bool DISABLE_E = false; // Inverting axis direction const bool INVERT_X_DIR = false; const bool INVERT_Y_DIR = true; const bool INVERT_Z_DIR = true; const bool INVERT_E_DIR = false; Recorrido máximo en los ejes: const int X_MAX_LENGTH = 175; const int Y_MAX_LENGTH = 160; const int Z_MAX_LENGTH = 80; Definición PID: Como no usamos PID es importante desactivar esta línea // #define PIDTEM1 Activamos el tipo de cama caliente que tenemos: #define BED_USES_THERMISTOR Se pueden variar muchos más términos y configuraciones como velocidades, aceleraciones, etc. Pero para empezar a funcionar con ésta configuración es suficiente. Esto limita el recorrido máximo en cada eje, para que se detenga sin chocar al final. Nuevamente para cada máquina tendrá sus valores, pero éstos como primera aproximación están bien. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 70 2: Configuración de la placa Arduino, para ello usaremos el programa Arduino que va en arduinoMEGA, el cual nos permite compilar y actualizar la placa. Abrimos el interface del programa, cargamos el archivo configuration.h que hemos modificado previamente, comprobamos que el puerto que esta enchufada la placa la ordenador y la velocidad de trasferencia coinciden (en nuestro caso, PORT 3; rate 115200) lo compilamos y si todo esta correcto, le damos a actualizar la placa. Cada vez que realicemos cambios en el configuration.h es necesario volver a compilar y actualizar la placa. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 71 3: El interface para la impresora usamos Pronterface que está dentro de Printrun de Kliment; éste también incorpora el Skeinforge para generar los GCODE, pero nosotros usaremos para esto Slic3r, ya que es más sencillo e intuitivo de usar. Desde Pronterface podemos mover los diferentes ejes, extrusor así como ver y activar las temperaturas tanto de la cama como de la boquilla. Ahora ya podemos comprobar que todo se mueve correctamente, que funcionan las resistencias y termistores y comenzar a calibrar la máquina. 4: Puede ser de ayuda instalar la versión gratuita de Netfabb Studio o similar, que nos permite manipular .stl (girar, rotar, duplicar, escalar, etc.). Incluso algún programa de diseño 3d. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 72 PARTE 17: PUESTA A PUNTO Y CALIBRACIÓN 1: Comprobamos una vez más la horizontalidad del eje X, con un nivel y pie de rey. 2: Primeramente nivelaremos perfectamente la cama, para ello iremos ajustando los tornillos con muelle que la sustentan hasta que quede completamente alineada. Para éste proceso utilizaremos un nivel y un pie de rey; iremos midiendo las distancias de cada tornillo y con el nivel comprobando la horizontalidad. También puede hacerse en caso de disponer de él de un reloj comparador, el cual montado en la boquilla extrusora lo pasaremos por toda la base e iremos ajustando en función de su lectura. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 73 3: Pasamos a calibrar el firmware. Para ello con ayuda de Pronterface movemos el eje que queramos calibrar una distancia conocida, por ejemplo 100mm y mediremos con un pie de rey la distancia que ha movido realmente. Calculamos el nuevo valor de axis_step_per_unit de la siguiente manera: (Distancia teórica movida/distancia real movida)*axis_step_per_unit 4: Repetimos éste paso para cada eje, y vamos sustituyendo en el archivo configuration.h cada valor en el comando axis_step_per_unit[X,Y,Z,E], repetimos este proceso de forma iterativa las veces que sean necesarias hasta conseguir que la distancia que se mueve sea exactamente la que se ordena desde el programa. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 74 5: Para calibrar el extrusor se hace de la misma manera, solo que medimos la longitud de plástico que entra y hacemos el cálculo frente a la cantidad que le habíamos ordenado. (Es importante medir el filamento, antes de que entre al extrusor, es decir por la parte superior, NO lo distancia que extruye por la boquilla). 6: Ajustamos los finales de carrera de manera que no interfieran con ninguna pieza, ni en el inicio ni en el final del recorrido. Muy importante ajustar perfectamente el final de carrera del eje Z, el cuál lo colocaremos de manera que al tocarlo, la boquilla extrusora esté prácticamente en contacto con la mesa caliente. 7: Comprobamos con una prueba empírica la calibración, para lo que haremos varias pruebas de impresión, imprimiendo un cubo de prueba y una moneda de prueba. Descargar Cubo: http://www.iearobotics.com/downloads/2011-12-18-Prusa- R2D2/test-parts/cube/cube-20-20-10.stl Descargar Moneda: http://www.iearobotics.com/downloads/2011-12-18-Prusa- R2D2/test-parts/coin/coin.stl Aquí podemos comprobar si realmente está todo bien calibrado y correcto midiendo sobre la misma pieza. Si no coinciden las dimensiones quizás sea necesario ajustar algún eje, dar más tensión alguna correa, o comprobar cuál puede ser la causa de la desviación. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 75 8: En función del color y dimensiones del plástico, es necesario variar la temperatura de extrusión unos pocos grados, para ello necesitamos hacer varias pruebas hasta comprobar con que temperatura fluye correctamente (ni muy líquido, ni demasiado espeso y que no se aprecien burbujas internas en el material extruido). 9: Una vez todo está correcto ya estamos listos para comenzar a imprimir. Guía de montaje ‘Prusa-Mendel’ Alberto Martínez Sanmartín 76 GUÍA DE IMPRESIÓN A continuación se detallan los pasos para imprimir una o varias piezas. Primeramente debemos exportar la pieza 3D que deseamos imprimir a formato .stl, esto lo permite casi cualquier programa de modelado 3D. Una vez tenemos el .stl de la pieza, podemos abrirlo con Netfabb Estudio u otro programa de modificación de .stl para comprobar que la orientación, escala y demás factores es la correcta. Debemos tener en cuenta que la pieza no debe contener cornisas u ángulos salientes muy pronunciados ya que la máquina no es capaz de imprimirlo, por ello es muy importante la orientación de la pieza. Seguidamente ejecutamos Slic3r (Skeinforge u otro programa generador de GCODE). Aquí configuramos los parámetros de impresión que deseamos como numero de capas, temperaturas, diámetro del filamento y de la boquilla; así como el número de piezas o velocidades de impresión. (Existen bastantes parámetros modificables, todos ellos muy intuitivos una vez ejecutado el programa). ANEXO 2 Estudio de precisión 2 ANEXO 2 Estudio de precisión 3 ANEXO 2.1.2 Wade’s Extruder. Wade's Extruder A B C D E F G H I Medida 1 59,97 25,34 7,03 9,28 9,91 9,58 5,09 12 11,98 Medida 2 60,11 25,33 6,97 9,64 9,45 9,11 4,26 11,89 11,91 Medida 3 60,3 25,24 7,05 9,32 9,54 9,52 4,32 12 11,88 Medida 4 60,24 25,09 6,95 9,42 9,95 9,55 4,46 11,98 11,86 Medida 5 60,28 25,02 6,97 9,27 9,65 9,87 4,1 11,99 11,89 Medida 6 60,34 25,04 7,07 9,29 8,88 9,74 4,3 11,98 11,89 Medida 7 60,3 25,47 7,05 9,13 8,97 9,06 4 11,89 11,87 Medida 8 60,06 25,51 7,08 9,49 5,71 9,3 4,28 11,96 11,89 Medida 9 60,07 25,48 6,9 9,42 9,32 9,66 4,23 11,92 11,88 Medida 10 59,96 25,05 6,93 9,41 9,37 9,91 4,38 11,95 11,79 Media (mm) 60,16 25,26 7,00 9,37 9,08 9,53 4,34 11,96 11,88 Wade's Extruder A B C D E F G H I Nominales (mm) 60 25 710 10 10 512 12 Media (mm) 60,13 25,26 7,00 9,44 8,76 9,60 4,36 11,95 11,89 Error Wade's Extruder (mm) 0,13 0,26 0,00 -0,56 -1,24 -0,40 -0,64 -0,05 -0,11 ANEXO 2 Estudio de precisión 4 ANEXO 2 Estudio de precisión 5 ANEXO 2.1.3. Gráfica del error medio. Page 1 ANEXO 2.2.1 MiniExtruder. Informe calificación Geomagic Fecha inspeccionada: 6/7/2012 Fecha generada: 6/7/2012, 8:11 pm Modelo referencia: PiezaPrueba Modelo test: MiniExtruder Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 2 Estadísticas de alineación Error medio: 0.376mm Longitud máx. del modelo: 59.999mm Nombre de alineación: Alineación de ajuste perfecto: PiezaPrueba (1) Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 3 3D Comparación Resultados Modelo referencia PiezaPrueba Modelo test MiniExtruder Nº de puntos de datos 135295 # Aislados 834 Tipo tolerancia 3D desviación Unidades mm Máx. crítico 2.941 Máx. nominal 0.147 Mín. nominal -0.147 Mín. crítico -2.941 Desviación Máx. desviación superior 2.941 Máx. desviación inferior -2.067 Desviación media 0.315 /-0.384 Desviación estándar 0.188 Deviation Distribution Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 4 Distribución desviación >=Min <Max # Puntos % -2.941 -2.476 0 0.000 -2.476 -2.010 1 0.001 -2.010 -1.544 32 0.024 -1.544 -1.078 29 0.021 -1.078 -0.613 2124 1.570 -0.613 -0.147 123832 91.527 -0.147 0.147 5886 4.350 0.147 0.613 2581 1.908 0.613 1.078 638 0.472 1.078 1.544 141 0.104 1.544 2.010 18 0.013 2.010 2.476 8 0.006 2.476 2.941 4 0.003 Fuera del crítico superior 1 0.001 Fuera del crítico inferior 0 0.001 Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 5 Desviaciones estándar Distribución (+/-) # Puntos % -6 * Desv. estánd. 50 0.037 -5 * Desv. estánd. 10 0.007 -4 * Desv. estánd. 48 0.035 -3 * Desv. estánd. 312 0.231 -2 * Desv. estánd. 6802 5.028 -1 * Desv. estánd. 72378 53.496 1 * Desv. estánd. 45069 33.312 2 * Desv. estánd. 5513 4.075 3 * Desv. estánd. 2411 1.782 4 * Desv. estánd. 1282 0.948 5 * Desv. estánd. 553 0.409 6 * Desv. estánd. 867 0.641 Standard Deviation Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 6 Predefinido: Isométrico Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 13 Comparar 2D: Comparativa en 2D 1 X = 10.000 mm Método: Desviación planar Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 14 Comparación 2D Resultados CSYS: World CSYS Modelo referencia PiezaPrueba Modelo test MiniExtruder Nombre Comparativa en 2D 1 Ubicación X = 10.000 mm Nº de puntos de datos 841 Unidades mm Máx. crítico 3.049 Máx. nominal 0.656 Mín. nominal -0.656 Mín. crítico -3.049 Desviación Máx dev + 1.189 Máx dev - -3.049 Desviación estándar 0.464 Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 15 Desviaciones de porcentaje >=Min <Max # Puntos % -3.049 -2.650 4 0.476 -2.650 -2.251 0 0.000 -2.251 -1.852 2 0.238 -1.852 -1.453 6 0.713 -1.453 -1.055 0 0.000 -1.055 -0.656 8 0.951 -0.656 0.656 763 90.725 0.656 1.055 40 4.756 1.055 1.453 18 2.140 1.453 1.852 0 0.000 1.852 2.251 0 0.000 2.251 2.650 0 0.000 2.650 3.049 0 0.000 Fuera del crítico superior + 0 0.000 Fuera del crítico inferior - 0 0.000 Deviation Distribution Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 16 Desviaciones estándar Distribución (+/-) # Puntos % -6 * Desv. estánd. 4 0.476 -5 * Desv. estánd. 2 0.238 -4 * Desv. estánd. 6 0.713 -3 * Desv. estánd. 2 0.238 -2 * Desv. estánd. 282 33.532 -1 * Desv. estánd. 433 51.486 1 * Desv. estánd. 53 6.302 2 * Desv. estánd. 23 2.735 3 * Desv. estánd. 36 4.281 4 * Desv. estánd. 0 0.000 5 * Desv. estánd. 0 0.000 6 * Desv. estánd. 0 0.000 Standard Deviation Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 17 Comparar 2D: Comparativa en 2D 2 X = 30.000 mm Método: Desviación planar Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 18 Comparación 2D Resultados CSYS: World CSYS Modelo referencia PiezaPrueba Modelo test MiniExtruder Nombre Comparativa en 2D 2 Ubicación X = 30.000 mm Nº de puntos de datos 808 Unidades mm Máx. crítico 0.698 Máx. nominal 0.403 Mín. nominal -0.403 Mín. crítico -0.698 Desviación Máx dev + 0.000 Máx dev - -0.698 Desviación estándar 0.088 Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 19 Desviaciones de porcentaje >=Min <Max # Puntos % -0.698 -0.649 10 1.238 -0.649 -0.600 8 0.990 -0.600 -0.550 10 1.238 -0.550 -0.501 77 9.530 -0.501 -0.452 97 12.005 -0.452 -0.403 166 20.545 -0.403 0.403 440 54.455 0.403 0.452 0 0.000 0.452 0.501 0 0.000 0.501 0.550 0 0.000 0.550 0.600 0 0.000 0.600 0.649 0 0.000 0.649 0.698 0 0.000 Fuera del crítico superior + 0 0.000 Fuera del crítico inferior - 0 0.000 Deviation Distribution Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 20 Desviaciones estándar Distribución (+/-) # Puntos % -6 * Desv. estánd. 235 29.084 -5 * Desv. estánd. 414 51.238 -4 * Desv. estánd. 97 12.005 -3 * Desv. estánd. 57 7.054 -2 * Desv. estánd. 5 0.619 -1 * Desv. estánd. 0 0.000 1 * Desv. estánd. 0 0.000 2 * Desv. estánd. 0 0.000 3 * Desv. estánd. 0 0.000 4 * Desv. estánd. 0 0.000 5 * Desv. estánd. 0 0.000 6 * Desv. estánd. 0 0.000 Standard Deviation Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 21 Comparar 2D: Comparativa en 2D 3 X = 50.000 mm Método: Desviación planar Fecha: 6/7/2012, 8:11 pm Page 22 Comparación 2D Resultados CSYS: World CSYS Modelo referencia PiezaPrueba Modelo test MiniExtruder Nombre Comparativa en 2D 3 Ubicación X = 50.000 mm Nº de puntos de datos 789 Unidades mm Máx. crítico 0.625 Máx. nominal 0.360 Mín. nominal -0.360 Mín. crítico -0.625 Desviación Máx dev + 0.000 Máx dev - -0.625 Desviación estándar 0.101