IMPRESION 3D EN LA ACTUALIDAD

Universidad de León FACULTAD DE INGENIERIA MECATRONICA Con Reconocimiento de Validez Oficial de la Secretaria de Educación de Guanajuato de fecha 20/04/2020.

“IMPRESIÓN 3D” T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

LICENCIADO EN INGENIERIA MECATRONICA

PRESENTA

MAURICIO ANTONIO RAMIREZ MACIAS JOSE FRANCISCO RODRIGEZ GONZALEZ

LEON,GTO.

ABRIL DE 2020

ii

iii

Contenido I N T R O D U C C I O N.......................................................................................iv Objetivo General:...................................................................................................v Hipotesis:...............................................................................................................v capitulo 1..........................................................................................................vi capitulo 2.......................................................................................................x c o n c l u s i o n e s...........................................................................................lxix Mauricio Antonio Ramirez Macias......................................................................lxix Jose Francisco Rodriguez Gonzales.................................................................lxix P Ă G I N A S W E B.........................................................................................lxxi

iv

INTRODUCCION La impresión 3D ofrece un amplio abanico de posibilidades, tanto para niños como para adultos, en uso doméstico o empresarial, en sectores como construcción, educación u odontológico, entre otros muchos.

No sólo las posibilidades que ofrece son infinitas, también lo son los beneficios que suscita. Y es que a la vista está que disminuye notablemente los costes de diseño y permite probar infinidad de posibilidades antes de optar por el diseño final. Además, ahorramos en gastos de transporte y embalaje. la impresión 3D esta adquiriendo cada vez más relevancia en nuestras vidas y la vemos más presente a nuestro alrededor.

La expansión y enorme desarrollo actual, tanto de hardware, como de software y materiales, marca un futuro brillante para esta tecnología.

Cada vez son más las investigaciones que se están realizando en diferentes universidades y centros de todo el mundo, que están permitiendo poder imprimir materiales realmente impresionantes y que hasta hace poco sólo eran cosa de ciencia ficción, como geles que son capaces de moverse solos, órganos y piel humana, materiales con una resistencia mayores que el acero, tejidos textiles, materiales comestible.

v

OBJETIVO GENERAL: El objetivo de imprimir a futuro piezas que le sirvan a la sociedad y aporten a la salud de las personas.

Los usos de la impresión 3D son varios: diseño industrial, prototipos de manera rápida, y modelajes. Los costos de operación y mantenimiento son relativamente bajos. Es ideal para escuelas, colegios o institutos. Esta tecnología puede y debería ser integrada a los cursos de estudio, siendo útiles para ingeniería, arqueología, arte, paleontología, medicina y arquitectura.

HIPOTESIS: ¿Puedo usar archivos 3D descargados de internet? ¿Qué tipo de archivos puedo usar? ¿Cómo puedo saber si mi archivo es el adecuado para la impresión en 3D? En los primeros capítulos se abordara temas sobre como fue desarrollada e implementada la impresión 3D en tiempos actuales para estar familiarizados con el tema y posteriormente sea mas digerible las ideas planteadas.

En capítulos intermedios analizaremos el campo y situación actual de las impresoras 3D para poder entender el mercado y lograr posicionar nuestra idea en un área con futuro.

Capitulos finales, se concreta la finalización del proyecto con pasos coherentes y específicos.

vi

CAPITULO 1 1. funcionamiento básico Las impresoras 3d son un tipo de máquina que tiene diversas formas, y diferentes modelos, pero las bases de ello son una serie de funcionamientos principales que se repiten, aunque al ser dispositivos tan jóvenes en cuanto a desarrollo, se mantienen en constante mejora y modificación, los rasgos que se repiten son a. motores b. ejes principales donde se mueven los carros del extrusor c. extrusor de filamento d. cama de impresión e. placa de control f. fuente de alimentación Estas características cumplen una función muy específica y sin ellas no existe impresión 3d 1.1 componentes 1.1.1 motores Los motores son actuadores que sirven para hacer rotar un eje o estructura que con cierta configuración se le puede dar ciertas características las cuales son útiles para cada aplicación en específico.

Dentro de toda la variedad de motores que existen los que nos sirven para impresoras 3d son 2 tipos, los de configuración pasa a paso y los de corriente

vii

continua pero con encoder (un tipo de sensor que sirve para saber exactamente la posición del eje del mismo motor).

Dentro de este par de motores a nivel comercial el que más se usa es el de paso a paso, esto debido a que solo requiere un controlador para dar los pulsos necesarios para dar la posición del eje en pasos, por ejemplo, los más populares van de 80 a 360 pasos por vuelta (hay diferentes modelos y cambian entre marcas y regiones), eso quiere decir que necesita 360 pulsos específicos en sus bobinas para poder completar un giro de 360 grados. Estos pasos se pueden tomar como la resolución de cada motor, y afecta directamente la definición de nuestra impresión.

1.1.2 ejes principales los ejes como su nombre lo dice son estructuras las cuales dar soporte a un movimiento dentro de ejes cartesianos, y pueden estar directamente posicionados en relación a los ejes cartesianos o no, dentro de esta excepción se encuentran las impresoras de tipo delta las cuales son 3 torres en una configuración de torren en delta o prisma rectangular, los cuales al moverse en una sincronía hacen que la unión de brazos tensores hagan moverse el extrusor el cual es perfectamente funcional, este diseño aunque parece más difícil de configurar y sincronizar, es el más popular para piezas de gran formato, y es bastante conocido y muy documentado, aunque si es la primer impresora que construyes o compras puede ser mejor elegir una impresora cartesiana, la cual es más fácil de comprender y configurar.

1.1.3 extrusor En este punto se debe elegir el tipo de material que te interesa utilizar, debido a que de esto depende el extrusor a elegir, hay de filamento rígido, de nylon, metálicos (que aunque poco comunes, son muy utilizados en la industria de prototipos.

viii

Los materiales más comunes son pla y abs los cuales tiene diferentes grados de resistencia y temperatura de fusión, aunque el mismo extrusor nos puede servir para la gran mayoría de filamentos de estos materiales o en base a ellos.

El extrusor no es más que un actuador (normalmente un motor a pasos), montado en una estructura la cual permite arrastrar o hacer avanzar el filamento hacia una cámara caliente la cual funde el material y lo hace pasar por una apertura muy pequeña la cual hace la función de boquilla para depositar el material en el área de impresión y que en combinación con los motores y los ejes con sus respectivos carros de movimiento, permite depositar el material capa por capa hasta formar la estructura deseada, la cual se diseña en 3d.

1.1.4 cama de impresión Las superficies para imprimir es lo más variado en los modelos comerciales y profesionales, existen muchas configuraciones y cada una tiene una función muy específica, se busca tener la mayor adherencia posible para no tener deformaciones por contracción causado por el enfriamiento repentino de cada capa (hay que recordar que cada capa está formada por un polímero plástico fundido a gran temperatura), y cada material se comporta de diferente manera en estas condiciones, por lo cual se usan un sinfín de materiales y temperaturas para esta parte de la máquina.

La práctica correcta es elegir un material de impresión, y buscar un material o superficie de impresión el cual tenga mayor adherencia para dicho material, para prototipos pequeños el tipo más común o el que más materiales comerciales abarca es el tipo ¨cama caliente¨ el cual es una placa de fibra de vidrio o baquelita con pistas de cobre a modo de resistencia la cual se calienta al hacer pasar una corriente por ella, la temperatura es controlada por un termopar y se tiene una precisión muy grande, estas superficies buscan tener

ix

una adherencia a la pieza y con la temperatura evitar la contracción por enfriamiento repentino.

1.1.5 placa de control Las impresoras necesitan un sistema de control que interprete los modelos y los convierta en movimientos en los ejes cartesianos y depositar el material específico para cada línea de cada capa, esta placa suele ser privativa para cada marca profesional de impresoras, y para las marcas comerciales se utiliza mayormente atmega de atmel (arduino) y una serie de implementos para poder utilizar los motores y los sistemas de potencia para las atapas de calor. Esto en combinación de un software que se encarga de la activación e interpretacion de dichos implementos.

1.1.6 fuente de poder en los modelos comerciales se utilizan fuentes conmutadas de pc para poder alimentar la impresora, y en los modelos profesionales se utilizar fuentes de alimentación específicas para cada componente y suelen estar integradas en la misma placa de control.

x

CAPITULO 2 2. historia y desarrollo 2.1 tipos 2.1.1 impresora de aglomerante

Las primeras impresoras en 3d funcionaban de una manera muy diferente a las actuales, funcionaban con una boquilla para depositar aglutinante, para después barrer una capa de polvo de resina con la cual se forman las figuras programadas capa por capa.

2.1.2 impresora de laser Las impresoras de este tipo funcionan catalizando resina liquida hasta formar estructuras complejas, es el mismo funcionamiento y la resina liquida confiere un mejor acabado pero por un precio muy elevado.

2.1.3 inyección de polímero.

Son el modelo actual explicado su funcionamiento en el capítulo anterior, consisten en capas de polímero fundido que forman estructuras concisas.

2.2 Actualidad de la impresión

xi

Actualmente las impresoras son mรกs accesibles debido a proyectos como clone wars de la comunidad rep rap, sin proyectos de la comunidad que desarrollan las impresoras y partes que la conforman y son estos mismos los que lo llevaron al usuario casual y las sacaron de las industrias, haciendo modelos fรกciles de replicar los cuales se convirtieron en clones de licencia libre, todos los planos se pueden descargar, replicar y modificar a tu gusto o necesidad.

Los modelos comerciales tomaron los planos libres como base para poder bajar los costos y poder tener impresoras ya armadas a precios mรกs bajos que la suma de las partes por separado.

xii

CAPITULO 3 3. Fabricación de la impresora 3.1. guía de montaje oficial revisado para la prusa i3 con pieszas stock “Prusa i3. Materiales y herramientas Cómo ya hemos comentado, la Prusa i3 es la tercera iteración del diseño Prusa de impresoras RepRap, se trata de una impresora autoreplicable donde la mayoría de piezas pueden imprimirse con otra impresora 3D idéntica o similar.

La estructura básica se construye con varillas roscadas y listas, además de incorporar un marco vertical que puede ser de distintos materiales (acero, aluminio, madera, metacrilato, etc).

La mayoría de piezas “mecánicas” pueden adquirirse en ferreterías o tiendas y superficies dedicadas al bricolaje, mientras que para la parte electrónica existen numerosas tiendas online donde pueden adquirirse componentes como la placa arduino, cables, etc.

Además, necesitaremos las piezas impresas, que podemos conseguir en tiendas especializadas o incluso de usuarios colaboran con el proyecto.

Si queremos simplificar el proceso, existen varias tiendas online y físicas dedicadas al mundo de las impresoras 3D, en ellas podremos

xiii

comprar los componentes por separado, kits con todo lo necesario para montar nuestra impresora, o incluso impresoras ya montadas y calibradas.

Naturalmente, dependiendo de la opción escogida los precios variarán: podemos pasar de unos 300-330 Euros que cuesta adquirir los materiales nosotros mismos por separado, buscando las tiendas más baratas, hasta más de 1.000 Euros por modelos de Prusa i3 ya montados, pasando por algo intermedio, entre los 400-600 Euros, dependiendo de la tienda, por un kit con todo lo necesario para montar nuestra impresora 3D.

A continuación os vamos a detallar la lista de componentes necesarios, podéis encontrar la lista con imágenes y detalles en la web oficial de proyecto RepRap para la Prusa i3, no obstante, recordad que hay ciertas variaciones dependiendo de ciertos componentes que vayamos a utilizar después, sobre todo en la parte del extrusor (módulo donde el filamento se empuja hacia la zona que lo calienta e inyecta), además, las medidas pueden modificarse para conseguir una impresora más grande o más pequeña, aquí os comentaremos las que utilizamos nosotros (durante la guía iremos explicando qué es cada cosa): Varillas y estructura 1 Marco de aluminio para la estructura (puede ser de acero, metacrilato, madera, etc)

xiv

1 Base de aluminio para la cama (zona sobre la que se imprime) 2 varillas roscadas M5 de entre 300 milímetros para el eje Z 4 varillas roscadas M8 de 220 mm para la base, eje Y 2 varillas roscadas M10 de 400 mm para la base, eje Y 4 varillas lisas M8 de 370 mm para la base (eje Y) y para el eje Z 2 varillas lisas M8 de 330 mm para el eje X 1 varilla lisa M8 de 18 mm para el extrusor.

Hobbed bolt (tornillo con una zona “fileteada” para empujar el filamento) Tornillos y tuercas (realmente se requieren menos, pero siempre se pierde alguno) 20-30 (o más, mejor que sobren) Tuercas M8.

10-15 Tuercas M8 autoblocantes (las que llevan un plástico en el interior para mantenerlas fijas) 30-50 Arandelas M8 10 Tuercas M5 10 Tuercas M10 6 Tuercas M10 autoblocantes 40 Tuercas 3 mm 16 Arandelas M10 (4 de ellas que sean de las anchas) 50 Arandelas 3mm 20 Tornillos ALLEN de 3 x 14mm 20 Tornillos ALLEN 3 x 10mm 2 Tornillos ALLEN 3 x 20 12 Tornillos ALLEN 3 x 18mm 10 Tornillos ALLEN 3 x 30mm 4 Tornillos ALLEN 3 x 25 mm 4 Tornillos ALLEN 3 x 35 mm

xv

4 Tornillos ALLEN 4 x 60 mm 6 Muelles (los podéis encontrar en las pinzas de tender la ropa con muelle) 30-100.000.000 bridas pequeñas y medianas (muchas, siempre hacen falta bridas) Motores y mecánica 5 motores NEMA 17 1,7 Amp 2 acopladores flexibles de 5 mm para los motores 2 rodamientos 623ZZ 10 rodamientos LM8UU (mejor comprar algunos más, a veces alguno viene tocado) 4 rodamientos 608ZZ 2 poleas dentadas GT2 2-3 metros de correa dentada GT2 Lubricante (grasa de litio o/y aceite de silicona) Electrónica Cables,

muchos,

la

mayoría

para

conexiones

de

12

v

(recomendado que soporten amperajes de más de 20 A para evitar problemas de sobrecalentamiento), pero también puede hacer falta uno para enchufe de 220v.

1 cable USB con un extremo normal (tipo A) y otro extremo tipo B. Base caliente o cama caliente (base con resistencia para calentarse y permitir fijar la piezas) 1 placa ARDUINO MEGA 2560 1 placa controladora RAMPS 1,4 4 drivers A4988 (POLOLUS) 4 disipadores pequeños para los drivers.

xvi

3 endstops (finales de carrera) ya sean ópticos o mecánicos (más baratos y sencillos) 2 Termistores 100K NTC3950 (son sensores de temperatura) 1 fuente de alimentación de 12 v tipo industrial (rondan los 30 Euros,

también valen las fuentes ATX pero son más engorrosas y

pueden dar problemas) 2 ventiladores de 30 o 40 mm

Otros Espejo o cristal de 20 x 20 centímetros (en Ikea venden unos baratos) Hot-end ( pieza encargada de calentar, fundir e inyectar el plástico), integra una resistencia y cabezales para la impresión.

Pinzas para sujetar el espejo (en cualquier papelería) Piezas impresas (son unas 30) Filamento, al menos una bobina (ABS, PLA, etc) Cinta Kapton (cinta adhesiva que funciona como aislante eléctrico y térmico) Soldador, estaño, flux, pegamento, fundas termoretráctiles, polímetro

llaves ALLEN,

destornilladores,

llave

inglesa/alicates,

metro/regla y demás herramientas.

Firmware para arduino (Marlin): Descargar Marlin(versión propia).

IDE Arduino: Descargar Arduino IDE. CURA (software para imprimir): Descargar CURA. Medalla HZ (calibración): Descargar Medalla HZ. Montaje de la base y el eje Y

xvii

Vamos a empezar a construir la base de la impresora 3D, lugar donde se encontrará el eje Y y por donde se deslizará la base caliente de la impresora gracias a un mecanismo formado por un motor, un sistema de correa dentada y unos rodamientos.

Para comenzar con esta parte necesitaremos 2 de las varillas listas M8 de 370 mm, 4 varillas roscadas M8 de 220mm y las 2 varillas roscadas M10; además de tuercas, arandelas y varias piezas impresas que iremos viendo paso a paso Empezamos cogiendo una varilla roscada M8 de 220m y la introducimos e uno de los 4 topes impresos de las esquinas de la base, rodeando esa pieza colocamos una tuerca autoblocante (las que tienen una zona de plástico en el interior de la rosca), acompañada de una arandela en un extremo y una arandela con una tuerca normal. A continuación colocamos otra tuerca y una arandela que sujetarán una segunda pieza impresa encargada de sujetar la polea para la correa dentada.

Ahora hacemos lo mismo, pero de manera opuesta en el otro extremo, hasta colocar el otro tope de la base, tened en cuenta que la abertura de los topes debe estar hacia el mismo sentido. Además, en la parte inferior colocaremos la otra varilla roscada M8 220m sujeta mediante tuercas y arandelas. No os olvidéis de colocar tuercas autoblocantes en los extremos de la varilla roscada

xviii

Ahora deberemos montar el otro extremo de la base, el procedimiento es el mismo, necesitaremos dos topes impresos, las dos varillas roscadas M8 220m y tuercas y arandelas, medid primero la distancia del extremo que ya tenemos construido para dejarlos con la misma longitud. En esta ocasión, en vez de la pieza impresa para polea, deberemos colocar una pieza impresa que sujetará el motor del eje Y. En la siguiente imagen lo veréis mejor.

Ya tenemos los dos extremos de la base, solo nos queda unirlos entre sí; para ello necesitamos las dos varillas roscadas M10, además de las tuercas correspondientes y 4 arandelas M10 con borde ancho.

Sobre estas varillas, posteriormente, irá sujeto el marco de aluminio y toda la estructura de la impresora, por lo que hay que tener cuidado para tenerla perfectamente alineadas y paralelas entre sí.

Para acoplarlas a los extremos, tan solo deberemos introducirlas por los orificios de los que disponen los 4 topes impresos de la base y fijarlas con tuercas y arandelas M10, además en el centro deberemos

xix

colocar, en cada varilla, dos arandelas M10 de borde ancho acompañadas de dos tuercas M10.No os olvidéis de colocar una tuerca autoblocante M10 en cada extremo de las varillas. Además, hay que medir para que los dos lados nos queden idénticos y con una distancia de unos 370mm (tamaño de las varillas lisas que colocaremos después). Al final nos quedará algo así:

Ahora, para poder colocar luego la correa dentada, necesitaremos “construir” una polea, para ello deberemos coger un rodamiento de los más pequeñitos que tenemos (son 2 en total) y dos piezas impresas con forma circular algo más grandes que el rodamiento. Tan solo hay que introducir el rodamiento entre ambas piezas y pegarlas (con un pegamento tipo superglue o similares) para formar una rueda de polea como podéis ver en las siguientes imágenes.

Una vez esté seco el pegamento, cogemos un tornillo allen y una tuerca y enganchamos la rueda de la polea a la pieza que incorporamos en los laterales de la base.

xx

Ahora, en el extremo opuesto, deberemos fijar uno de los motores a la pieza destinada a tal fin que colocamos anteriormente, para ello utilizaremos 3 tornillos.

Una vez el motor estĂŠ fijado, deberemos colocar una de las poleas dentadas GT2 en su extremo:

Para ello, deberemos alinear la parte plana del eje del motor con uno de los tornillos allen que integra la propia polea, una vez estĂŠ alineado e introducido, apretamos ese tornillo y el contiguo. https://www.hispazone.com/imagenes/tutoriales/987-prusa(50).jpg

Tras este paso ya tendremos la estructura principal de la base con el motor encargado de mover la cama sobre la que imprimiremos las piezas. Falta colocar dos varillas lisas de 370 mm que podemos presentar para comprobar que las medidas estĂĄn bien:

xxi

Deberemos colocarles a cada una dos rodamientos lineales LMU88 sobre los que deslizará la cama cuando la coloquemos, por lo que una vez que hayamos comprobado las medidas, quitamos las varillas lisas.

Para colocar los rodamientos, deberemos buscar el extremo de la varilla que esté un poco limado para reducir el grosor de la misma, si no está, lo limamos un poco para facilitar la entrada del rodamiento.

Ahora lo introducimos con cuidado de no soltar ninguna de las bolitas interiores. Además, deberemos echar algo de lubricante, personalmente la que mejor resultados me ha dado ha sido la grasa de litio, si no, con aceite de silicona puede valer, pero es más líquida y menos duradera, por lo que deberemos reaplicar cada cierto tiempo.

Una vez echamos el lubricante, deberemos mover a lo largo de la varilla el rodamiento, realizando giros sobre sí mismo para que se embadurne todo bien. El rodamiento debe fluir perfectamente, en caso contrario probad a echarle más lubricante. Si sigue ofreciendo demasiada resistencia, considerad el cambiarlo por otro, no es la primera vez que nos encontramos con rodamientos LMU88 con alguna bolita que no rota debidamente.

xxii

Deberemos colocar dos de estos rodamientos en cada varilla, esto es porque la base que colocaremos encima tiene 4 orificios para 4 rodamientos, hay modelos que solamente requieren 3, dos en una barra y otro en la otra barra, por lo que deberemos tener eso en cuenta.

Ahora deberemos colocar esa base sobre la que se colocará más adelante la cama caliente, para ello necesitamos la base, la pieza impresa que se conectará a la polea mediante una correa dentada GT2 que también necesitaremos y 8 abrazaderas

Primero fijamos la pieza con dos tornillos allen hasta mantenerla en su posición.

Ahora deberemos fijar esa base de aluminio a los rodamientos de las varillas lisas, para ello utilizamos dos bridas por cada rodamiento.

Si bien una brida pequeña suele ser suficiente, es mucho más sencillo utilizar una brida de más longitud y luego cortarla, nos evitaremos problemas a la hora de apretarlas. En la siguiente imagen podemos ver cómo quedan ya sujetas.

xxiii

Una vez fijada, colocamos las varillas lisas en la estructura y le damos la vuelta a toda la estructura para poder colocar la correa que unirĂĄ las poleas de la base:

Para fijar la correa a la zona central de la base, deberemos introducirla por la abertura que tiene en la zona central de la pieza que atornillamos antes.

Ahora pasaremos la correa alrededor de la polea dentada del motor y la polea de plĂĄstico del otro extremo, de tal manera que nos quede un cĂ­rculo completo y la volvemos a pasar por la pieza central.

Una vez pasada, tensamos hasta que quede tirante y atornillamos un tornillo allen para que quede completamente fijada:

xxiv

Ahora ya tendremos terminada nuestra flamante base, podéis comprobar que se mueve bien a lo largo de las varillas lisas y sin ningún obstáculo ni restricción.

Montaje del Eje X Ahora pasaremos a construir el carro del eje X, esto es, la estructura que permitirá mover hacia la izquierda y la derecha el módulo extrusor encargado de expulsar el plástico. Para ello, necesitaremos las dos piezas encargadas de unir las dos varillas lisas por las que se deslizará ese extrusor, que también son las encargadas de unir dicha estructura con el eje vertical Z que construiremos posteriormente.

Una de ellas cuenta con una estructura con tres orificios que nos servirán para fijar el motor encargado del movimiento del extrusor a lo largo del eje X. Necesitamos tres tornillos allen para fijarlo de esta manera:

En la otra pieza que podéis ver a continuación, deberemos colocar una polea como la que hicimos anteriormente cuando montábamos la base (colocar rodamiento y pegar las dos piezas de plástico) y atornillarla :

xxv

Cada una de estas piezas tiene una zona cilĂ­ndrica donde deberemos introducir dos rodamientos lineales LMU88, uno en cada extremo:

Ahora tendremos que colocar dos rodamientos LMU88 en una de las varillas lisas M8 de 330 mm y otro rodamiento del mismo tipo en la otra varilla lisa idĂŠntica. Recordad el proceso que seguimos para la base: limar un poco el borde de la varilla si no lo estĂĄ ya, y aplicar lubricante.

Una vez tenemos los rodamientos, deberemos colocar las varillas lisas en los orificios de las dos piezas impresas. Hay que colocarlas de forma que quede la misma distancia entre las piezas impresas en ambas varillas, aunque posiblemente tendremos que ajustarlas cuando montemos toda la estructura.

xxvi

Una vez tenemos las varillas uniendo las dos piezas, necesitamos colocar la sujeción del carro del eje X para el extrusor, se trata de una pieza como la que podréis ver en las siguientes imágenes, con varios orificios para pasar nuestras queridas bridas y fijarlo a los rodamientos lineales que acabamos de colocar:

Ahora que ya tenemos el carro sujeto, deberemos colocar otra correa dentada M2 como la que colocamos en la base. En esta ocasión el sistema de fijación es distinto (aquí podemos tener varios sistemas, en este caso hablaremos del que montamos nosotros). En este sistema, deberemos pasar la correa dando la vuelta completa entre la polea del motor y la del otro extremo, y engancharlas en el centro como muestra la imagen:

Lo ideal es sujetar con una brida cada extremo de la correa consigo misma, dando una vuelta a la pieza, por lo que deberemos

xxvii

dejar unos cuantos centímetros de correa saliendo de la zona de sujeción. Otra opción más “casera” es atornillar un tornillo tirafondo en la zona central, donde se unen los dos extremos, para que no se mueva.

Ya tenemos construida la base que se mueve a lo largo del eje Y y el carro del eje X, pero aún nos queda el módulo extrusor, el eje Y y juntarlo todo para crear nuestra impresora 3D. Montaje del Extrusor Antes de montar el eje vertical Z de nuestra impresora 3D, deberemos construir el extrusor. El extrusor es una estructura encargada de hacer pasar el filamento de plástico a través de una pieza caliente con una boquilla mucho más pequeña que la del diámetro del filamento de plástico llamada hotend que derrite el plástico y lo deposita en forma de capas mucho más finas.

Hay varios tipos de extrusor, el que vamos a montar es el Greg’s Wade extruder para filamento de 1,75 mm (existe también el mismo modelo para filamento de 3 mm de diámetro). La pieza principal que soporta todos los componentes es impresa y tiene esta forma:

Para colocar la pieza que aparece la izquierda con un rodamiento, deberemos hacernos con ese rodamiento 608ZZ y colocarlo sobre la varilla lisa más pequeña, la M8 de 18 mm. Esa pieza deberá ir

xxviii

enganchada a una pequeña pieza de plástico como la que veréis en la siguiente foto. No es raro que la varilla no entre fácilmente, sobre todo si la pieza impresa en cuestión no está a las medidas exactas. Para meterla podemos darle ligeramente unos golpes con un martillo, o si está muy difícil de meter, podemos calentar la varilla lisa con un soldador para derretir la pieza un poco y que encaje.

Ahora podremos atornillar dicha pieza al cuerpo del extrusor, además, deberemos colocar dos rodamientos más al cuerpo del extrusor:

Necesitaremos fijar una rueda dentada al motor que colocaremos en el extrusor, para ello, tenemos que coger dicha rueda impresa y añadirle una pequeña tuerca, si el hueco es demasiado pequeño, podemos utilizar el truco del soldador y calentar la tuerca para introducirla. Una vez hecho esto, la colocamos al motor y fijamos el motor a la estructura del extrusor mediante tornillos:

xxix

Para que el filamento vaya pasando por el extrusor, necesitamos de un tornillo especial (hobbed bolt) con una zona fileteada o con muescas para que arrastre el filamento, hay de varios tipos, aquí os podemos enseñar uno de tipo fileteado y otro con muescas:

En cualquier caso, ese “hobbed bolt” irá sujeto a la rueda dentada impresa más grande, y se introducirá por los agujeros que dejan los dos rodamientos que colocamos antes, fijándonos que la zona rugosa queda justo encima del agujero por el que se introducirá el filamento.

Luego le colocamos una tuerca M8 autoblocante y lo dejamos fijado.

Para facilitar la entrada de esta pieza con la rueda dentada grande, es práctico desatornillar de un extremo el motor, para poder levantarlo y bajarlo cuando esté metido ya el hobbed bolt con la rueda dentada.

Ahora necesitaremos colocar dos tuercas en los dos agujeros que quedan encima del hobbed bolt, esto sirve para colocar dos tornillos a los que previamente habremos colocado dos arandelas y, entre ellas, un muelle. Estos tornillos empujarán la pieza con el rodamiento hacia el

xxx

tornillo fileteado (hobbed bolt) de tal forma que aprisionará al filamento y lo empujará mientras gire el motor:

Podemos comprobar que hace su función, colocando un poco de filamento y girando la rueda dentada grande para ver que el filamento va bajando.

Todo esto no serviría de nada sin el hot-end, una pieza metálica (o de distintos materiales, hay muchos modelos), que es la encargada de calentar el filamento y depositarlo sobre la base. En este caso disponemos de un hot-end all-metal, completamente metálico, con una punta (intercambiable) de 0,4 mm.

Aquí lo podéis ver colocado dentro del extrusor y sujeto con dos tornillos allen que lo aprisionan contra el extrusor, sin embargo, antes

xxxi

de esto hay que colocarle la resistencia encargada de calentar la punta y el termistor, un pequeño sensor de temperatura que nos permitirá conocer en todo momento la temperatura de esa punta. Nosotros hemos montado primero el extrusor y luego es bastante engorroso andar añadiendo la resistencia y el sensor, así que os explicaremos a hacerlo antes de nada.

La resistencia suele venir con una forma cilíndrica y los cables ya soldados, aunque hay varios tipos y en alguna ocasión tendremos que soldarlos nosotros.

Esta resistencia entra en el agujero cilíndrico que el hotend tiene en el bloque calefactor, aunque dicho bloque cuenta con un tornillito para fijarlo en la parte inferior, podemos echarle pasta térmica de PC o adhesivo térmico para que transfiera mejor el calor y quede más fijado.

xxxii

Por otra parte, necesitamos montar el termistor, en este caso del tipo “100K” y más concretamente NTC3950. Se trata de un componente muy delicado, por lo que deberemos ir con cuidado.

Lo primero que deberemos hacer es pone run poco de cinta Kapton en cada conector del termistor. La cinta Kapton es una cinta aislante y resistente a las altas temperaturas, necesitaremos colocar esta cinta para evitar que los contactos se toquen y tengamos lecturas erróneas de temperatura, no vale cinta aislante normal porque el hotend puede alcanzar los 260 grados.

Ahora tendremos que soldar con estaño un cable positivo y negativo a cada borne del termistor, el uso de Flux, una sustancia específica para soldadura que hace que el estaño se una a las zonas que hemos embadurnado con ella, facilita mucho las cosas.

La zona de la soldadura la podemos tapar con cinta Kapton, y en general toda la zona que pueda realizar un contacto.

xxxiii

Para comprobar que el sensor funciona bien, lo conectamos a un polímetro en modo de medición de resistencia, con sensibilidad 200k por ejemplo y vemos como el valor que nos va marcando varía con la temperatura, por ejemplo si le ponemos los dedos en la punta del sensor o lo acercamos a alguna fuente de calor o de frío.

Ahora solamente tendremos que colocar el termistor en el agujerito existente para tal fin en el hotend. Es recomendable echarle un poco de pasta térmica o adhesivo térmico. Además, podemos sujetar bien la resistencia y el termistor al hotend con unas cuantas vueltas de cinta kapton al rededor del cubo calefactor posteriormente.

Una vez tenemos el hotend completado con su resistencia y termistor, lo volvemos a colocar en la estructura del extrusor como estábamos viendo antes, mediante dos tornillos alen:

Para fijar el extrusor al carro del eje X deberemos introducir dos tuercas en él, justo en la zona donde teníamos sujeta la correa.

Mientras que desde el extrusor vemos dos agujeros, justo al lado de los tornillos que fijan el hotend, ahí deberemos introducir dos tornillos allen que se sujetarán a las tuercas que hemos colocado en el carro del eje X. Es importante apretarlo bien para que no se mueva, sino tendremos problemas en las impresiones.

xxxiv

Ahora ya tenemos completado nuestro extrusor y lo hemos unido a la estructura del eje X, solo nos queda crear el eje Z y unirlo todo en una única estructura.

Antes de nada, comentar que, por lo general, es recomendable conectar un pequeño ventilador al cuerpo del hotend para enfriar la zona de disipación, inicialmente podemos fijarlo con bridas, pero cuando tengamos funcional la impresora podremos imprimirnos un soporte propio.

Montaje del eje Z y ensamblado de la estructura El eje vertical o eje Z se basa en la otra estructura de aluminio (o metacrilato, madera, etc…) de la que disponemos. Esta estructura tiene unos orificios específicos para la colocación de ciertas piezas de la estructura, así como unas pestañas para unirlo a la base del eje Y.

Primero de todo, tendremos que colocar las piezas que soportarán a los dos motores encargados de mover las varillas sobre las que colocaremos el carro del eje X, básicamente son las que hacen que el extrusor suba y baje a lo largo del eje Z. Son dos piezas que tendremos que unir con tornillos y tuercas (no olvidéis la arandela antes de la tuerca), una a cada lado:

xxxv

En estas piezas deberemos colocar un motor, uno en cada extremo de la estructura:

Ahora necesitamos coger el carro del eje X y en los agujeros que estĂĄn al lado de los cilindros de los rodamientos, colocar una tuerca M5 en cada pieza.

En esas tuercas deberemos enroscar, con mucho cuidado, las varillas roscadas m5 que tenemos, pero solo 1 o 2 centĂ­metros.

Una vez hecho esto, introduciremos las dos varillas lisas M8 de 370mm que nos quedan por dentro de los dos rodamientos de cada extremo, recordad el procedimiento (punta limada, introducir con cuidado y deslizar con lubricante)

xxxvi

Al lado de cada motor, en la propia pieza donde va sujeto, veremos un orificio de 8 mm, ahĂ­ deberemos colocar las varillas M8 de 370 mm que hemos conectado al carro del eje X. En la parte superior de la estructura, deberemos fijar unas piezas impresas para sujetar las varillas lisas:

AdemĂĄs, deberemos colocar un acoplador de acero en cada eje del motor. Estos acopladores absorben los posibles bamboleos de las varillas roscadas m5 para que la impresiĂłn no se vea afectada.

Deberemos fijar apretando los dos tornillos de cada extremo, un extremo al motor y otro a la varilla roscada, teniendo cuidado de dejar un hueco entre las dos en la zona central para que pueda doblar. Hay que intentar que en ambos lados, la distancia en altura entre el motor, acoplador y varilla sea la misma.

xxxvii

Ahora ya tendremos la estructura del eje Z completada y unida al carro del eje X con el extrusor.

Tan solo nos queda unirlo a la base del eje Y para tener toda la estructura principal de nuestra impresora 3D prusa i3 completada.

Para ello, necesitamos colocar la base del eje Y justo encima de la base vertical del eje Z, justo entre las dos tuercas y arandelas grandes que dejamos sueltas al principio, una vez colocada, debemos ver que la base está bien centrada y que puede moverse a lo largo de todo el eje Y, y apretamos las tuercas para dejar fijada toda la estructura:

Colocación de la cama caliente y los Endstops Ahora que tenemos la estructura principal de la impresora 3D montada, tendremos que preparar y unir a la estructura la cama caliente de la impresora.

La cama caliente es básicamente una superficie lisa con una resistencia que permite que se caliente a una temperatura de hasta 120 grados más o menos, para así poder adherir las piezas que imprimamos.

xxxviii

Antes de fijar la cama caliente a la base de la impresora, deberemos colocarle un termistor (sensor de temperatura), idéntico al que colocamos en el hotend

Deberemos colocarle la cinta Kapton igual que en aquella ocasión, y soldarlo a unos cables con terminación en conector de dos pines. Una vez hecho esto, deberemos introducirlo por el orificio central que tiene la cama caliente:

Hay que tener en cuenta que por el lado superior, habrá un cristal o espejo de 20 x 20 cm donde se imprimirán las piezas, por lo que podemos colocar el cristal y empujar el termistor para saber a qué altura tiene que estar para que toque el cristal y pueda medir de la manera más precisa posible la temperatura de dicho cristal.

Una vez hemos hecho esto, solo nos queda pegarlo por la parte de debajo de la cama caliente con nuestra querida cinta Kapton:

Ahora ya podemos fijar la cama caliente a la base de la impresora, para ello necesitamos 4 tornillos, 4 muelles, 8 arandelas y 4 tuercas, de tal manera que los colocaremos en el orden "tornillo-

xxxix

arandela-cama caliente-arandela-muelle-base-tuerca", así en las 4 esquinas como podemos ver en las siguientes imágenes:

Para que la cama caliente funcione, necesita dos cables que irán conectados a la electrónica. Si bien existen camas que funcionan a 220v, en nuestro caso contamos con una de 12v. Para conectarla tenemos que soldar dos cables, un negativo y otro positivo a la cama.

Es recomendable, prácticamente obligatorio, utilizar cables de 12v que soporten cierta intensidad, entre 20 y 40 Amperios, porque de lo contrario podremos derretir los cables y crear un cortocircuito.

La zona donde deberemos soldar los cables es esta:

Echando un poco de flux primero y luego estaño con el soldador, estañamos ambos contactos y después pasamos y soldamos los cables:

Ahora la cama caliente ya está lista y podemos colocarle encima el espejo o cristal de 20x20, fijándolo con 2 o 4 pinzas de papelería:

xl

Ahora que tenemos lista la cama caliente, tenemos que pasar a otra parte importante de la impresora, los ENDSTOPS o finales de carrera. Se trata de unos interruptores mecánicos u ópticos que básicamente envían una señal cuando algo los toca, se utilizan para indicar a la electrónica cuando el extrusor o la cama caliente han llegado al final de su recorrido, para evitar que los motores sigan girando una vez alcanzado el límite físico de la impresora y se estropeen.

Para colocarlos hay varios métodos, podemos simplemente usar bridas y sujetarlo a alguna varilla o parte de la estructura, y también hay unas piezas impresas que suelen enviar con los kits de piezas para facilitar la tarea.

Necesitamos un mínimo de 3 endstops, uno para cada eje.

Nosotros disponemos de endstops del tipo mecánico con tres conectores, de los cuales tan solo necesitaremos dos (el central no se utiliza). Tendremos que conectar los dos bornes de los extremos a un cable negativo y otro positivo, lo ideal es que el cable en el otro extremo tenga un conector de dos pines.

xli

El procedimiento para soldarlos es similar al de los termistores: tenemos que soldarle un cable a cada borne. Si disponemos de fundas termoretráctiles podemos colocarlas para dejar un acabado más resistente.

Uno de los endstop deberá ir colocado en el eje X, en el extremo izquierdo de la estructura. Junto con las piezas impresas, debería venir una pequeña pieza para sujetarlos (se pueden pegar con pegamento a esas piezas) a una de las varillas lisas:

El otro endstop deberá colocarse en una de las varillas lisas que forman en eje Z vertical, de tal manera que avise a la electrónica cuando el extrusor toque el cristal. Lo ideal es dejar sin fijar completamente este endstop a la barra, porque tendremos que moverlo cuando calibremos al final la impresora:

Finalmente, el último endstop es el que corresponde al eje Y, que deberá colocarse en uno de los extremos traseros del recorrido de la cama:

xlii

Ya solo nos queda conectar todo a la electrónica de la impresora 3D y programarla para que reconozca nuestras órdenes.

Montaje de la electrónica Ya tenemos montada la estructura y componentes mecánicos, incluso algunos electrónicos como los endstops y termistores de la impresora. Todos estos componentes junto con los motores requieren de algo que los controle y nos permita interactuar con la impresora.

A grandes rasgos necesitamos unos chips controladores (drivers) para los motores, encargados de enviarles las señales necesarias para que giren en uno u otro sentido, así como el número de pasos que tienen que dar hacia un lado u otro. Esos controladores se conectarán a una placa encargada de distribuir la energía a los diversos componentes de la impresora, y esa misma placa deberá conectarse a una placa microcontroladora para gestionarlo todo.

Si bien existen varios sistemas, placas y controladores, nosotros utilizaremos

drivers A4988

(POLOLUS),

junto

con

una

placa

controladora RAMPS en su versión 1.4, todo ello montado sobre una placa ARDUINO MEGA 2560.

Aquí podemos ver las placas RAMPS 1.4 (roja) y ARDUINO (azul) y más abajo uno de los 4 drivers (POLOLUS) que necesitaremos

xliii

Lo primero que tenemos que hacer es conectar la RAMPS 1.4 al ARDUINO, es muy sencillo porque por defecto cuenta con unos pines que encajan perfectamente en los conectores del Arduino, en caso de no tener esos pines tendremos que soldarlos nosotros, pero lo más común es comprar las RAMPs 1.4 ya montadas con los pines.

Deberemos colocarla encima y conectar con cuidado, empujando suavemente hasta tener todos los pines encajados en los conectores de la placa Arduino

Una vez montado, deberemos unir 5 grupos de pines que se encuentran entre las filas centrales de los conectores hembra de la RAMPS. Para eso utilizaremos los típicos Jumpers como los que solían (y suelen) llevar las placas base de PC.

Debería quedar así, con los 5 grupos (3 pares de pines por grupo) unidos

xliv

Ahora, deberemos colocar grupos de 8 pines en los conectores hembra que borden a los grupos de pines que hemos juntado con jumpers. Tan solo necesitaremos ponerlos en todas las filas de la zona superior y dos de la inferior como se muestra en las imágenes:

Esos pines que hemos colocado son para conectar en ellos los drivers de los motores o POLOLUS. Deberemos colocarlos en esa disposición y con el tornillo hacia la parte izquierda según la orientación de la siguiente foto:

Ahora viene una de las partes más delicadas del montaje de la impresora 3D, tendremos que soldar esos pines a cada conector del POLOLU, si tenéis práctica soldando no será mucho problema, de lo contrario, intentad poner la punta del soldador en cada pin y acercar un poco de estaño, de tal manera que el estaño resbalará por el pin calentado y se quedará fijo, puede que los primeros no queden con un “look” profesional, pero tenéis 128 pines para practicar, por lo que en los últimos posiblemente tendréis pequeñas obras de arte en forma de soldaduras perfectas.

Hay que fijarse bien que la soldadura une el pin con el contacto de cada agujerito del POLOLU:

xlv

Una vez tengamos todos los drivers soldados, tendremos que colocarle un disipador encima de cada chip. Estos drivers se encargan de recibir y entregar energía a los motores en pequeños intervalos de tiempo que pueden ser muy continuados, por lo que en impresiones largas tenderán a calentarse, por ello los disipadores (e incluso un ventilador) son imprescindibles.

Nosotros hemos utilizado disipadores de aluminio que ya venían con una almohadilla térmica adhesiva, en caso de no tener estas almohadillas, podremos utilizar adhesivo térmico.

Ahora tendremos la placa con todas las conexiones libres, si nos fijamos, encima de cada Driver tenemos marcadas las letras E0, X, Y, Z, siendo E0 el controlador correspondiente al motor del extrusor y los otros tres relativos al motor o motores de cada eje.

xlvi

Ahora tendremos que preparar los motores de los ejes X, Y y el extrusor (los del eje Z van a parte).Los motores cuentan con 4 cables de color rojo, azul, verde y amarillo o rojo azul verde y negro.

Deberemos conectarles un cable con conector de 4 pines con el orden ROJO-VERDE-AZUL-AMARILLO

que

se

corresponde

con

los

conectores 2B-2A-1A-1B. Esto es en nuestro caso (aunque hemos utilizado alargadores con otro color, por lo que en las fotos veréis otro esquema), pero resulta que cada fabricante de motores utiliza un código de color distinto, por lo que el orden puede que no sea ese, y también puede aparecer el color negro en vez del amarillo.

Para saber cuál es cada uno, hay que tener en cuenta que los motores cuentan con dos bobinas y dos cables cada uno y deberemos conectarlos en orden, es decir, primero los dos cables de una bobina y segundo los dos cables correspondientes a la segunda bobina.

Para saber qué cables son de la misma bobina, tan solo necesitaremos conectar el polímetro en modo medir resistencias y comprobar entre qué dos cables la resistencia es menor de manera notable, entonces colocar los cables de manera contigua según la bobina, por ejemplo en este caso, rojo negro para la primera bobina y azul y verde para la segunda.

Los motores del eje Z son dos y deberán funcionar a la vez, aquí tenemos dos opciones: o bien colocamos un cable con conector de 4 pines a cada motor, o unimos los cables de cada color de cada motor con el cable del mismo color del otro motor, de tal manera que ambos

xlvii

motores vayan a la misma conexión. Vale de cualquiera de las dos formas porque la placa RAMPS cuenta con dos conectores de 4 pines para el eje Z, por lo que podremos conectar los dos por separado.

El esquema de conexión a la RAMPS sería este:

Ahora que ya tenemos montados y conectados los motores, deberemos conectar a la placa los cables de los ENDSTOPS que colocamos antes. La sección donde deben ir conectadas está marcada con la palabra ENDSTOPS en la RAMPS 1.4, en la zona que queda arriba a la derecha y la colocación para cada eje se corresponde a la posición que mostramos en la siguiente imagen:

Nos faltan por colocar los termistores (sensores de temperatura) del hot-end y de la cama caliente. En la RAMPS aparecen marcados con la leyenda T0 y T1 y corresponden al hotend y a la cama caliente respectivamente. En la imagen siguiente podéis ver la localización de manera más sencilla:

Llega el turno de la cama caliente y el hotend. La cama caliente puede ser de varios tipos, si disponemos de una de 220v deberá ir

xlviii

conectada al enchufe directamente y tendremos que colocar un Relé, sin embargo estas camas no son todavía muy comunes y la mayoría de impresoras utiliza una cama típica de 12v. Nosotros vamos a montar una de este tipo, por lo que tendremos que conectarla directamente a la placa RAMPS. (puede montarse con un relé, pero eso lo dejaremos para más adelante como una posible mejora).

Si habéis seguido la guía paso a paso, a la cama caliente le hemos conectado previamente dos cables, esos dos cables deberemos pelarlos en los extremos libres y conectarlos a los conectores D08 de la RAMS, esos conectores están en el lado izquierdo.

Además, justo un poco por encima, están los conectores D10 donde deberemos conectar los dos cables de la resistencia del hotend.

El orden positivo/negativo no influye en ninguno de los dos casos.

Para alimentar a la RAMPS y a toda la impresora en general, necesitaremos una fuente de alimentación. Aquí tenemos dos opciones, o bien utilizar una fuente de 12 V de tipo industrial, en este caso recomendamos una fuente de unos 30 Amperios. Estas fuentes están preparadas para entregar voltajes constantes a su máxima capacidad durante largos periodos de tiempo, por lo que son la opción ideal para nuestra impresora.

xlix

Estas fuentes cuentan con 4 conectores positivos en la zona izquierda y 4 negativos siguiendo hacia la derecha, en la parte final tenemos 3 conectores para conectar al enchufe.

También es posible utilizar una fuente de alimentación ATX de PC, en ese caso recomendamos una fuente de calidad que sea capaz de entregar un amperaje por encima de los 30 A en el/los carril/es de 12 voltios. Si utilizamos fuentes de menor capacidad o calidad dudosa, podremos sufrir cortes de energía o incluso el sobrecalentamiento de los cables y ver como se derriten (no exageramos).

Para utilizar una fuente ATX, tendremos que cortarle los conectores, puentear el cable verde con uno negro para que encienda al conectarla, y utilizar los cables amarillos (12v) y negros (negativos) para conectar a la RAMPS.

Finalmente, solo nos queda por conectar la alimentación de la RAMPS para que pueda gestionarla entre los diversos componentes.

Cuenta con 2 pares de entradas, una que tomará un máximo de 5 amperios y otra que tomará 11 amperios. Tendremos que conectar los cables en este orden (empezando por abajo): negativo-positivonegativo-positivo.

l

En el caso de que nos hayamos decantado por una fuente ATX, es recomendable conectar 3 o 4 cables de cada polo a cada conector para distribuir la energía, sobre todo si la fuente es de dudosa calidad, de lo contrario podemos ver como los cabes se funden sin mucha dificultad.

Una vez tenemos conectada la alimentación, ye tenemos la parte “física” terminada y solo nos faltará cargar el firmware, calibrar la impresora3D y comenzar a imprimir.

Configuración del firmware Para que la impresora funcione y responda a nuestras órdenes necesita un firmware específico con unos valores adaptados a las características concretas de nuestra impresora, como pueden ser el tipo de varillas, motores, distancia entre ejes, sensores utilizados y su colocación, etc..

El firmware que utilizaremos para el Arduino se llama MARLIN, nosotros os dejaremos la versión que tenemos cargada en nuestra impresora, pero os iremos explicando qué hay que configurar para adaptarlo y dejarla calibrada. Para poder cargárselo a nuestra impresora deberemos instalar el IDE de Arduino.

Podéis descargar todo desde aquí: Descargar Arduino IDE. Descargar Marlin(versión propia).

Una vez hayamos instalado el IDE de Arduino, lo abrimos y abrimos desde el archivo Marlin.ino que se encuentra dentro de la

li

carpeta Marlin que hemos descargado, la hacer esto nos abrirá varias pestañas, y deberemos ir a la pestaña “Configuration.h”

Ahora buscamos las líneas encargadas de definir el tipo de sensor de temperatura: #define TEMP_SENSOR_0 5 #define TEMP_SENSOR_1 0 #define TEMP_SENSOR_2 0 #define TEMP_SENSOR_BED 1 Nosotros tenemos dos sensores, por lo que nos interesará el valor TEMP_SENSOR_0 para el extrusor y el TEMP_SENSOR_BED para la cama, los valores 5 y 1 se refieren a dos tipos de termistores 100K, en principio funciona perfectamente con esos dos valores, aunque nosotros utilizamos el mismo tipo de sensor, por lo que podríamos poner los dos valores 1, realmente no varía la detección de la temperatura.

lii

Dentro de este archivo se encuentran valores que definen la temperatura máxima de la cama o del extrusor por ejemplo, pero esos valores ya están configurados por defecto y salvo excepciones no deberemos cambiarlos.

Los valores para activar los endstop deberán estar marcados para que la placa reconozca cuando se activan, por lo que deberán estar sin comentarios (//)

Igualmente, los endstop no deberán estar invertidos para que solamente pare los motores cuando se pulsen, de lo contrario, tan solo se moverán mientras están pulsados. Dejamos esta parte como está en la imagen:

Más abajo podremos configurar el sentido de giro por defecto de los motores, según la orientación de la impresora y del cabezal de impresión, el eje Z y el eje X se mueven de manera normal, es decir, cuando se mueve el motor hacia un sentido, el extrusor se moverá en ese mismo sentido.

Sin embargo, el eje Y se encarga de mover la base de la cama caliente, lo que significa que cuando la base se mueve hacia un lado, el extrusor realmente se queda fijo y el movimientos relativo sería hacia el lado opuesto. Por eso, deberemos invertir el movimiento del eje Y.

liii

Para ello, solo tenemos que poner en modo “false” (falso), la línea #define INVERT_y_DIR false” quedando así:

Si bajamos más, encontraremos la zona donde definimos a la placa controladora qué medidas tienen los ejes.

En nuestro caso tenemos un área de impresión de 170 mm x 170 mm en la base y de 180mm en el eje Z. Realmente se puede ajustar algo más dependiendo de la forma del carro y las diversas piezas que puedan interferir, pero las medidas con las que no tendremos problemas son esas. Naturalmente, si utilizamos varillas más largas y una base mayor, podremos tener una superficie de impresión más grande.

Para definir el tamaño, deberemos ir a la zona de código donde aparezca esto: #define X_MAX_POS 170 #define X_MIN_POS 0 #define Y_MAX_POS 170 #define Y_MIN_POS 0

liv

#define Z_MAX_POS 180 #define Z_MIN_POS 0 #define X_MAX_LENGTH (X_MAX_POS - X_MIN_POS) #define Y_MAX_LENGTH (Y_MAX_POS - Y_MIN_POS) #define Z_MAX_LENGTH (Z_MAX_POS - Z_MIN_POS) Así definimos la posición mínima (0) y la posición máxima (170 o 180) de los diversos ejes, para que luego se resten ambas posiciones y nos dé la longitud máxima de cada eje).

Llegamos ahora a una de las partes más importantes de la programación de nuestra impresora 3D Prusa i3, la zona donde tendremos que definir el número de pasos por unidad y aceleración. Es decir, tendremos que indicar cuantos pasos tiene que dar cada motor para que la impresora se mueva una cierta distancia.

También podremos definir la aceleración de cada motor, nosotros tenemos unos valores más bajos de los que se suelen colocar por defecto, para reducir las inercias y evitar problemas. #define {80,80,4000.0,810.0} //

DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT

lv

Esta primera línea indica los pasos por unidad del eje X, Y , Z y extrusor, en ese orden. Por lo que tenemos un valor de 80 para el eje X y el Y, 4000 para el Z y 810 para el extrusor. Estos valores dependen del número de pasos que da cada motor por revolución, los micropasos de la controladora, e incluso los dientes de los engranajes del extrusor o de las correas dentadas.

Los valores que os ponemos aquí son los valores que funcionan en nuestra impresora, y en general en cualquier prusa i3 que utilice los componentes que hemos utilizado. Sin embargo podemos necesitar calibrarlo para ajustarlo al máximo a cada impresora, por ejemplo, si imprimimos un cubo de 20 x 20 x 20 mm y vemos que en alguno de los ejes la figura resultante tiene una medida distinta, deberemos modificar estos valores, aumentándolos o disminuyéndolos para que la figura resultante tenga las medidas indicadas.

De la misma manera para el extrusor, si vemos que cuando mandamos extrusionar 10 mm de filamento, extruye una cantidad distinta, tendremos que ajustar el último valor.

Toda la parte de calibración la veremos más en profundidad al final de la guía. #define

DEFAULT_MAX_ACCELERATION

{5000,5000,10,5000} Aquí tenemos las aceleraciones máximas de los motores de los ejes X, Y, Z y del extrusor

lvi

#define DEFAULT_ACCELERATION

1000

#define DEFAULT_RETRACT_ACCELERATION 2000 Estas dos líneas se refieren a la aceleración por defecto a la que imprime la impresora, y a la que retrae (el movimiento de levantar el filamento para evitar que deposite material durante la impresión de ciertas zonas)

Ahora tenemos todo el firmware Marlin adaptado a nuestra impresora, en principio el archivo que os hemos ofrecido para descargar ya trae todos estos valores pre-cargados, pero es más que recomendable conocer qué hacen esas opciones en concreto para poder solucionar posibles problemas.

Tan solo nos queda cargar el firmware al Arduino, para ello enchufamos la impresora a la corriente, y conectamos al ordenador el cable USB que va a la placa arduino.

Ahora en el IDE de Arduino, tan solo tenemos que darle a Archivo>Cargar, tras lo que compilará el código y lo cargará en la placa, tardando unos pocos minutos.

Calibración, primera impresión 3D y recursos

lvii

Antes de empezar a imprimir, deberemos realizar un pequeño paso que nos ahorrará unos cuantos problemas y quebraderos de cabeza futuros. No es otra cosa que la calibración de los drivers de los motores o POLOLUS. Esto permitirá ajustar su potencia para que sean capaces de mover los motores sin que estos pierdan pasos o dejen de moverse. Deberemos configurarlos de tal manera que ofrezcan la potencia necesaria para el correcto funcionamiento de los motores, si nos pasamos dejarán de moverse, y si nos quedamos cortos podremos perder pasos o que directamente tampoco se mueva.

Si os habéis fijado cuando colocábamos esos controladores, llevan un pequeño tornillo en la parte superior, esto sirve para regular la corriente/voltaje al que funcionarán.

Para calibrarlos tan solo necesitamos un voltímetro y tener la impresora conectada a la corriente. Tendremos que colocar el borne positivo del voltímetro directamente a la cabeza reguladora y el borne negativo al pin más alejado que marca GND.

Si giramos, con un pequeño destornillador, la rueda de regulación en el sentido de las agujas del reloj, aumentaremos la energía que entregará el driver; si lo giramos en el sentido opuesto la reduciremos.

lviii

Hay que hacer lo giros muy cortos, de menos de 45 grados, e ir comprobando hasta que el voltaje marque un rango entre los 400 mv y los 500 mv para los controladores del eje X, eje Y y del extrusor.

En el caso del driver del eje Z, necesitaremos el doble de energía, ya que es el encargado de mover dos motores. Por lo que deberemos configurarlo entre 800-900 mv.

Hay que tener en cuenta que, cuanto mayor sea la potencia definida a Pololu, mayor será el calor que emita, por lo que es bastante recomendable añadir un ventilador a la electrónica para evitar problemas, sobre todo durante largas sesiones de impresión.

Ahora que tenemos calibrados los motores, vamos a ver si esto se mueve…

Hay varios programas para controlar la impresora y generar el código (G-Code) necesario para que imprima las figuras. Dos de los más famosos son el Repetier y el CURA. Por su sencillez y facilidad de uso os mostraremos cómo imprimir y controlar vuestra impresora con éste último. Se trata de un software desarrollado por los chicos de Ultimaker para su impresora, pero que es compatible con la mayoría de modelos del mercado.

Necesitaremos la última versión del CURA, en el momento de realizar esta guía es la 14.07. Descargar CURA. Una vez lo bajamos y lo instalamos, nos saldrá un asistente para configurar nuestra impresora:

lix

Deberemos seleccionar la opción de “other” cuando nos pregunte cual es nuestra impresora, así la podremos configurar según las características de la prusa i3 que hemos montado.

A pesar de que sale en la lista la Prusa Mendel i3, el modelo “Mendel” es una versión distinta por lo que pulsaremos la opción “Custom”.

Ahora bautizaremos a nuestra pequeña con el nombre que más nos guste, y le marcaremos el largo, ancho y altura (170, 170 y 180 mm) correspondientes a los ejes X, Y y Z. También tendremos que indicar el tamaño del cabezal del hotend. En nuestro caso tenemos una punta de 0.4, aunque hay varios tipos, por lo que marcaremos la que tengamos montada en ese momento.

También tendremos que indicar que disponemos de cama caliente (Heated Bed). La última opción es para indicar el centro de la cama caliente en otro tipo de impresoras, en nuestro caso la mantenemos desmarcada.

lx

Y aquí tenemos la interfaz principal del programa, en la parte izquierda veremos varias pestañas para configurar la impresión, y en la derecha veremos los modelos que vamos a imprimir (en formato .STL).

En esta parte derecha podremos modificar la escala, tamaño y posición del o de los objetos que imprimamos.

En el menú “Basic” de la parte izquierda podremos definir los valores de la impresión, el primero “Layer height” es la altura de capa, esto nos definirá la calidad final de la pieza en cuanto a resolución, cuanto más fina sea, mejor calidad (y más capas y por lo tanto más tiempo de impresión), el valor máximo que suele ser recomendable poner, es el equivalente a un 80% del ancho de nuestro cabezal; por lo que para un cabezal de 0.4 mm tendremos una altura de capa máxima de unos 0.3 mm La segunda opción indica el grosor (horizontal) de los muros de las figuras, contando que tenemos un cabezal de 0.4mm, el mínimo grosor será 0.4, y de ahí en adelante.

La opción Bottom/Top Thickness indica el grosor (vertical) de la base y la tapa de cada figura, debe ser un valor proporcional a la altura de capa que hayamos indicado.

“Fill Density” nos permite definir el % de relleno de una pieza en sus zonas macizas, dependiendo de la resistencia que busquemos pondremos más o menos relleno. Un 20-40% suele ser suficiente.

lxi

En la zona de Speed and Temperature podremos definir la velocidad de impresión, cuanto mayor sea, menos tiempo tardarán las figuras en imprimirse, pero necesitaremos más temperatura y la calidad será peor.

En una Prusa i3 bien calibrada podremos imprimir por encima de 60 mm/s sin muchos problemas si no buscamos detalles muy pequeños, para empezar os recomendamos una velocidad de 20 o 25 mm/s.

La sección “printing temperature” indica la temperatura de la punta del hotend, aquí dependemos del tipo de material, entre los dos más populares, el ABS suele rondar los 230-240 grados (aunque puede bajar o subir más dependiendo de cada color y proveedor), mientras que el PLA suele rondar entre los 180-200 grados, de nuevo variable dependiendo de cada filamento.

“Bed Temperature” se refiere a la temperatura de la cama caliente.

Para PLA podemos imprimir con la cama fría, aunque unos 50-60 grados es recomendable para que no se nos despeguen las piezas grandes. Para el ABS tendremos que aumentar la temperatura hasta los 80-100 grados. Para ayudar a que las piezas se peguen, se puede utilizar una pequeña capa de la laca para el pelo “Nelly”.

Debajo de todo veremos la zona de Filament, aquí deberemos indicar el diámetro del filamento (o 1.75 mm o 3 mm), y la opción FLOW indica la cantidad de plástico que se extruye.

lxii

En la pestaña Advanced podemos encontrar la zona donde definir el grosor del orificio del cabezal (Nozzle size), así como definir el grosor de la capa principal, el % de relleno de la primera capa, o definir las velocidades para cuando la impresora no imprime, la primera capa o relleno por ejemplo..

Lo que veis en la foto es una pequeña medalla que hemos diseñado para pruebas con el logo de Hispazone, podéis descargarla de Thingiverse, uno de los repositorios de figuras para imprimir más grande del mundo: Descargar medalla HZ Antes de crear nuestra primera figura, deberemos ir al FILE>PREFERENCES y en “printing Windows type, seleccionar Pronterface UI. Tras hacer esto y abrir el archivo .STL de la “Medalla HZ”, deberemos pulsar el botón central de la interfaz principal del programa:

Tras lo que se nos abrirá esta ventana:

Tras conectarse a la impresora y antes de darle a PRINT, podremos probar que toda la impresora funciona correctamente. Si pulsamos el dibujo de abajo a la izquierda con forma de casa, la impresora deberá hacer un “Homming”, es decir, ir a la posición de inicio (0,0,0). También podremos hacer homming de cada eje por separado.

lxiii

Deberemos nivelar la cama caliente de tal manera que entre la punta del extrusor y el cristal de la cama quede el espacio para que un folio pueda deslizar entre ellos, notando ligeramente el roce.

Deberemos hacer esto en cada una de las 4 esquinas para que quede lo mejor nivelado posible.

Para ajustar la altura, podemos mover ligeramente el endstop del eje Z la primera vez, y posteriormente ajustar moviendo la cama con los tornillos con muelle que tiene cada esquina.

Para mover el extrusor desde el CURA, tan solo tenemos que pulsar en la rueda que vemos en la ventana, cuando más nos alejemos del centro, más distancia se moverá (0.1, 1, 10 o 100 mm) El Eje Z se controla con la barra de la derecha, y el extrusor con la barra con las flechas rojas con “E” Abajo podremos definir la temperatura del extrusor y de la cama caliente, si lo hacemos, deberemos ver cómo las gráficas de temperatura van variando mientras se calienta el extrusor y la cama.

Una vez que comprobemos que todo se mueve correctamente (en caso de no hacerlo deberemos revisar las conexiones de los motores, endstops, el firmware… etc), podremos pulsar en PRINT y la impresora comenzará a imprimir nuestra primera figura/medalla de Hispazone.

lxiv

Una vez termine, para despegarla de la cama, dejaremos que enfríe y debería ser bastante fácil. De no ser así, podemos utilizar una rasqueta de vitrocerámica para ayudarnos.

Aquí podéis ver un pequeño vídeo de nuestra impresora 3D imprimiendo la medalla:

Conclusión y consideraciones finales.

Como habéis podido ver, el proceso de montaje es bastante laborioso, pero siguiendo la guía paso a paso para montar nuestra propia impresora 3D casera podemos conseguir montarnos una prusa i3 completamente funcional y por un precio muy inferior a lo que nos costaría una impresora ya premontada con las mismas características.

Además, el hecho de ensamblarla paso a paso y haciéndolo uno mismo, os permitirá solucionar cualquier problema futuro y conocer cómo funcionan estos aparatos con gran proyección de futuro.

lxv

Las posibilidades son infinitas, podremos diseñar nuestras propias piezas, prototipos, componentes de cualquier tipo para arreglar objetos domésticos o de dispositivos concretos. Además, existen numerosos repositorios de figuras para imprimir que abren un inmenso mundo de objetos ya probados y diseñados.

También podremos imprimir mejoras y nuevas piezas para la impresora, cajas para la electrónica, cadenas para gestionar los cables, etc.

Por ejemplo, un añadido bastante práctico es el controlador LCD, se trata de una pequeña pantalla con un mando giratorio con el que podremos controlar la impresora y mandarle imprimir figuras desde una tarjeta SD o microSD, de tal manera que no requerirá al ordenador para funcionar y será completamente autónoma. Su precio no suele superar los 20-30 Euros.

También podemos imprimir una caja para sujetar y organizar toda la electrónica y los cables, o crear las piezas que forman la impresora para poder disponer de recambios por si algo se rompe.

lxvi

Tanto si os queda alguna duda o consulta sobre el montaje o funcionamiento, como si buscáis algún consejo o ayuda con algún problema que os vaya surgiendo, hemos habilitado un hilo del foro específicamente pensado para hablar de la impresión en 3D y de la impresora protagonista de esta guía, la Prusa i3: Consultas y recursos de la impresora 3D Prusa i3.

También iremos poniendo diseños propios y objetos curiosos que se pueden encontrar para poner a trabajar a nuestra nueva impresora.”1

lxvii

CONCLUSIONES El estallido de estas impresoras radica primeramente en una razón económica, pues una familia de clase media puede ahorrar gran cantidad de dinero fabricando sus propios objetos en vez de comprarlos.

MAURICIO ANTONIO RAMIREZ MACIAS 1. Este tipo de impresión puede anunciar un nuevo modelo que ofrece a los consumidores muchas más opciones, ya que todo puede ser personalizado.

2. Los ámbitos de aplicación son innumerables, aunque probablemente no sean realmente prácticos para la mayoría de los usuarios domésticos quienes, más allá de satisfacer su curiosidad personal, quizá no sacarían el provecho todo el potencial de este producto.

3. Los diseñadores, artistas 3D, arquitectos, médicos, modeladores, maquinistas, criminalistas y otras tantas profesiones encontrarán en éste un producto que exige un mínimo mantenimiento y que les permitirá obtener resultados excelentes a un precio muy interesante.

JOSE FRANCISCO RODRIGUEZ GONZALES 1. Con el crecimiento exponencial de los diseños gratuitos y la expansión de la impresión 3D se está generando una enorme riqueza potencial individual.

2. De lo visto anteriormente podemos decir que el uso de las impresoras 3D ha ido dándose poco a poco, pero de manera importante en algunos

lxviii

sectores de la sociedad, y aunque su uso no es muy usual, su desarrollo es de suma importancia 3. Mediante el paso del tiempo, se ha ido dando un beneficio notorio en su uso, desde un simple diseño hasta un desarrollo médico, como la impresión de algún órgano del cuerpo. Por lo tanto podemos definir que el desarrollo de las impresoras en 3D es necesario.

Si estamos de acuerdo en la hipótesis debido que una impresora 3D entendimos que se utilizan diferentes tipos de archivo, los cuales pueden ser aportaciones realizadas por otros sujetos e investigamos sobre diferentes tipos de impresoras.

PÁGINAS WEB https://www.autodesk.mx/solutions/3d-printing

lxix

https://www.tecnologia-informatica.com/impresoras-3d-que-son-comofuncionan-impresion-3d/ https://www.areatecnologia.com/informatica/impresoras-3d.html https://www.ecured.cu/Impresoras_3D https://www.silicon.es/impresion-tridimensional-llega-el-futuro-de-los-sistemasde-produccion-49043 http://itu.uncuyo.edu.ar/caracteristicas-de-las-impresoras-3d https://definicion.de/impresora-3d/ https://www.sculpteo.com/es/impresion-3d/introduccion-la-impresion-3d/ https://www.geeknetic.es/Guia/987/Como-montar-una-impresora-3Dcasera.html

1

https://www.geeknetic.es/Guia/987/Como-montar-una-impresora-3D-casera.html