PROYECTO DE FINAL DE GRADO

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PROYECTO DE FINAL DE GRADO

TÍTULO: Rediseño y fabricación de una impresora 3D RepRap.

AUTOR: Joan Huertas González

TITULACIÓN: Grado en Ingeniería de Diseño industrial y Desarrollo de

Producto.

PONENTE: Juan José Aliau Pons

DEPARTAMENTO: 717, Expresión Gráfica en la Ingeniería

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Proyecto final de grado

Resumen

El objetivo principal de este proyecto es conseguir las habilidades necesarias para fabricar una impresora 3D del tipo Rep Rap, una tipología de impresoras Open source.

Una vez conseguido este objetivo se rediseñan piezas de la propia impresora con el objetivo de mejorar el diseño actual.

Se plantea el proyecto como iniciación al mundo de la impresión 3D y de los materiales plásticos con los que se puede trabajar, PLA, HDPE, ABS o NYLON.

Se instruye al lector para que también sea capaz de montar su propia impresora 3D y se le aconseja de posibles errores y se le ayuda con consejos de montaje.

Se explica el proceso de impresión y todos los parámetros que intervienen.

También cómo conseguir una calibración perfecta de la máquina obteniendo así piezas de plástico con una precisión de 0,1mm.

Finalmente se consigue una impresora capaz de modelar piezas 3D que uno mismo haya diseñado en un software CAD o simplemente capaz de imprimir diseños que se pueden descargar de la red.

Palabras clave

RepRap Impresora 3D Power Code Prusa i3

Arduino Marlín ABS Extrusor

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Agradecer a mi padre y a mi hermano, Francisco Huertas y Dani Huertas, por su enorme ayuda en el montaje de la impresora, no solo aportando los conocimientos y experiencias que ellos han adquirido referente a mecánica, electrónica e informática, sino también en la rigurosidad y en el buen hacer que me han transmitido a la hora de realizar cualquier trabajo.

A mi madre, Pilar González, por aguantar las conversaciones sobre impresoras 3D. A mi pareja, Virginia González, por apoyarme y ayudarme con el redactado de la memoria. A mi tutor, Juan José Aliau, por su incansable motivación por la docencia y por la gran ayuda que me ha prestado en ideas y conocimientos para el rediseño de piezas de plástico.

Por último y no menos importante, compañeros de universidad y amigos personales que hayan participado de forma activa o pasiva.

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Tabla de contenido

1 INTRODUCCIÓN...7

2 ESTADO DEL ARTE...8

2.1 Qué es la impresión 3D...8

2.2 Métodos de impresión 3D...8

2.3 El proyecto RepRap...9

2.4 Historia...10

2.5 Selección de la impresora 3D a rediseñar...16

2.5.1 Prusa Air 2...16

2.5.2 Power Code...18

2.5.3 Ormerod...19

2.5.4 Conclusión...20

3 MONTAJE DE LA IMPRESORA 3D POWER CODE...20

3.1 Lista de materiales...20

3.2 Mecánica...26

3.2.1 Preparación de los motores...26

3.2.2 Montaje del eje Y...29

3.2.3 Montaje del marco eje Z...48

3.2.4 Montaje del eje Z...55

3.2.5 Montaje del eje X...57

3.2.6 Montaje del extrusor...66

3.2.7 Montaje del soporte extrusor y al carro del eje X...76

3.3 Electrónica...85

3.3.1 Soldadura de los cables motor...85

3.3.2 Preparación de los finales de carrera...87

3.3.3 Preparación de la fuente de alimentación...89

3.3.4 Conexión a la electrónica Ramps 1.4...93

3.3.5 Carga del software del Arduino...97

3.3.6 Instalación y utilización de CURA...102

4 NIVELACIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA...108

5 REDISEÑO Y OPTIMIZACIÓN...111

5.1 Optimización del tensor del eje y...111

5.2 Optimización de la pieza Kueling...112

5.3 Optimización de la nivelación de la cama caliente...113

5.4 Optimización del Heater Block...114

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5.6 Carcasa y botón para el LCD...116

5.7 Carcasa para la Ramps y el Arduino...118

6 EMPEZAR A IMPRIMIR...120

7 PRESUPUESTO...122

8 PLIEGUE DE CONDICIONES TÉCNICAS...127

8.1 Mantenimiento y consejos de uso...127

8.2 Seguridad durante la instalación y el uso...127

9 PLANOS...129

10 CONCLUSIONES………...…130

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Memoria del TFG

1.- Introducción

Este proyecto se plantea como iniciación al mundo de los materiales plásticos y a la impresión 3D.

El objetivo principal es la fabricación de una impresora 3D, dentro de los modelos del proyecto RepRap, es decir, impresoras de modelado por deposición fundida a través de un filamento de plástico.

Se busca superar los obstáculos que se puedan presentar en el montaje y mejorar dentro de lo posible las piezas de la propia impresora. También se quiere instruir al lector para que el proyecto sirva de guía de montaje para montar cualquier otra impresora RepRap similar. Por este motivo a lo largo del proyecto se encuentran las instrucciones tanto escritas como visuales para el ensamblado de la impresora. Además se podrá encontrar multitud de consejos, posibles errores y como solucionarlos.

Como diseñador industrial me siento atraído por el mundo de los plásticos y encuentro muy interesante la multitud de formas útiles que se pueden llegar a conseguir con estos materiales. Pienso que en un TFG se tiene que aprovechar la oportunidad de no solo realizar un proyecto académico, sino algo que vaya más allá y realmente se disfrute con ello, y sin duda no podía dejar pasar la oportunidad de montarme mi propia impresora 3D e imprimir mis propios diseños de piezas.

Además encuentro que el mundo de la impresión 3D es el futuro en muchos aspectos. Se pueden obtener multitud de piezas distintas y funcionales. Con esto me refiero por

ejemplo, a las reparaciones de piezas plásticas. El hecho de que se rompa una pieza plástica de un aparato, sea cual sea, no implica que este ya se tenga que tirar y cambiar por uno nuevo. Sino que se puede diseñar la pieza e imprimirla en tu propia residencia.

Para terminar, como proyecto personal estoy interesado en llevar mucho más lejos la impresora que voy a construir en este TFG. No solo para mejorarla, sino para en un futuro seguir optimizándola, seguir aprendiendo sobre la máquina, sobre la extrusión de

plásticos y su comportamiento. Espero ser capaz de empezar un negocio a pequeña escala de diseño de piezas plásticas ya sea de nuevo diseño o para reparaciones.

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2.- Estado del arte

2.1.- Qué es la impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación por el cual un objeto tridimensional es creado mediante la superposición de capas de material, generalmente plástico.

En este proceso se usan impresoras 3D, son más rápidas, baratas y fáciles de usar que otros procesos por adición. Éstas reciben información de los archivos CAD “Diseño asistido por ordenador” que previamente se han tenido que crear y en los que se puede albergar cualquier tipo de geometría. Estos archivos contienen los datos necesarios para que la impresión 3D se realice correctamente.

En los últimos años ha habido un auge en la venta de dispositivos de impresión 3D debido a la bajada del precio, ya que grandes compañías con precios altos no pueden competir con el proyecto RepRap, que más adelante se explicará, en el que se basa este proyecto de final de grado.

Este tipo de tecnología 3D está adquiriendo cada vez más importancia en la creación de objetos. Se cree que en un futuro puede marcar un antes y un después en la industria de fabricación, ya sea, por ejemplo, la impresión de una prótesis como hasta la impresión de un hogar.

2.2.- Métodos de impresión 3D

Existen distintos métodos de impresión 3D: extrusión, hilado, granulado, laminado y fotoquímicos. En este proyecto nos centraremos en la extrusión, es decir, en el modelado por deposición fundida.

Modelado por deposición fundida: Este tipo de modelado utiliza un filamento de plástico que se almacena en rollos de 3mm o 1,75mm dependiendo de la precisión de impresión que se desee. Se empuja el filamento a través de un extrusor, este dispositivo se calienta hasta temperaturas capaces de fundir el plástico pero sin llegar a derretirlo. Además, el extrusor es capaz de moverse en los tres ejes de forma controlada gracias a la electrónica de la impresora y a los motores de la misma.

De este modo, el plástico se deposita en una base caliente para que el hilo de plástico se quede pegado y solidifique, mientras el extrusor irá dando la forma que se ha creado en el archivo CAD.

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2.3.- El proyecto RepRap

Este proyecto es creado por el ingeniero y matemático Adrian Bowyer en la universidad de Bath en Inglaterra, en febrero de 2004.

El objetivo de este proyecto nace de la idea de crear una máquina de prototipado rápido “Replicating Rapid Prototyper” que sea capaz de replicarse a sí misma, es decir, de fabricar la mayor cantidad posible de sus componentes. De este modo, se crea una impresora que realiza impresiones de objetos útiles y además, como dice el eslogan del proyecto, puedes imprimir una RepRap para un amigo.

Asimismo, la filosofía del proyecto RepRap es Open source, esto quiere decir, los diseños y desarrollos de la comunidad se cuelgan en distintas páginas web, donde se pueden comentar, copiar, estudiar, distribuir y mejorar los diseños y códigos fuente que la comunidad realiza.

Toda esta filosofía está explicada en su página web http://reprap.org/wiki/Main_Page traducida en parte a otros idiomas. Si el lector quiere obtener más información acerca del mundo de la impresión 3D, la web explica cómo empezar para un novato con las distintas instrucciones de la impresora que se quiera montar.

Actualmente, el proyecto RepRap está teniendo un gran éxito, por lo que seguramente en pocos años podríamos ver impresoras 3D en muchos hogares y empresas.

Esto es posible ya que, a nivel económico, las impresoras RepRap plantean un muy bajo coste en comparación con grandes empresas. Implica menos poder adquisitivo, más autonomía, más desarrollo tecnológico local, menos fábricas y menos transporte de bienes.

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2.4.- Historia

La primera impresora RepRap se creó en febrero de 2008, llamada Darwin, nombre inspirado por la Teoría de la Evolución. Se considera la impresora padre de todas las demás, porque como veremos a continuación, a partir de este primer diseño se fueron creando mejoras y variantes, siempre buscando la simplicidad en el montaje y la menor cantidad de piezas posibles.

A continuación se muestran las especificaciones de la impresora Darwin:

Volumen de trabajo 230x230x100 mm

Materiales de trabajo Policaprolactona

Configuración 3 ejes usando motores paso a paso

Precisión 0,1mm

Espesor de capa 0,3 – 0,5mm

Interfaz de equipo USB

Manejo de materiales Dos extrusores de deposición fundida

Fuente de alimentación necesaria 6 A máximo, 3 A continuos a 12V DC

Dimensiones exteriores 600x520x650mm

Peso Alrededor de 14 Kg

*La cantidad de piezas o rediseños de piezas imprimibles no se especifican ya que hay gran cantidad de piezas y materiales, por lo que es variable ya que cada uno puede modificar o mejorar.

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La impresora sucesor de este diseño fue la Mendel, realizada por Adryan Bowyer y su equipo. Pequeña como para colocarla en el escritorio, pero con un volumen de impresión suficiente para imprimir cosas grandes, 1110 cm3.

A continuación se muestran las especificaciones de la impresora Mendel:

Materiales de trabajo PLA, HDPE, ABS

Manejo de materiales Un extrusor de deposición fundida

Peso Alrededor de 10 Kg

Mejoras de la impresora Mendel en comparación con su padre, Darwin:  Detalle de impresión más pequeño.

 Mejora del soporte del eje z.  Mejor eficiencia de los ejes.  Ensamblado más simple.

 Reparación sencilla de los componentes.

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A partir de este modelo, muy popular entre la comunidad open source, se creó un modelo derivado gracias a Josef Prusa, un estudiante de Praga.

El modelo que creó Josef fue llamado Prusa Mendel en 2010.

Esta impresora mejora la anterior Mendel, haciéndola más simple. Supone una revolución en el campo de la mecánica de la impresión 3D y hoy en día es el estándar de

construcción de las impresoras.

La Prusa Mendel es mucho más simple de construir, de modificar, de utilizar y de reparar que su antecesora.

A continuación se muestran las especificaciones aproximadas de la Prusa Mendel:

Materiales de trabajo PLA, HDPE, ABS

Peso 7 Kg

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En el 2011, se creó la Prusa Mendel iteración 2, que mejoraba la Prusa Mendel.

A continuación, se muestran las especificaciones aproximadas de la Mendel iteración 2:

Materiales de trabajo PLA, ABS

Espesor de capa 0,3 – 0,5 mm

Peso 7 Kg

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Y por último, la 3ª versión de la Prusa Mendel, llamada Prusa i3.

Se observa en el caso de la Prusa i3 un cambio muy significativo en cuanto a

componentes, con solo comparar las imágenes referentes a la iteración dos con la Prusa i3. Hay menos piezas, tanto impresas como vitaminas.

Las partes impresas ocupan 4 o 5 veces menos área de impresión que en la Prusa 2.

Se ha mejorado la rigidez del marco y se facilita de este mismo modo el montaje, pero solo en el eje Z, como vemos en el eje Y y X siguen habiendo las varillas roscadas con piezas impresas de unión.

El marco es de metal por lo que mejora la estabilidad de toda la impresora, aunque tiene como inconveniente que se necesitan herramientas especializadas para realizarlo.

A continuación, se muestran las especificaciones aproximadas de la Prusa i3:

Materiales de trabajo PLA, ABS, HDPE

Espesor de capa 0,3

Dimensiones exteriores Variable dependiendo de la fabricación

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Para concluir con la historia a partir de fabricación de la impresora Darwin, decir que siempre se ha querido mejorar las impresoras para que sean más fáciles de montar y de fabricar uno mismo, para que el que no sea muy conocedor sobre impresoras, sea

también un beneficiado de la impresión 3D en su hogar. El mundo de la impresión 3D está en constante avance y la información es cambiante, por suerte hay gran cantidad de información que se va actualizando en distintos portales webs.

A partir de la Prusa Mendel, se han ramificado más los diseños de las impresoras, cambiando materiales, montaje, mecánica, electrónica, estructura y demás.

A partir de este punto, el lector ya conoce el principio del proyecto RepRap y sus inicios.

A continuación, se adjunta el árbol de las impresoras RepRap:

Según la figura 6, observamos la evolución de las impresoras 3D tanto del proyecto RepRap, coloreadas en negro, las comerciales en azul y otras impresoras 3D en amarillo. Se puede apreciar los distintos modelos comentados anteriormente, desde el inicio en 2007 de la impresora Darwin hasta las últimas versiones de la Mendel.

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2.5.- Selección de impresora 3D a rediseñar

A continuación, se comentarán las evoluciones de estas impresoras que se han comentado y se escogerá un diseño de éstas para el rediseño y fabricación de la

impresora 3D en este proyecto final de grado. Se han escogido tres modelos a día de hoy más avanzados.

Las impresoras actuales que se han seleccionado y se comentaran con más detalle son:  Prusa Air 2

 Power Code  Ormerod

2.5.1.- Prusa Air 2

La impresora Air 2 se trata de una impresora evolucionada de la Prusa i2. El diseñador de este modelo es conocido como Mecano, Manuel Palacios de Jaén.

El diseño de esta impresora se basa en simplificar la fabricación y el montaje usando el principio conocido como KISS, establece que la mayoría de sistemas funcionan mejor si se mantienen simples que si se hacen complejos.

El cambio más importante se puede observar en la figura 7, donde vemos una estructura totalmente distinta. El armazón y las varillas de la anterior Prusa i2 se han sustituido por tres piezas de metacrilato encastadas entre sí.

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Del triángulo anterior que se disponía en la Prusa, se ha eliminado un lado por lo que el espacio de trabajo se vuelve mucho más accesible, véase figura 8.

Además si la comparamos con la Prusa Mendel, también se observa un cambio en la cantidad de piezas que se usan.

Especificaciones:

Materiales de trabajo ABS, PLA, HDPE

Se concluye que en esta impresora 3D se sacrifica un poco de volumen de impresión por estética, ya que si lo que se busca es una impresora bonita, la estructura de metacrilato cortado por láser nos da esta característica, pero por el contrario, no nos da la robustez del metal en la estructura.

El precio de todas las piezas tanto imprimibles como vitaminas ronda los 800€ según fuentes de RepRap.

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18 2.5.2.- Power Code

Esta impresora es un modelo evolucionado esta vez de la Prusa i3, el diseñador de ésta, como en la air 2, también es Manuel Palacios.

Es considerado uno de los modelos más evolucionados hasta la fecha.

Como en el caso anterior, la estructura mecánica se simplifica, se usa un marco de aluminio donde se colocan las varillas y motores paso a paso para el eje Z.

Además, la estructura metálica también se usa en el eje y, a diferencia de la Prusa i3, donde solo hay el marco en el eje Z. De este modo se impiden oscilaciones que pudiera tener ese eje.

Este cambio hace que la estructura sea más consistente que en la Air2 y la Prusa i3, y también, se crea de este modo un espacio mucho más abierto y accesible.

Materiales de trabajo ABS, PLA, HDPE

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Puntos fuertes de la Power Code:

- Menor cantidad de piezas de plástico. Estructura más robusta.

- Las piezas de plástico se han mejorado para obtener un montaje más rápido. - Tensores de correas sencillos y rápidos, eje X e Y.

- Base nivelable por 3 puntos para ajustar el extrusor a ella. - Volumen de impresión superior a la Prusa Air2.

2.5.3.-Ormerod

Esta impresora, diseñada por el equipo de Adryan Bowyer, tiene como objetivo ser más rápida y fácil de montar.

Se observa que a diferencia de las otras dos impresoras de la selección, esta última no tiene un marco metálico, por lo que se tendría que ver cómo afecta este punto a la estabilidad y las posibles oscilaciones. Esto se defiende con el firmware de la impresora, que según sus autores, corrige y compensa, y además la impresora puede ser controlada vía navegador web.

Así, afirman que es capaz de imprimir mucho más preciso que otras RepRap. Como se puede apreciar en la imagen de la figura 10, existe una simplificación de la estructura y los componentes de la impresora haciendo el espacio de trabajo mucho más accesible.

Es una impresora que a día de hoy se está empezando a montar, ya que solo se han vendido unos kits limitados.

Por otro lado, encontrar información relacionada con esta impresora es complicado ya que acaba de salir y la comunidad no ha aportado aún mucha información sobre el modelo, problemas y cómo solucionarlos.

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20 2.5.4.- Conclusión

Se decide para este proyecto realizar el montaje y rediseño de la impresora 3D Power Code, en consecuencia de sus puntos fuertes en comparación con la Prusa Air y la Ormerod. Además, existe mucha información relacionada con esta impresora, posibles problemas e instrucciones de montaje más claras que en los otros dos modelos. Como es una evolución de la Prusa i3, en el caso de problemas de cualquier tipo que puedan surgir se puede obtener información de cómo corregirlos mismos en una Prusa i3 siendo válido para la Power Code.

3.- Montaje de la impresora 3D Power Code

3.1.- Lista de materiales

Para poder montar la impresora Power Code, como cualquier otro modelo RepRap, se necesitarán dos tipos distintos de piezas. Las piezas impresas y las no imprimibles. Las impresas son aquellas que sostienen y unen los distintos componentes de la impresora y que se pueden imprimir con otra impresora 3D.

Los componentes no imprimibles son varillas roscadas, lisas, rodamientos blindados, arandelas, tuercas, componentes electrónicos, sensores, correas entre otros.

Estos últimos son requeridos para el montaje de la máquina.

Estructura metálica

NOMBRE UNIDADES OBSERVACIONES

Marco 1 Marco estructural para eje Z

y sujeción de la electrónica

Perfil base motor Y 1 Perfil de la base que sujeta

el motor del eje Y

Perfil base polea Y 1 Perfil de la base que sujeta

la polea del eje Y

Perfil cama rodamientos 1 Perfil de la cama caliente

que sujeta los rodamientos

Perfil cama caliente 1 Perfil que sujeta la cama

caliente

Mounting plate 1 Perfil que se coloca sobre

el level extruder

Diagonales eje Z 2 Tensores que sujetan el

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21 Piezas impresas

Biggmearmod_fixed 1 Engranaje grande del

extrusor

Code_Clip 2 Clips para electrónica

Code_Diagonal 4 Soportes para tensores

diagonales

Code_LevelExtruder 1 Pieza de sujeción del bloque

de extrusión

Code-Pulley_623 2 Poleas para el eje X e Y

Code_Xcarriage_A 1 Pieza que sujeta el bloque

extrusor a través del level extruder

Code_Xcarriage_B 1 Fija la correa del eje X en

Xcarriage A

Code_Xend_idler_B_623 1 Tensor eje X

Code_Xend_Motor 1 Soporte motor eje X

Code_Ybelt_holder_A 1 Pieza para sujetar la correa

del eje Y

Code_Ybelt_holder_B 1 Pieza para sujeta la correa

del eje Y

Code_Ycorner 4 Tensores de la base

Code_Yidler_623 1 Pieza de sujeción de la

polea del eje Y

Code_Ymotor 1 Pieza de sujeción del motor

eje Y

Code_Zbottom 2 Pieza de sujeción de los dos

motores del eje Z

Code_Ztop 2 Pieza de sujeción de las

varillas lisas del eje Z Extrusor_Gregs_

Wade_Kueling_Code

1 Pieza de anclaje del motor

del extrusor

Finales de carrera 3 Pieza de sujeción de los

finales de carrera

Idler Jonas 1 Pieza del extrusor

Smallgearmod_fixed 1 Engranaje pequeño del

bloque extrusor

Ventilador_extrusor 1 Anclaje para el ventilador

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22 Tornillos

M3x10 12 (Allen) Para los motores

M3x16 11 (Allen)

M3x20 4 (Allen) Pulleys X e Y, Level

extruder

M3x25 1 (Allen) Idler Jonas

M3x50 2 (Allen) Tornillos con muelles para

Idler Jonas

M3x10 1 (Prisionero) Prisionero para small gear

M6x50 1 (Hexagonal) Para el tensor del eje X

M630 DIN 912 2 Para el tensor del eje Y y

fijar la correa

M6x30 1 (Hexagonal) Cama caliente

M6x40 2 (Hexagonal) Cama caliente

M6x20 DIN 603 13 Corners y motor Y

Tuercas

M3 18 -

M5 2 Para las varillas roscadas

del eje Z. M6 25 - M6 autobloc. 2 - M8 autobloc. 2 - M10 12 - Arandelas

M3 10 -

M6 6 De vuelo.

M6 13 -

M8 3 -

M10 8 -

M10 4 (de vuelo) Fijación del marco a eje Y.

De vuelo.

Varillas

M5x300 2 Varillas roscadas para eje Z.

M8x380 4 Varillas lisas para eje X y Z.

M10x390 2 Varillas roscadas para eje Y.

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23 Motores

Nema 17 1 Para eje X, longitud del

cable 490mm.

Nema 17 1 Para eje Y, longitud del

cable 400mm.

Nema 17 1 Para eje Z (izq), longitud del

cable 350mm.

Nema 17 1 Para eje Z (der), longitud del

cable 650mm.

Nema 17 1 Para el extrusor, longitud del

cable 680mm.

Para la preparación de los motores se necesitará estaño, un soldador, un termo retráctil, un mechero y cinco cables de 4 pines.

Cama caliente

Cama caliente 1 -

Cable 20A 50cm 2 Para soldar a los PAD de la

cama caliente.

Termistor 1 Sensor que mide la

temperatura de la cama caliente.

Cable 2 pines de 52cm 1 Cable de conexión del

termistor con la electrónica.

Cinta Kapton 1 Cinta para aislar las patas

del termistor y fijarlo a la cama caliente.

Finales de carrera

Final de carrera 1 Cable 3 pines eje Y

trenzado. Longitud del cable 30cm.

Final de carrera 1 Cable 3 pines eje X.

Longitud del cable 38cm.

Final de carrera 1 Cable 3 pines eje Z

trenzado. Longitud del cable 26cm.

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24 Otros

Freaduino y RAMPS 1 Kit de electrónica y shield

RAMPS.

Z-coupling 2 Husillos para conectar el eje

Z con el eje del motor.

Rodamientos lineales 11 Base de cama caliente y eje

X.

Rodamientos 608ZZ 3 Para Kueling e idler-Jonas.

Rodamientos 623ZZ 2 Para pulleys.

Bridas 4 Sujeción de rodamientos a

base caliente.

Destornillador cerámico 1 -

Cable USB 1 Para conectar la impresora

3D al pc.

Fuente de alimentación 1 Alimentación de la

impresora.

Espiral recoge cables 1 Black Spiral Binding,

4,2mm. Muelles para los tornillos de

la cama caliente

4 -

Corcho para rotula de la cama

2 Cortar dos círculos.

Corcho para cama caliente 1 Cortar un cuadrado de

20x20cm. Trozo de varilla lisa para

Idler-Jonas

1 Cortar un trozo de varilla M8

de 19mm para empotrar el Idler-Jonas.

Espejo para cama caliente 1 Espejo SÖRLI 20x20 IKEA

Pinzas 4 Para sujetar el espejo a la

cama caliente.

Kit autónomo 1 Electrónica de kit autónomo

para impresora.

Correa 820mm 1 Correa eje X.

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25 Herramientas recomendadas

PC 1 Para conectar a la

impresora.

Destornilladores - Punta plana y estrella.

Llaves allen - Juego en métricas

1.5,2.5,3,4,5,6.

Llave inglesa - Tornillos M5,M6,M8 y M10.

Soldador - -

Estaño - Sujeción de rodamientos a

la cama caliente. icates

Al - -

Tijeras - -

Limas - Lima redonda 3mm para

acabado de piezas.

Se recomienda DEXTER en Leroy Merlin.

p

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3.2.- Mecánica

A continuación se comentará como se ha procedido en el montaje mecánico de la impresora. También se comentarán posibles fallos que se pueden cometer y como corregirlos. Algunos de ellos por propia experiencia y otros por comentarios en la red.

3.2.1.- Preparación de los motores

Para empezar el montaje de la impresora antes se deben preparar ciertos componentes. Este apartado debería ser de electrónica, pero es necesario realizar algunos pasos a posteriori para preparar los motores mecánicamente.

Se empezará limando un poco los ejes para hacerles un pequeño plano.

Esto se hace ya que en el eje del motor se colocan distintas piezas para transmitir el movimiento rotativo del motor. Por ejemplo, los Z coupler en el eje Z transmiten la rotación a las varillas roscadas.

Estas piezas se fijan gracias a unos pasadores. Estos tienen una base donde apoyarse si practicamos un plano en el eje del motor. Se usará un tornillo o un elemento similar para fijar los motores y a continuación se limará el eje.

Figura 11 – Plano practicado a todos los motores.

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Se aprovechará y se limarán las dos varillas roscadas de M5x300, es decir, las del eje Z que irán acopladas a los motores del mismo.

Los motores del eje X y Y se dejarán preparados con sus respectivos engranajes. Colocando el prisionero hasta que haga contacto con la parte plana del eje del motor.

Apretaremos fuerte el prisionero con una llave Allen. En la siguiente figura 13 se observa el resultado de colocar el engranaje en el eje del motor. Se observa también la parte plana del eje y por donde se tiene que apretar el prisionero.

Figura 12 – Varilla roscada limada

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Aprovecharemos que estamos con los motores para preparar también el del extrusor. Se introducirá la pieza Small Gear en el eje del motor, asegurándose que el pasador o tornillo que se coloque este por la parte limada del eje. Véase la figura 14.

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3.2.2.- Montaje del eje Y

Material necesario para el montaje del eje y:

NOMBRE UNIDADES Varilla roscada M10 2 Varilla cromada 380mm 2 Tuerca M10 12 Arandela de vuelo M10 4 Tornillo M6x30 1 Tornillo DIN603 M6x30 1 Tornillos M3x10 2 Tuerca M3 1 Arandela M6 1 Tuercas M6 4 Rodamiento lineal 4 Rodamiento 623ZZ 1 Y corner 4 Pieza Y idler 1 Pieza Y motor 1 Pulley 2

Polea motor y prisionero 1 Estructura de aluminio 1 Plataforma base caliente 1

Bridas 4

Llave plana 17 1

Llave inglesa 1

Metro 1

Pie de Rey 1

Para empezar, se cogerán los perfiles de aluminio delantero y trasero del eje y, los distinguiremos del resto. Son perfiles simétricos, con una diferencia, el perfil trasero tiene un corte cuadrado y el delantero es cónico a mitad de pieza.

Una vez se diferencian los perfiles se cogerán las dos varillas de métrica 10. Insertaremos en cada una y en el siguiente orden estos elementos:

 Dos tuercas M10

 Dos arandelas de vuelo M10  Dos tuercas M10

Esto servirá para posicionar los topes del eje Y, las piezas Y Corners. Además, servirán para determinar la posición del eje Z respecto el eje Y.

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30

Se observa la operación en la siguiente figura número 14:

A continuación, colocaremos las varillas roscadas en los perfiles de aluminio como indica la figura 15.

Figura 14 – Correcta posición de las tuercas y arandelas

Figura 15 – Colocación de las varillas roscadas en los perfiles

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A continuación, se colocarán dos rodamientos lineales en las dos varillas cromadas de 380mm. Después, se colocaran las varillas cromadas en los agujeros superiores de los perfiles de aluminio como en la figura 16.

Estos rodamientos lineales sirven para colocar encima la base del eje Y entre otros componentes. De este modo, combinando los rodamientos con el motor del eje Y se permite el movimiento longitudinal de la base caliente durante la impresión.

Figura 16 – Colocación de las varillas cromadas en los perfiles

Figura 17 – Resultado final al colocar las varillas en los perfiles

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Seguidamente, se colocarán los cuatro Y corners entre la varilla roscada y cromada en las cuatro esquinas como muestra la figura 18. Se ajustará la tuerca de la varilla roscada hasta que haga contacto con el Y corner. A medida que apretemos la tuerca, el Y corner irá corrigiendo su posición hasta estar en posición vertical respecto la horizontal.

En el momento que se hayan colocado los corners, tendremos que comprobar con un metro que del exterior del perfil trasero al delantero hay 38cm.

En este punto es importante realizar la comprobación por tres puntos, esto quiere decir, por los extremos y por el medio de los perfiles.

Si se observa que los 38 cm no son constantes por los 3 puntos, tendremos que jugar con las tuercas de M10 de las varillas roscadas para conseguir dicha distancia.

Recordad que se trata de piezas de plástico, al apretar una tuerca, pieza de acero, sobre otra de plástico, estas últimas se pueden romper. Por lo tanto, se realizará un apriete firme, pero sin exceder. Se entenderá como punto límite de apriete cuando la pieza de plástico empiece a crujir.

Figura 18 – Colocación del Y corner antes de apretar la tuerca

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A continuación, se procederá con el montaje del tensor del eje Y compuesto por el Y idler y dos piezas llamadas pulleys. Esta pieza, como su nombre indica, sirve para tensar la correa del eje Y. El límite del motor será fijo y el del tensor será móvil. Se aplicará con dos tuercas más o menos tensión a la correa.

Para empezar, se cojera la pieza Y idler y se le embutirá por geométrica una tuerca de métrica 3 en la parte superior derecha. Véase figura 19.

A continuación, se introducirá el rodamiento 623ZZ entre las dos pulleys. Estas son las piezas que permiten el movimiento de la correa por el eje Y. Figura 20.

Figura 19 – Pieza Y hodler y embutición de la tuerca de M3

Figura 20 – Montaje del rodamiento y de las dos pulley

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Cuando se tengan montadas las piezas pulley, se colocarán en el Y idler y se le hará pasar un tornillo de M3x20 por la parte superior haciendo de eje, además se hará coincidir con la tuerca de M3 que se embutió anteriormente.

Cuando tengamos el conjunto del tensor montado, colocaremos una tuerca M6 en el Y idler y se pasará un tornillo de M6x30 por el agujero circular del perfil delantero, éste coincidirá con el Y idler como observamos en la figura 21. Además, entre el Y idler y el perfil delantero tendremos que colocar dos tuercas de M6.

Estas tuercas se colocan para hacer de tope y mover el Y idler respecto a la horizontal. Con esto, lo que obtenemos es una mayor o menor tensión de la correa en el eje Y. A diferencia del montaje estándar de una Power Code que lleva solo dos tuercas, en este caso del Y idler lleva 3. Este punto se comentará en el apartado de rediseño y

optimización.

Figura 21 – Resultado final del montaje del Y hodler

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A continuación, cogeremos el perfil inferior de la cama caliente y observaremos, como indica en la figura 22, que encaja en los rodamientos que insertamos en las varillas cromadas del eje Y. Encajaremos el perfil con los rodamientos y lo sujetaremos mediante bridas en los cuatro rodamientos. Cuando hayamos colocado las bridas, cortaremos la parte sobrante con unas tijeras o con unos alicates. Véase figura 23.

Figura 22 – Encaje del perfil inferior de la cama caliente con los rodamientos

Figura 23 – Colocación de las bridas en los rodamientos

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El siguiente paso será colocar dos tornillos de métrica 6x40 en el perfil superior de la cama caliente, a los que previamente les colocaremos una tuerca de métrica 6

respectivamente como muestra la figura 24. Este punto sirve para ajustar la altura de la cama caliente por tres puntos, es decir, por tres tornillos.

Se enroscará una tuerca autoblocante por tornillo, pero la posición de roscado será inverso al habitual, es decir, la cara de la goma hacia arriba.

Si observamos que la tuerca autoblocante no se puede insertar en el tornillo, lo que haremos será forzar su entrada al tornillo. Se procederá del siguiente modo:

Se cogerá el tornillo y la tuerca autoblocante y se colocará de forma habitual para dar de sí la goma. En cuanto se haya hecho esta operación, se colocará con la posición

comentada anteriormente, inverso al habitual. Si la tuerca sigue dando problemas, haremos más fuerza de lo habitual, sin miedo, ya que aún estamos dando de sí la goma para que entre en el tornillo.

Posteriormente, dejando de lado la base superior, cogeremos el corcho de 20x20, lo mediremos para asegurarnos que su tamaño es el que pensamos qué es y acto seguido marcaremos unas hendiduras, como muestra la figura 25. Estas hendiduras no tienen por qué tener una medida exacta, simplemente sirven para apoyar las pinzas que sujetarán el cristal a la cama caliente. En mi caso, recorté visto en planta, 100mm en vertical y 200mm en horizontal. Es muy importante que no tiremos el sobrante del corcho, ya que lo

usaremos en el siguiente paso.

Figura 24 – Tornillo 6x40 con tuercas en el perfil superior de la cama caliente

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Se vuelve entonces como objeto de trabajo al perfil superior de la cama caliente.

A continuación, se colocará un tornillo que en principio debería ser de métrica 6x40 en la zona opuesta en la que estábamos trabajando.

Este tornillo os recomiendo que sea un poco más largo, ya que en la nivelación posterior puede ser una mejora notable el que tengamos unos pocos milímetros de más. Más vale que sobre que no que falte.

Figura 25 – Pintamos con un lápiz las hendiduras en el corcho

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Al tornillo, le colocaremos los siguientes elementos respectivamente: una arandela de vuelo de métrica 6, una tuerca, otra arandela y un trozo de corcho, que puede ser el que cortamos en las hendiduras. En mi caso, ya que el material era corcho, cogí un tapón de champán y lo recorte para colocarlo, así queda un trozo de corcho más estético.

El resultado será el que se observa en la figura 27, en esta imagen no se observan las arandelas, pero están colocadas con cada tuerca respectivamente.

En este punto, ya tendremos la base montada en el eje Y. Estos tres tornillos, como ya se ha comentado anteriormente, sirven para nivelar la cama caliente mediante la rotación de las tuercas. En el sentido de las agujas del reloj, se subirá la cama caliente, y en sentido contrario, se bajará. Ahora es importante determinar aproximadamente una distancia de 150mm en los tres puntos de la cama caliente, es decir, los tres tornillos respecto el perfil inferior de la base.

Posteriormente, se procederá a montar la pieza soporte del motor al eje Y. Cogeremos la pieza Y Motor y la colocaremos de forma centrada en el perfil trasero del eje Y.

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Usaremos un tornillo DIN 603 de M6x20, una tuerca de M6 y una arandela de vuelo de M6 para fijarlo al perfil. Figura 28.

Finalmente, le daremos la vuelta a la estructura por lo que se situará la vista en la parte inferior de la base.

Procederemos entonces al montaje del Y Belt Holder A y B.

El objetivo de estas dos piezas es que con su unión se consiga colocar la correa dentada entre una y otra. Esto quiere decir, el final e correa se apretará en el Belt Holder A y B por lo que quedará fijo, permitiendo como objetivo final el movimiento de la base.

El primer paso será ensamblar el Y Belt Holder a la base de aluminio por encaje de geometría como indica la figura 29. Se sabrá que estará encajado cuando se escuche un “click” de la pieza de plástico.

Figura 29 – Ensamblaje Y holder A Figura 28 – Resultado del montaje pieza Y

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A continuación, colocaremos el Y Belt Holder B y lo uniremos con un tornillo M6x30 con su correspondiente tuerca, pero sin realizar un apriete severo, ya que se tendrá que insertar la correa dentada. Véase la figura 30.

Ahora se colocará el motor nema 17 del eje Z en la pieza Y motor, la que hace función de soporte de motor. Se unirán con dos tornillos M3x10.

Finalmente, cogeremos la correa de 650mm y ésta se tendrá que hacer pasar a través de la polea del motor del eje Y, y también por el Y Holder. Finalmente, la ajustaremos con el Holder A y B y cortaremos el sobrante de la correa.

Ésta es una operación que se tiene que realizar con paciencia y asegurarnos que quede la correa bien unida y fija en ambos Y Belt Holders.

Para dar más o menos tensión a la correa usaremos las tuercas del Y Holder.

Figura 31 – Ensamblaje Y holder A Figura 30 – Unión del Y holder A y B

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A continuación, se trabajará con la cama caliente. Primero, se ha de soldar el cable de 20A a la cama caliente. Se pelarán los extremos del cable y se insertarán por los agujeros de la cama caliente. Seguidamente, se procederá a soldarlos a la cama caliente.

Los otros extremos del cable de 20 A también se tendrán que estañar.

Figura 32 – Posición del cable de 20A en la cama caliente

Figura 33 – Cable de 20 A soldado a la cama caliente

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A continuación, se añadirá una operación que debería estar en el apartado electrónico, pero pienso que es importante realizarlo en este paso ya que así se termina la base caliente: se procederá a montar el termistor de la cama caliente. El termistor es el

encargado de enviar los datos de temperatura de la cama caliente al Arduino, es decir, al ordenador de la impresora. De este modo se puede controlar mediante código o

programas informáticos la temperatura de la cama caliente, adaptándola a distintos plásticos. Por ejemplo, para ABS son unos 110ºC y para PLA unos 80ªC, pero puede cambiar dependiendo de cada caso.

Primero, se colocará 200mm de tubo termo retráctil en el cable therm, como indica la figura 34.

Por el momento se dejarán los tubos como muestra la figura 34. Es importante dejarlos ahí ya que si no se ha hecho antes de realizar la soldadura, ésta tendrá que volverse a hacer.

A continuación, pelaremos los extremos del cable, si no lo están ya, unos 150mm. Fijaremos el cable a un soporte y se procederá a la soldadura de sus terminales, como muestra la siguiente figura 35.

Figura 34 – Colocación del tubo termo retráctil

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A continuación, se colocarán los tubos termorretráctiles en la soldadura para aislarla.

Con un mechero se procederá al aislamiento de la soldadura. Con el calor el tubo termo retráctil cogerá la forma de la soldadura, haciendo que el acabado sea más profesional y no se vea la soldadura. Se observa el resultado en la figura 37. Esta figura corresponde al termistor del extrusor, se ha aprovechado la imagen para observar el resultado, por lo que no se le ha de prestar atención a la cinta kapton que lleva en sus terminales.

Figura 36 – Soldadura de los dos terminales del termistor

Figura 37 – Resultado del tubo termo retráctil

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A continuación, se colocará el termistor en el centro de la base caliente, por la parte inferior, donde no tiene las resistencias. Con paciencia, se le colocará cinta Kapton para pegarlo a la cama caliente.

La cinta Kapton es una cinta adhesiva capaz de resistir temperaturas de hasta 260ºC. Aunque la cama caliente nunca llegará a lograr esa temperatura, es importante colocar esta cinta adhesiva y no otra.

Figura 38 – Colocación del termistor en la cama caliente con

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45

A continuación, se colocará la cama caliente en la base. Primero, se colocará el corcho que cortamos anteriormente de manera que las hendiduras de éste tendrán que quedar visibles des de la parte frontal de la impresora 3D.

La función del corcho es simplemente aislar la temperatura al perfil de aluminio de la base y de soporte para apoyar las pinzas, que éstas a su vez fijarán el espejo a la cama

caliente.

Figura 39 – Detalle colocación termistor cama caliente

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46

Con tres tornillos de M3x20 y sus respectivas tuercas de métrica 3, fijaremos la cama caliente a la base de aluminio

Por último, fijaremos el espejo a la base. Se colocará el espejo de 20x20 encima de la cama caliente y se fijará con pinzas. Las pinzas se apoyaran en el cristal y en la cama caliente gracias a las hendiduras que realizamos al corcho anteriormente.

El resultado será el que vemos en la siguiente figura 41 y 42.

Figura 40 – Posición de los tornillos M3x20

Figura 41 – Vista de detalle de las hendiduras

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Se colocarán las cuatro pinzas para fijar el espejo a la cama caliente por 4 puntos.

Este es un punto que personalmente me gustaría mejorar en el diseño de la impresora ya que una fijación de un espejo con pinzas no da un acabado muy profesional. En este proyecto no se abordará este aspecto, pero como se trata de un proyecto personal, no únicamente académico, en el futuro tengo pensado realizar una sujeción mediante piezas de plástico de ABS.

Figura 42 – Colocación de las pinzas

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48

3.2.3.- Montaje del marco eje Z

Material necesario para el montaje del marco eje Z:

NOMBRE UNIDADES Marco 1 Diagonales 2 Piezas z-bottom 2 Piezas diagonales 4 Tornillos DIN603 M6x20 12 Arandelas M6 12 Tuercas M6 12 Llave inglesa 1 Metro 1 Llave inglesa 1 Metro 1 Pie de Rey 1

Para empezar, se cogerá el marco de aluminio del eje Z. A continuación, colocaremos el marco en la posición que muestra la figura 43. Consideraremos esta posición como la posición frontal del marco. Como se puede observar en la figura 43, las 4 hendiduras marcadas con un circulo gris tendrán que quedar en la zona inferior izquierda del marco.

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Posteriormente, como se observa en la figura 44, colocaremos una pieza Z bottom en el marco en la posición inferior izquierda. Se le introducirá un tornillo DIN603 colocando una arandela y una tuerca en la parte posterior del marco. Se realizará la misma operación para el lado derecho.

Esta pieza es una pieza de soporte para los motores del eje Z. Estos se atornillarán y quedarán fijos. Se observa que también tienen un agujero por el que se le hará pasar las varillas cromadas del eje Z. Toda esta estructura será la que hará posible el encaje con el carro del eje X.

Apretaremos con firmeza la pieza de plástico, como ya hicimos con la pieza Y idler, pero recordando que son piezas de plástico y se pueden romper debido al apriete.

A continuación, se irá a la parte superior del marco. Encontraremos un agujero

rectangular, que tiene como función guiar una pieza. Esta pieza de guía es la diagonal. Esta pieza sirve para ajustar el marco al eje Y. Gracias a ella tenemos un cierto juego a la hora de calibrar los 90ºC respecto del eje Y al Z.

Los ejes han de estar perfectamente calibrados en ángulo entre ellos. Recuerdo al lector que se tiene que ser muy meticuloso con las calibraciones de todos los ejes si queremos obtener piezas con acabados perfectos.

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Una vez se coja la pieza diagonal, se colocará en su posición y pasaremos un tornillo DIN603 dejando la cabeza visible en la parte frontal.

Igual que en el caso del Z-bottom, se colocará una arandela y una tuerca. No fijaremos con fuerza, ya que tendremos que definir su posición más adelante con el perfil de aluminio diagonal, por lo que dejaremos la pieza con juego por la guía.

Repetiremos la misma operación en el otro lado del marco, colocando otra pieza diagonal

Se puede observar el resultado en la siguiente figura 45:

A continuación, se muestran dos imágenes, figura 46 y 47, donde se observarán la vista frontal y posterior del marco respectivamente.

Figura 45 – Resultado del marco con las piezas Z-bottom y diagonal

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A continuación, se tiene que acoplar el marco al eje Y. Se pondrá el marco en vista frontal, es decir, mirando hacia nosotros. Se colocará el eje Y en la misma posición. El resultado será tanto el eje Y como el eje Z, en posición frontal.

Se procederá a la colocación el marco del eje Z al eje aproximadamente a 14 cm de la parte posterior del eje Y. Esta medida es la teórica, puede variar dependiendo de las piezas de aluminio diagonales. En mi caso la medida final fueron 119mm.

Usaremos las hendiduras del marco y lo ajustaremos con las tuercas y arandelas que se pusieron anteriormente en las varillas roscadas de M10. Se procederá a su fijación en el eje Y mediante el apriete de las tuercas. Figura 48.

Figura 47 – Marco en vista posterior

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En la colocación del marco del eje Z es importante que al apretar las tuercas, el marco quede en la posición que deseamos. Prestad importante atención en ello, ya que sin que uno se dé cuenta es posible que eje cambie de posición cuando se esté realizando el apriete con las tuercas.

A continuación, colocaremos la otra pieza diagonal en el perfil trasero del eje Y. Se usará un tornillo DIN603, una arandela y una tuerca para su apriete, como indica la siguiente figura 50. La misma acción se realizará en el otro extremo del perfil.

Figura 49 – Distancia teórica marco eje z con el perfil trasero del eje y

Figura 50 – Colocación y apriete de la pieza Z-top

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Para terminar con la fijación del eje Z al eje Y, cogeremos la pieza diagonal de aluminio y la fijaremos mediante las dos piezas diagonales de plástico colocadas anteriormente con tornillos DIN603, montando su respectiva arandela y tuerca.

Se dejaron con juego para que en este punto se pudiera ajustar fácilmente la pieza.

Este punto del montaje puede ocasionar problemas. Como ya comenté anteriormente, la distancia teórica son 14 cm entre el marco Z y el posterior Y. Es posible que esta distancia no se pueda mantener debido a la geometría de la diagonal. Cada caso puede variar.

Figura 51 – Colocación y apriete de un extremo de la diagonal

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Lo más importante en este punto del montaje es que el eje Z quede perpendicular al eje Y, por lo que tendremos que tomar medidas angulares entre las piezas. Iremos ajustando las tuercas de las varillas roscadas hasta que el ángulo del eje Z con la horizontal sea de 90º exactos.

El mismo procedimiento se tiene que llevar a cabo con el eje Y, es decir, la base tiene que estar a 90 ángulos con la vertical de forma exacta. Del mismo modo, las piezas diagonal permiten un poco de juego angular debido a la guía que hay en el marco del eje Z, así que se usaran también para conseguir los 90º.

Además, nos fijaremos en que las varillas roscadas y el marco del eje Z estén en las posiciones correctas y bien apretadas, ya que al ir ajustando se puede mover el ajuste entre ellas.

Es importante realizar estos pasos de calibración con paciencia y exactitud, ya que más adelante se agradecerá.

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55

3.2.4.- Montaje del eje Z

Material necesario: NOMBRE UNIDADES Motor Nema 17 2 Z coupler 2 Varilla cromada 330mm 2 Varilla roscada 300mm 2 Tornillos M3 4 Z-top 2

Se empezará cogiendo los motores que ya preparamos anteriormente, los cuales tenían el eje limado. A continuación se colocaran, en vista de frente, en los Z-bottom. Se

colocará el motor con los cables orientados hacia la parte de atrás. Se observa que en el marco del eje Z existen unas hendiduras por donde deben pasar los cables de los motores.

Posteriormente, se atornillará los motores al Z-bottom, con dos tornillos de M3x10 respectivamente.

Cuando el motor este fijo, se cogerá el Z-coupler y se introducirá en el eje del motor, solo hasta la mitad aproximadamente.

Se apretará el prisionero del Z-coupler, siempre haciéndolo coincidir con la parte plana del eje del motor. Se observará que en este punto el Z coupler tiene dos prisioneros, uno para el eje del motor Z y otro para la varilla roscada de 300mm.

A continuación, se cogerá una varilla cromada de 330mm y la encajaremos en el Z-bottom. En este punto se puede usar un martillo para encajar a la perfección hasta que toque el motor.

Como último paso, se colocará la varilla roscada de 300mm en el Z-coupler, lo

introduciremos aproximadamente hasta la mitad. Será entonces cuando haremos coincidir la parte plana que limamos de la varilla con el pasador del Z-coupler. Apretaremos con firmeza.

Recordad que este paso se tiene que hacer con los dos motores del eje Z.

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56 Figura 53 – Fijación del motor en el

Z-bottom, colocación del Z-coupler y de la varilla cromada

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57

3.2.5.- Montaje del eje X

Material necesario: NOMBRE UNIDADES X carriage B 1 X idler B 1 X idler A 1 Motor nema 17 1 X carriage 1 Varillas cromadas 2 Rodamientos lineales 6 X motor 1 Engranaje 1 Correa 820mm 1 Tornillo M5x40 1 Tuerca M5 1 Arandelas 2

Para empezar con el montaje del carro del eje x, se encajarán los rodamientos lineales sobre las piezas del eje X, tal y como muestran las siguientes imágenes, 55, 56 y 57. Para el X motor y el X idler se colocarán dos rodamientos por pieza.

El carro del eje X sirve para mover el extrusor por el eje X. Se acoplará más adelante el extrusor al X carriage. El motor dará el movimiento a la correa, la cual estará fija en el X carriage permitiendo de este modo el movimiento por el eje.

Figura 55 – Colocación de dos rodamientos lineales en el x motor

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58 Figura 56 – Colocación de dos rodamientos

en el z carriage

Figura 57 – Colocación de dos rodamientos lineales en el X carriage

Figura 58 – Colocación de un rodamiento en la parte posterior del X carriage y sujeción

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A continuación, se procederá a ajustar las varillas cromadas de 380mm en el X motor. Posteriormente se colocará el z carriage con el X end idler. Las siguientes figuras ayudarán a entender el proceso:

Figura 59 – Ajuste de las varillas cromadas en el x motor

Figura 60 – Colocación de las varillas cromadas por el X carriage

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Recuerdo al lector que en el proceso de ajustar las varillas, piezas de acero, en piezas de plástico, se ha trabajar con paciencia y despacio. Podemos provocar la rotura de las piezas de plástico si no se trabaja con cuidado. En mi caso, me ayudé de un martillo y fui dando pequeños golpes.

Se aprovechará que ya se tiene el conjunto montado para embutir 2 tuercas de M3 en la geometría de los X end idler. Estas tuercas nos permitirán luego encajar el eje X sobre las varillas roscadas del eje Z.

Figura 61 – Colocación de las varillas cromadas en el z carriage

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A continuación, colocaremos el motor del eje X que se ha preparado anteriormente. Se atornillará a la pieza X motor, posicionando el cableado de este en dirección a la parte inferior de la estructura. Figura 63.

A continuación, se procederá a la preparación del tensor de la correa del eje X.

Para empezar, se colocará un tornillo de M5x40 a través del X Idler B. Posteriormente, se colocarán las Pulleys por geometría en la pieza, y en la cara exterior de éstas se

colocarán dos arandelas. Cuando tengamos el conjunto de Pulley más las arandelas, se pasará un tornillo de M3x16 para su fijación con una tuerca de M3 que se colocará en el exterior de la pieza. Este tornillo deberá permitir el libre movimiento de las Pulley. Se trata de realizar el mismo procedimiento que se usó con el tensor del eje Y.

Figura 63 – Acoplando el motor del eje X

Figura 64 – Montaje de las pulleys y del tornillo M5x40

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A continuación, se introducirá una tuerca de M5 en el agujero lateral del X End Idler A. Por esta tuerca será por la que introduciremos el tornillo de M5 del tensor del eje X. Se introducirá el tensor del eje X en el Z Carriage. Esta operación se tiene que realizar con cuidado ya que el encaje puede ser difícil.

Posiblemente el encaje entre las piezas sea complicado debido a las tolerancias de fabricación. Si observamos que el encaje de las piezas es imposible, limaremos un poco ambas piezas por la zona de contacto.

En mi opinión, el diseño de este tensor podría mejorar mucho, sobre todo en el ensamblado.

Cuando se hayan unido ambas piezas, se colocaran por la parte que sobresale el tornillo dos tuercas de M5. Estas harán la función de tuerca y contra tuerca.

De esta forma se podrá, igual que en el caso de la correa del eje Y, tensar más o menos la correa en el eje X.

Figura 65 – Ensamblado del tensor del eje x en el z carriage

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Una vez colocado el tensor del eje X, se dará la vuelta a la estructura y se posicionará como zona de trabajo el X carriage.

Se colocará como indica la figura 67 la pieza de color azul, el X carriage B, con su tornillo correspondiente de M3x10. Esta pieza tiene la misma función que las piezas Y holder A y B en el eje Y. En este caso, la pieza que se apretará será la azul, así se tendrá la correa del eje X apretada y fija en el Holder.

Figura 66 – Colocación de una tuerca y contratuerca en el tensor del eje x

Figura 67 – Colocación del x carriage b en el x carriage

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A continuación, pasaremos la correa de 820mm por el motor del eje X y a través de la polea del tensor del eje X, las Pulleys.

Se realizará el apriete de la correa entre los X carriage A y x carriage B con el tornillo de M3x10 con la respectiva tuerca de M3 que se colocará en el X carriage A.

La correa sobrante se cortará para facilitar el movimiento del eje X.

A continuación, con la contratuerca del tensor del eje X se procederá a tensar la correa. En este paso también se tiene que ser cuidadoso con el apriete ya que el tensor es una pieza de plástico con poco espesor de pared. En mi caso, tuve que limar las paredes del Z carriage para que no diera problemas de encaje.

Figura 68 – Resultado final con la correa fija

Figura 69 – Resultado del montaje z carriage con el tensor del eje x

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Una vez tensada la correa, se tiene que montar el conjunto del eje X sobre las varillas del eje Z. Se introducirán las varillas cromadas a través de los rodamientos encajados en las piezas z carriage. Por último se introducirán las varillas roscadas a través de las tuercas que encajamos previamente tanto en el Z Carriage como en el X Motor.

El encaje se tiene que realizar de forma manual ya que aún no tenemos la conexión a la electrónica. Por lo tanto, si queremos subir o bajar el conjunto del carro eje X se tendrán que usar los Z Couplers de los motores Z y rotarlos manualmente. Como se observa en la siguiente figura 70, el carro X no está calibrado, simplemente encajado.

Finalmente, encajaremos las dos últimas piezas, las Z top. Estas se atornillarán en la parte superior del marco mediante un tornillo DIN603, la cabeza de este, será visto desde la parte frontal. Lo encajaremos con su tuerca respectiva. Si el encaje es dificultoso, usaremos un martillo.

Figura 70 – Encaje del conjunto eje X en las varillas del eje Z

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3.2.6.- Montaje del extrusor

NOMBRE UNIDADES

Heat sink 1

Heat break 1

Nozzle 0,4mm 1

Termistor 1

Tubo termo retráctil 1

Soldador 1 Estaño 1 Fan mount 1 Ventilador 30mm 1 Llave allen 1 Tornillos M3 4 Resistencia cerámica 12V/40W 1 Cinta kapton 1

Pasta térmica adhesiva 1

Para empezar, se cogerá el Heat Break por la zona que tiene menos superficie roscada. Es fácil distinguir ya que hay otra zona con mucha más longitud de rosca.

Se introducirá el Heat Block por el lado de la cara que tiene un agujero roscado. Se enrosca hasta que visualmente la rosca no se aprecia. Tal y como se muestra en la figura 72.

El Heat break sirve de apoyo donde se unirán los distintos componentes del extrusor. El Heat block será donde se unirán el nozzle, la resistencia cerámica y el termistor.

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A continuación, se coge el nozzle de 0,4 mm y se enrosca por el otro lado del Heat block, esto es, el lado opuesto. La separación que se debe dejar entre ambos cuerpos debe ser aproximadamente como la de la figura 73, que corresponde aproximadamente a 1mm.

El nozzle es el punto final que recorrerá el plástico, es decir, la boquilla por donde la máquina expulsará el plástico fundido realizando las formas geométricas que se hayan ordenado con el software.

Posteriormente, se cogerá el Heat Sink y se roscará al Heater Break por la zona que tiene más rosca. El elemento de giro en esta operación deberá ser el Heat Sink.

La rosca marcará la posición final del Heat Sink, dejando entre ellos el espacio no enroscado.

Figura 74 – Montaje del heat sink

Figura 73 – Montaje del nozzle en el heat break

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El Heat sink tiene dos funciones: la primera, disipar calor que se genera en el Heater Block, y la segunda, encajar en el Gregs extruder por geometría.

Para fijar correctamente las piezas Heater Block respecto al nozzle se usarán dos llaves inglesas, como muestra la figura 75.

A continuación, se colocará el Fan mount. Se puede jugar un poco con la memoria de forma de los plásticos y lo podemos colocar en dirección horizontal sin temer por su rotura. Ahora bien, colocarlo de forma vertical es más seguro y evita roturas.

Figura 75 – Apriete del nozzle

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Llegados a este punto, la estructura ya está montada, ahora solo faltan los detalles.

Se empezará con el montaje de la resistencia cerámica de 12V/40W por el agujero que tiene el Heat Block, por el lado que tiene 3 agujeros. La resistencia cerámica o también llamada Heat Cartridge sobresaldrá lo mismo por un lado que por el otro del Heat Block.

Este componente es una simple resistencia la cual se le hace pasar una corriente, pudiendo alcanzar temperaturas de hasta 280ºC.

A continuación, se cogerá una llave allen de M3 y se apretará el prisionero a través del agujero roscado que está al lado del nozzle.

Es importante asegurarse que el Heat Cartridge está bien apretado y asegurado. Debido a las vibraciones de la máquina durante la impresión, los componentes pueden perder el apriete si éste no es fuerte.

Figura 77 – Apriete del prisionero en el Heater Block

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A continuación, se cogerán los extremos del cable de la resistencia cerámica o Heater Cartridge y se pelarán para el estañado de estos.

Figura 79 – Estañado del cable de la resistencia cerámica

Figura 78 – Resultado del ensamblado de la resistencia

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Es importante realizar la soldadura en una superficie plana y fijar también los cables en esta superficie, ya que si no se hace, se moverán dificultando así el ejercicio de la soldadura. En mi caso, usé una superficie plana de madera y los fijé a ésta con celo. Llegados a este punto, se procederá con el termistor. El termistor igual que el de la cama caliente, son los encargados de enviar la información al Arduino sobre la temperatura actual. En este caso, del extrusor.

Los extremos de éste se deben aislar entre ellos. Para ello, usaremos cinta Kapton. Como se ha mencionado anteriormente, esta cinta es capaz de soportar altas temperaturas hasta 260ºC y es adhesiva. La cinta debe cubrir hasta la cabeza del termistor dejando unos 100mm libres en el extremo, ya que se tendrá que soldar al cable therm.

Es importante ser paciente con la cinta Kapton para que quede un resultado profesional.

A continuación, se procederá a soldar el termistor al cable therm correspondiente. El cable therm lleva como extremo un encaje por pines donde se verá que, en blanco sobre fondo negro, contiene grabada la palabra “THERM”.

Para empezar, se cortará 200mm de tubo termoretractil y se colocará en el cable therm. Figura 81.

Es importante recordar que el paso del tubo termo retráctil se debe hacer antes de realizar la soldadura. Recuerdo esto ya que se tendrán que soldar muchos cables: los de motores, therms, finales de carrera, fuente de alimentación entre otros. Si no se coloca el tubo, se tendrá que romper la soldadura y volverla a realizar.

Figura 80 – Montaje de la cinta adhesiva Kapton en el termistor

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Se procederá a la soldadura, la polaridad de los cables no es importante en este caso.

Figura 81 – Colocación del tubo termo retráctil en el cable therm

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Podemos observar en la figura 83 que al realizar la soldadura se ha quemado un poco de plástico del cable. En este punto es importante pelar al menos 100mm más del pelado que venga original en el cable.

A continuación, se colocará el tubo termo retráctil encima de la soldadura y con un

mechero se procederá al cierre del mismo, ya que se va encogiendo con la temperatura y se adapta a la geometría, dando un aspecto más profesional a la unión de los cables y se aísla la soldadura.

Figura 83 – Soldadura del termistor Figura 84 – Resultado final con el tubo termo retráctil

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A continuación, se colocará la cabeza del termistor en el agujero pequeño del Heater Block. Éste se unirá con cinta Kapton como se muestra en la siguiente figura 85 Es recomendable ir al apartado de mejoras y optimización en este punto, ya que el montaje ha cambiado para evitar problemas.

A continuación, se unirán los cables del Heater Cartrigde con los del termistor con una brida. Más adelante, también es recomendable fijar el cable del ventilador que se montará en el fan mount.

Figura 85 – Cinta kapton para fijar la resistencia y elt ermistor

Figura 86 – Fijación de los cables con una brida