Ok, digamos que tienes que diseñar algo que pueda “imprimir” en capas de plástico. Este tipo de impresora se llama impresora de modelado por deposición fundida . Existen otros tipos de impresoras, pero hablaré de esta. (Voy a incluir imágenes de una gama de impresoras diferentes, estas son solo para fines ilustrativos. No tengo ninguna de las imágenes).
Bueno, primero necesitarás una forma de derretir el plástico para que se pueda moldear. Necesita un elemento de calentamiento , ya sea una bobina de alambre o una resistencia de potencia, para pasar la corriente eléctrica, que calentará el plástico. También deberá controlar cuidadosamente esta temperatura para evitar quemar el plástico o no calentarlo lo suficiente, por lo que el elemento calefactor necesita un sensor de temperatura incorporado . Todo esto probablemente debería construirse alrededor de una cámara de calentamiento por la que pasa el plástico, probablemente hecha de algún material conductor de calor como el cobre. El cobre es un poco caro, por lo que el latón o el aluminio son un buen sustituto.
Ahora, una vez que el plástico se calienta y se funde, debe formar el plástico líquido en la forma que desee. Dado que está diseñando una impresora 3D en lugar de una máquina de moldeo por inyección, desea exprimir el plástico en una hebra delgada que se pueda usar para superponer las cosas. Esto es tan simple como un pequeño agujero muy preciso al final de una pieza de metal, llamado boquilla del extrusor . Es posible que desee variar el tamaño de este agujero más adelante, por lo que sería útil una boquilla extraíble que se podría atornillar.
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Si toma su elemento calefactor, sensor de temperatura, cámara de calentamiento y boquilla, y los junta como un conjunto, obtendrá lo que se conoce coloquialmente como Hot-end . Es posible que desee incluir mejoras como agregar un disipador térmico para evitar que el plástico antes de que la cámara de calor se ablande y atasque la entrada; o use material de baja fricción como tubos de PTFE para ayudar al plástico a moverse hacia la cámara de calor.
Este es el fin comercial de la impresora 3D. Ahora que ha establecido qué es lo que va a imprimir el plástico, es obvio que su plástico debe preformarse en forma de varilla delgada que se pueda empujar fácilmente a través del extremo caliente. Necesitas tu frasco de plástico . Dado que necesita mucho, probablemente sea útil enrollarlo todo en un carrete para mantener las cosas libres de enredos. El plástico utilizado debe tener las características adecuadas, lo que le da algunas opciones, pero no voy a entrar en eso aquí.
Ahora necesita algún sistema para empujar este relleno hacia el extremo dinámico. Un sistema que empujaría el relleno entre dos rodillos giratorios le daría la capacidad de tener un movimiento continuo. Necesitará que el rodillo impulsor tenga algún método para agarrar bien el relleno porque el plástico es resbaladizo. Probablemente debería tener dientes, como un engranaje. Este será su engranaje de transmisión del extrusor .
Para girar este engranaje, necesitará un motor que pueda controlar cuidadosamente la velocidad y posición exactas. Un motor paso a paso funciona muy bien aquí, así que este es su motor de extrusión . Estos motores son baratos, fáciles de controlar y no particularmente eficientes (pero eso no le importa).
Cuando haya ensamblado el motor de su extrusora, y maneje el engranaje, tendrá el ensamblaje del motor de la impresora 3D, o simplemente ” extrusora “. Es posible que se haya dado cuenta de que necesita alguna forma de unir los dos rodillos (el engranaje impulsor y el rodillo pasivo) para ayudar a agarrar el relleno y evitar que se deslice, necesitaría algunos resortes para hacerlo, esto se llamaría el tensor .
Si conecta el conjunto del motor de la extrusora a su extremo caliente, tiene lo que podría llamar el conjunto del cabezal de impresión . Es posible que le interese usar más de uno de estos para poder imprimir en varios materiales diferentes (tal vez dos colores, o un plástico y un material de soporte soluble).
Ahora que tiene el cabezal de impresión que extruirá el relleno exactamente a la velocidad que desea, debe construir algo que pueda arrastrar ese cabezal en el espacio 3D para construir el modelo que desee. Puede mover el cabezal de impresión o mover el modelo (o ambos), es un caso de averiguar cuál es la configuración más conveniente para usar. De cualquier manera que lo haga, un conjunto de rieles y cojinetes lineales formarán la base de las partes móviles, lo que le permitirá mover cosas en un eje sin riesgo de rotación o movimiento en otro eje.
Para mover cosas a lo largo de los cojinetes lineales, deberá sujetar la plataforma a una correa de transmisión , que es impulsada por un motor. Una vez más, un motor paso a paso es excelente aquí, ya que necesita un buen control y no le preocupa la eficiencia. La plataforma deslizante se fija a una parte de la correa de transmisión, lo que permite que el motor impulse la plataforma a lo largo de los rieles utilizando la correa.
El sistema de riel y correa es perfecto para los ejes horizontales. Sin embargo, el eje vertical es más difícil porque estás trabajando contra la gravedad. Un sistema de correa no es bueno porque el motor debe estar constantemente alimentado para evitar que las cosas se caigan. Tendrá que usar un sistema similar a un tornillo sin fin con una varilla roscada .
La varilla roscada se conecta a otro motor paso a paso en la parte inferior, que puede girar la varilla roscada, enviando la plataforma hacia arriba y hacia abajo. Este es su ensamblaje del eje z. Probablemente desee un acoplador entre el motor y la varilla para evitar sobrecargar el motor en caso de que la varilla no esté perfectamente vertical. Aún necesitará usar cojinetes lineales en el eje vertical para mantener las cosas rectas.
Con todo esto, no solo puede extruir plástico a una velocidad controlable, sino que también puede mover ese cabezal de impresión en un espacio 3D. Necesitará una bonita superficie de impresión plana para imprimir, esta será la cama de impresión o la plataforma de impresión. Esta superficie debe permitir que el plástico se adhiera a ella para sostener el modelo mientras imprime. Incluso puede resultarle útil calentar la cama de impresión para ayudar a que se peguen ciertos plásticos.
Una cosa que debe tener cuidado al usar motores paso a paso es que, aunque puede controlar con precisión su movimiento, no sabrá la posición exacta de la plataforma de impresión o el cabezal de impresión. Necesita alguna forma de comenzar a imprimir desde una posición conocida y no arriesgarse a sobrepasar el final de los rieles. Necesita algunas paradas finales que sirvan tanto para evitar que las plataformas se salgan de los rieles (o dañar el motor o las correas), como también para permitir que la impresora ponga a cero su posición antes del inicio de cada impresión. Estos pueden ser microinterruptores o fotointerruptores.
Una complejidad adicional es que es poco probable que su plataforma de impresión sea perfectamente recta y nivelada. Esto causará problemas de impresión porque el cabezal de impresión no está donde debe estar. Esto es principalmente un problema en el eje z, donde un cabezal de impresión demasiado alto fuera de la plataforma imprimirá en el aire (sin presionar el plástico en la plataforma de impresión lo suficiente, lo que resulta en fondos deformados), o peor: calibrar una zanja a través de su cama de impresión, dañando tanto la cama como la boquilla de impresión. La alineación de la cama de impresión solía ser una tarea muy manual, que involucraba a un usuario moviendo la plataforma de impresión, ajustando manualmente la altura sobre la cama de impresión o usando una sonda mecánica. En estos días, es posible hacer esto automáticamente usando un sensor de inducción sin contacto denominado sonda de nivel automático
Esta sonda se instala mejor en el cabezal de impresión y se usa para calibrar el eje z antes de cada impresión
Todo lo que necesita ahora es la electrónica, la placa de control , que contiene los controladores del motor y el controlador que interpreta los comandos para mover las diferentes partes de la impresora.
Todos los motores, ventiladores, topes finales, sondas de autonivelación, elementos calefactores y sensores de temperatura están conectados (o controlados por) esta placa. Esta placa toma comandos, conocidos en general como la información de la ruta de la herramienta , ya sea guardada en una tarjeta SD o enviada por una computadora conectada, y los interpreta como señales de control para enviar.
Finalmente, necesitará algún software para convertir sus modelos 3D en la ruta de la herramienta, un proceso que para FDM se conoce como segmentación , y el software se conoce como segmentación , debido a la forma en que el modelo se convierte en sectores individuales. impreso.
Estas son todas las partes básicas de una impresora 3D de deposición fundida de bajo costo. Verá mucha variación en el diseño, pero el conjunto general de partes tiende a ser el mismo. En el futuro verá métodos más avanzados, algunas de estas partes serán reemplazadas o eliminadas por nuevas tecnologías.
