MI NUEVA IMPRESORA (y IV)

 

Saliendo del capítulo de la pre-extrusión veamos que características va a tener la impresora en su cuerpo principal.

Como comentaba al principio de esta serie toda ella es cerrada construida en aluminio las puertas y ventanas están dotadas de metacrilato que nos permitan visualizar siempre todo el proceso. Esto nos dará la posibilidad de mantener la cámara de impresión siempre con temperatura elevada aprovechando el calor residual de la fase de pre impresión, el enfriamiento del filamento y de la electrónica y como no la aportación de la cama caliente en el área de impresión. Lo cual debería repercutir en un mejor acabado de las piezas impresas por su enfriamiento más controlado En los frontales se indicaran las temperatura en ambas aéreas, se accionaran los ventiladores de forma automática y en caso de necesidad nos saltara una alarma para permitir cierta ventilación por las trampillas superiores de una forma manual.

Después de generar el filamento a color este tendrá un recorrido con zonas de ventilación para su enfriamiento hasta el motor de accionamiento del empuje del extrusor y su traslado por un tubo bodem hasta el hot-end. Lógicamente a este punto de empuje debe llegar a una temperatura suficiente para que el filamento no pueda deformarse con el empuje que tiene que recibir. Me he inclinado por este sistema para lograr que ningún motor de la impresora este obligado a desplazamientos y así todos ellos están fijos y en la misma zona de la carcasa posterior y la división interior. Esto simplificara el cableado y su deterioro por fatiga porque solo el cable que conecta la cama metalica va a tener movimiento en el proceso de impresión.

Si bien siempre había desconfiado de la precisión del tubo bodem, sobre todo en su respuesta a la retracción, parece ser por la información de los que lo usan que con una buena calibración del programa se logran resultado al menos similares a los estrusores con empuje directo. Y como no la ligereza que se logra en el movimiento de soporte del hot-end parece que pesa mucho a favor de este tipo de desarrollo.

El tipo de movimiento elegido es el core x-y si bien al principio me parecía mucho mas elegante el sistema h-bot los comentarios que he leído y sobre todo un análisis técnico que ha realizado Joshua vasquez me ha convencido de que a veces es mejor la técnica que la estética.

Casi por último uno de los puntos que siempre me ha parecido crítico es el posicionamiento en el cero del eje z. Calibrado que va a determinar casi siempre la calidad de la impresión, cuando no el éxito o el fracaso de la misma. Un factor tan importante como este debe exigir de una máquina automática se auto calibre , he elegido hacerlo por medio de un sensor de presión instalado en la unión del hot-end con el carro que se realiza por contacto en el centro y dos esquinas para situar el plano de la cama caliente y que realizara indicaciones para su ajuste, empezando la impresión cuando esta esté dentro de las tolerancias programadas.

Por ultimo como es lógico no podríamos limitar la impresión solo al filamento fabricado por nosotros, materiales especiales o de compleja extrusion no pueden quedar excluidos de nuestra elección por lo que dejaríamos prevista un soporte para rollos de filamento y acceso al extrusor.

En este camino de desarrollo teórico he observado que a medida que se iba encadenando los planteamientos de funcionamiento con el diseño de la estructura mecánica la opción de su fabricación va pareciendo viable. Así qué en principio en la próxima semana intentare depurar los fallos que pudieran existir para la fabricación de las piezas metálicas y voy a empezar la fabricación real.

Intentare que lo que es el núcleo de impresión pueda estar operativo en un par de semanas y fió un poco más largó la parte de pre-extrusión donde hay que aprender todavía algo más y tengo claro que el prototipado de las piezas va a conllevar varíos experimentos de prueba y acierto que lógicamente llevarán su tiempo.

Por último no quería dejar de mencionar una de las características de nuestras máquinas que es la clonación de alguna o muchas de sus piezas . Ya habíamos comentado la realización de la tolva de la extrusiòn previa con la posibilidad de varios modelos. A esto le añadiríamos el carro de soporte del hot-end y el arrastre del filamento. Si bien los carros en el sentido Y en el diseño es metálico también se realizará un diseño en material imprimible como alternativa . Y todas las bisagras de la puertas de la máquina por supuesto

 

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MI NUEVA IMPRESORA (III)

Un amigo me comento el otro día que la impresora que estaba diseñando parecía tan buena idea como irrealizable. Eso me pico un poco si bien pude ser que la concepción tuviera una parte de virtualidad y quizás solo se pensara en un posible desarrollo futuro, la idea de que se viera inviable la parte que hasta ahora había propuesto me obliga casi a desarrollar un capitulo a mayores. También teniendo en cuenta que la parte final de la impresora es similar cuando no igual en características a impresoras existentes en el mercado.

Así que volvemos con un poco más de detalle a la primera extrusión de nuestro equipo. He de reconocer que los retos te obligan a informarte y a aprender, y así he descubierto que el extrusor para el granulo es muy mejorable sobre lo que había planteado en los primeros capítulos. Y sobre todo que la extrusión de polímeros de forma industrial nos aporta un montón de experiencia, formulas y técnicas que ya no hay que inventar.

Estos nuevos conocimientos sí que me han hecho variar algunos conceptos de este extrusor, básicamente en lo que es el tornillo de conducción que resulta determinante para el resultado final de calidad de productos y ritmo de fabricación, y que sin llegar como en los modelos industriales s a usar uno para cada tipo de polímero si nos dé un buen resultado genérico, lo cual va a conllevar una pieza muy profesional y por lo tanto quizás encarecerá un poco el proyecto. Otra de las cosas que he descubierto es que la fusión del material debe realizarse en dentro del proceso de arrastre para poder aprovechar las propiedades del fluido que se produce y de su fusión paulatina que es como lo realiza la industria. Y no solo es hacer por hacer tienen formulas muy desarrolladas para este proceso pero que no es este el lugar ni para exponerlas ni para crear un discusión razonable sobre las mismas.

Como ejercicio de desarrollo pensemos en un elemento ya creado la extrusora Lyman, al fin y al cabo es prácticamente nuestra extrusora primaria y por lo tanto ya partimos que la nuestra al menos sea capaz de extruir desde una base de polímero granulado a una formula en hilo adaptado a nuestro extrusor de impresión. Si simplificamos el proceso solo tendríamos que ir añadiendo de forma manual los gránulos para ir cambiando el color de nuestro filamento. Al menos en este punto parece la idea factible, nos quedaría automatizar este proceso y valorar si es económicamente viable.

Ya solo hay que desarrollar un sistema de ecuaciones, por no decir reglas de tres, que en el momento de planificar la impresión de nuestro modelo 3d nos especifique color por color cuantos metros necesitamos para cada color. Y como ya habíamos insinuado el cambio de color se realizaría desde la capa de relleno previa al cambio de color para lograr dentro de lo posible los colores más nítidos, lo cual por otra parte nos permite un margen mayor para las imprecisiones en el extrusionado del filamento. Cuatro o cinco motores que habrán cada trampilla de producto o color. La apertura y cierre serán limitadas con finales de carrera que cortaran el circuito en uno y otro suertudo para simplificar la programación. Todos los datos saldrán del mismo programa y únicamente se usarían dos placas para controlar cada parte de la maquina y por no sobrecargar de intrusiones nuestra placa de impresión.

Esto que podrían ser perfectamente dos procesos separados imprimir con un hilo multicolor a medida y otro la fabricación de ese hilo solo necesita un espacio común donde convivan como un solo proceso. Está claro que incluso sus posibles problemas sobre todo del lado de la impresión, como piezas fallidas, se minimizan con este sistema ya que en el fallo perderíamos el exceso de plástico extruido por el retraso entre extrusión primaria e impresión, pero está claro que si hubiéramos creado todo el filamento de la pieza seria mucho la difícil su aprovechamiento.

El otro inconveniente es el económico, podría ser que un alto coste lo hiciera inviable. Pero es extrusor Lyman creo recordar que el objetivo del concurso que gano exigía que su coste fuera inferior a los 250$. Este equipo seguramente es más caro y casi a ojo apostaría por qué rondara los 400€. Estamos en un mundo de personas con oficio y capaces de crear ellas mismas, la parte más cara que puede ser el tornillo de arrastre y habrá personas que sean capaces de desarrollarlo en su torno. Los motores no deben ser gran cosa simplemente necesitamos accionar un tornillo y no vamos a tener mucha exigencia ni en el par necesario ni en su control. El motor reductor de giro del extrusor es barato y el control de todo este proceso se realizaría por un arduino UNO o similar sin obviar que en un momento dado al igual que se han creado placas especificas pueda unificarse toda la electrónica en una placa única ad hoc.

Pero además hay contrapartida según algunas informaciones que he visto en internet el plástico en granulo tiene una relación de precio con el laminado del orden de uno a entre seis y diez, y esto sí que es el consumo de nuestra impresora constante. Por otro lado imprimir tan solo en dos colores exige como mínimo la inversión en dos extrusores independientes, no vamos a decir en más colores. Creo que en lo económico está el fuerte de este desarrollo.

Y si es factible técnica y económicamente creo que debo seguir al menos en su desarrollo virtual y ya veremos en el real. A lo mejor es un buen proyecto para el MAKERSPACE LEÓN.

 

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MI NUEVA IMPRESORA (II)

Seguimos con la construcción y detalle de mi nueva impresora virtual pero en este y el capitulo siguiente (que probablemente sea el final) me voy a centrar en algunos de los detalles que la hacen un poco especial.

LA IMPRESIÓN A TODO COLOR O CASI CICLO DE PRE-EXTRUSIÓN

En este momento para imprimir en más de un color nos vemos obligados a disponer de n-extrusores, tantos como los colores que deseamos imprimir, lo cual suele acabar en dos colores. Estamos en la televisión en blanco y negro, azul y rojo, etc. , o similar. La solución es crear un hilo multicolor a medida del trabajo a imprimir, esto nos permite, dentro de las lógicas limitaciones de la mezcla de color en la fusión del plástico, realizar trabajos con características de policromía que antes eran inviables.

Técnicamente no es complicado, mejor dicho es posible, cuando laminamos nuestro trabajo ya calculamos los metros de plástico que necesitamos y en caso de usar varios colores alternamos en el momento exacto el uso de uno u otro extrusor. Ahora solo hay que trasladar este cálculo al pre-extrusor contando con el retardo necesario para que se introduzcan los nódulos del color deseado, se extruyan y lleguen al extrusor final en su momento. Un poco mas de calibración y matemáticas básicas.

Luego tenemos estrategias de impresión para la zona impura de inicio de un nuevo color, habrá que estudiar su inclusión en zonas de relleno o depositar una cierta cantidad fuera de la zona de impresión , incluso cierta programación manual para determinar cuándo empezar a imprimir con el color nuevo.

Para el cambio de tipo de material o incluso para selecciones particulares de colores la tolva debe ser un elemento que podamos imprimirnos de forma que nos permita tener varios modelos y combinaciones. Porque quien nos quita en un momento dado trabajas con material imitación madera y plateados para maquetas arquitectónicas, combinar distintos materiales por características o flexibilidad para piezas con funciones especiales, eso sí con una labor de programación, combinación de temperaturas y otros factores que nos obligaran casi al virtuosismo.

Claro también esto producirá siempre un excedente entre pieza y pieza que porque no usarlo para la elaboración de repuestos de nuestra maquina o piezas para el banco de piezas de la comunidad. O bien parar esos sobrantes a los procesos de reciclado que hayamos establecido de forma personal o quizás por economía de escala de forma colectiva entre todo el grupo local.

ALGUNOS DE SUS COMPONENTES

El primer extrusor va a convertir el granulo de material en el filamento que usaremos para la extrusión de la pieza,

En primer lugar estará la tolva de material la cual estará dispuesta en compartimentos que albergaran los distintos colores o materiales según la impresión que vallamos a realizar. Como dijimos antes será de material impreso por nuestra maquina y existirán varios modelo es de uno hasta cinco o seis compartimentos independientes los cuales dejaran caer el material por gravedad ante la apertura de las trampillas inferiores deslizantes que controlaran que color y durante cuánto tiempo llegara al impulsor.

El impulsor es un tornillo de Arquímedes que girara por medio de un motor reductor e impulsara estos nódulos hacia la zona del extrusor propiamente dicho, el cual estará incrustado dentro de un tubo metálico y recibirá la aportación de material desde una abertura superior en el tubo.

El hot-end propiamente dicho se compone de una barrera térmica en principio de tipo cerámico y con un interior cónico que pasa de 30 mm a 15 en la zona de fusión y que mantendría el empuje que se realiza desde el tornillo, a continuación estaría la zona caliente en cobre o bronce y donde se aporta temperatura y que mantiene la forma cónica de 15 a 9 mm y por fin la cabeza extrusora también de bronce con perfil cónico de 9 a 2.92 mm de salida aprovechado la situación más liquida del material.

En el momento de la salida de este material se procede a un enfriamiento rápido y paulatino por medio de ventilación y disipadores de forma que podamos manejar el hilo y llegue en unas condiciones de dureza para el empuje del extrusor de impresión y su correcta conducción por un tubo boden hasta el hot-end de impresión.

Tanto la disipación de calor del extrusor como del enfriamiento del hilo se reconducirá hacia la zona de impresión para climatizar esta zona.

En este apartado necesitaremos un motor reductor para mover el tornillo de impulsión del material, cinco o seis servomotores pequeños para las aperturas de la tolvas, un calentador y su termistor para la extrusión del material y de 2 a 4 ventiladores para los enfriamientos y la conducción térmica.

La placa de control un arduino uno controlado por las señales de la placa principal y un grupo de relés para los accionamientos del motor reductor y los ventiladores completarían esta parte de mi nueva impresora.

Y el resto para el próximo capítulo

 

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MI NUEVA IMPRESORA

¿Cómo empezar de cero a la hora de planificar mi nueva impresora?

 

Está claro que probablemente la sinterirzacion sea la tecnología del futuro para la impresión profesional, capacidad de precisión y de materiales a utilizar, aun así será una tecnología relativamente cara y probablemente de carácter profesional, sobre todo en metales, composites y resinas especiales. Me tienta pero de momento paso.

 

La tecnología de aporte de materia creo que seguirá sin lugar a duda la opción democrática barata, masiva que se impondrá en los hogares y se mantendrá en nuestras impresoras de fabricación personal.

 

 

¿Pero que me falta en la evolución de la tecnología que ahora fabricamos y montamos?

 

1- La impresión profesional y la evolución de las MAKERBOT, BQ, LEON3D, etc. creo que demuestra claramente que la impresión se debe realizar en un ambiente cerrado y habría que incorporarle la climatización. que evite la influencia del ambiente sobre un proceso donde existen elementos térmicos, dilataciones y procesos de solidificación directamente relacionados con la calidad final de la pieza.

 

2- El filamento tiene que desaparecer como forma de aportación de material base limita de forma decisiva el producto final y lo encarece. Mi impresora se alimentara por material plástico en gránulos y se realizarán mezclas de color de forma automática con un doble proceso de fundición del material. En el primero se conformará el filamento y en el segundo la extrusión de aporte definitivo.

 

3- El reciclado deberá ser parte fundamental de la filosofía y el proceso de impresión habrá que acompañar a la impresora de algún modelo de reciclador donde el material a usar será aportado por material a reciclar del hogar o restos de este tipo de material, incluidos los de impresiones anteriores pruebas y demás.

 

4- La impresora mantendrá comunicados los dos procesos de fusión de forma que permitan que los elementos caloríficos de la zona de pre-extrusionado sean también los que produzcan la temperatura para la zona de curado o impresión por lo que habrá que empezar a estudiar algo de mecánica de fluidos y termodinámica. Hay que empezar a economizar energía

 

5- El auto replicado es muy bonito como filosofía, pero que es mucho más interesante la opción de saber usar los recursos que cada uno individual o socialmente tiene más a su disposición. Hacer más por mucho menos y mejor es un planteamiento que escuche a un conferenciante indio y que me pareció clarividente. Y sobre todo una base para la filosofía de fabricación personal. Y por supuesto una vez que se disponga de la impresora como no va a ser este uno de los recursos versátiles para fabricar otras.

 

6- La impresora acabara complementada con el escáner 3D que probablemente será un elemento que tendrá evoluciones en precio y calidades exponenciales en estos años, y sólo hay que mirar el mercado de los elementos físicos pero también de las aplicaciones de 3D desde programa de uso de técnicas fotográficas.

 

7- Y por último como siempre el colectivo y la aportación del grupo en los repositorios de piezas y desarrollos que harán que casi cualquier elemento imprimible esté con el tiempo disponible en las bibliotecas 3D que día a día se hacen más universales y útiles. Haciendo de la impresora una mini fábrica personal o de un colectivo que pase de ser como en muchos un mero experimento a algo de indudable utilidad .

Se me olvidaba tendrá como no que ser WIFI.

 

Nada ya solo me queda ponerme manos a la obra, diseño de carros, carcasas, tolvas de plástico en granulo, control de extrusora previa incluido mezcla de color preventivo sincronizado con impresión, controles de temperatura, calibrados automáticos etc.…

 

Como sabéis siempre estoy dispuesto a distribuir este esfuerzo y espero que en el ya próximo MAKERSPACE LEÓN nos juntemos varios colaboradores.

 

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