UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA PARACENTRAL

DEPARTAMENTO DE INFORMATICA INGENIERIA DE SISTAMAS INFORMATICOS

Ponencia para el congreso COMPDES 2013

“Impresora 3D Prusa Mendel Iteration 2, Imprimiendo ideas”

Autor:

Romeo Alexander Muñoz Rodríguez

Facilitador:

René W. Rivera

31 de Mayo de 2013.

Introducción

En este documento se pretende describir un proyecto muy interesante como lo es

fabricar una máquina capaz de imprimir diseños 3D digitales diseñados en cualquier

programa CAD que nos permita exportar el modelo a formato STL.

Una máquina con esta capacidad es de gran potencial para el desarrollo de

investigaciones experimentales importantes en el área de la robótica y en muchas

otras áreas de las ciencias en general como en medicina imprimiendo prótesis a la

medida del paciente, arquitectura imprimiendo estructuras de casas a escala, y en el

hogar en general ya que representa una mini fábrica.

Con esta tecnología cualquier persona tiene la oportunidad de inventar y crear

productos sorprendentes imaginados en su mente, diseñados en la computadora y

traídos al mundo real por una impresora 3D.

En este caso la investigación se centra en impresoras libres denominadas REPRAP

(Replicating Rapid Prototyper) o Replicante de prototipo rápido, es la primera máquina

capaz de clonarse a sí misma ya que están construidas con muchas piezas que son

imprimibles por lo tanto al tener una se puede usar para fabricar otra impresora o

cualquier otra máquina, las posibilidades prácticamente son infinitas solamente

limitados por la imaginación de cada persona.

Existe mucho apoyo a este proyecto de hardware libre en cuanto al desarrollo

constante y a la documentación generada, cosa que se deben aprovechar para

apropiase del conocimiento y posteriormente generar nuevas ideas en el proyecto

REPRAP o en otros de hardware libre similares.

Objetivos

Objetivo general

Exponer información sobre “Prusa Mendel Iteration 2” y las ventajas que

conlleva el poseer una de estas máquinas para generar interés del público en

apoyar proyectos de hardware libre.

Objetivos específicos

Explicar en qué consiste el Hardware Libre.

Mencionar las piezas necesarias para construir una impresora 3D “Prusa

Mendel Iteration 2”.

Describir los pasos necesarios para la construcción de la máquina, así como las

dificultades encontradas en cada paso.

Identificar el software necesario para controlar la impresora desde la

computadora y el firmware instalado en la máquina.

Indicar las diferentes calibraciones necesarias para el buen funcionamiento de

la impresora.

Comentar sobre los diferentes materiales plásticos usados para imprimir las

piezas.

Revelar imágenes con piezas impresas en la impresora 3d construida.

Mostrar la máquina en funcionamiento.

¿Qué es open hardware?

Son todos aquellos dispositivos hardware de los cuales se tiene a disposición de todo

público la documentación necesaria para construirse, tales como especificaciones,

esquemas estructurales, de circuitos y pasos para obtener el dispositivo terminado.

Es importante tener en cuenta que el hecho que los dispositivos estén categorizados

como hardware libre no significa que construirlo es gratis, si no que el conocimiento

para su desarrollo es libre al público, una vez que se ha construido cualquier proyecto

de hardware libre perfectamente se puede vender o hacer lo que se desee con él.

Para que un dispositivo sea libre debe tener un soporte legal, y para ello existen varias

licencias a la cual se puede apegar el proyecto una de las más usadas es GNU General

Public License, esta licencia legalmente formalizada proporciona cuatro libertades al

público en general, las cuales son:

Copiar la información que se desee

Compartir la información con quien desee

Estudiar la información obtenida

Modificar la información obtenida para mejorar el trabajo

Este último punto es uno de los más importantes ya que permite que muchas mentes

brillantes trabajen juntas para desarrollar nuevas tecnologías.

Con esta licencia además se obliga a los usuarios finales que hicieron uso de la

información y con base en ella crearon otros proyectos, a que estos nuevos proyectos

se publiquen bajo la misma licencia y que de esta manera el conocimiento siga siendo

de libre distribución.

En un principio esta licencia se utilizaba mayormente para el software, pero el

hardware también se ha apegado a esta filosofía, permitiendo que muchos proyectos

interesantes lleguen a las manos de todo el mundo.

Impresora 3D

Las impresoras 3D no son algo nuevo, de hecho las primeras impresoras 3D

comerciales surgen en 1988 por la empresa estadounidense 3D Systems, que

desarrollo un método basado en la solidificación del material al exponerlo a la luz

ultravioleta.

A partir de ahí se han desarrollado otros métodos para crear impresoras comerciales

muy buenas pero con precios bastante elevados, prácticamente inaccesibles para la

mayoría de personas.

Después de varios años surgió el método de acumulación de

polímeros y basándose en este nace el proyecto REPRAP en el año

2005 de la mano del Dr. Adrian Bowye quien comenzó creando el

modelo Darwin, luego le siguió la Huxley y luego nacieron las Prusa

Mendel, que son las más construidas en la actualidad.

Impresora 3d modelo Darwin

Impresora 3d modelo Huxley

Este documento trata justamente sobre la construcción de una “Prusa Mendel

Iteration 2”, aunque a esta fecha ya existe una versión mejor, este modelo es el que

esta mas documentado y por lo tanto facilita mucho la construcción de la máquina a

continuación se describen los elementos más importantes.

Impresora 3d modelo “Prusa Mendel Iteration 2”

Hardware

Piezas imprimibles

Imagen cantidad Descripción

Chasis básico

4

Vértices con pie para chasis primario

2

Vértice para chasis primario

3

Soporte para interruptor que indica el origen

Eje X

1 Extremo derecho del eje X

1 Extremo izquierdo del eje X con soporte del motor

1 Vagón del eje X

Eje Y

1 Soporte para el motor del eje Y

3 Soportes para rodamientos lineales de la plataforma del eje Y

Eje Z

2 Soporte para el motor del eje Z

2 Abrazadera para barras del eje Z

2 Acoplamiento para el eje Z

Ejes Varios

8 Abrazadera de barra para el eje Z e Y

4 Abrazadera de correas para los ejes X e Y

2 porta tuercas para abrazadera de correas para los ejes X e Y

3 Guía de rodamiento para correas de los ejes X e Y

Extrusor

1 Piezas del cuerpo del extrusor

1 Engranaje grande

1 Engranaje pequeño

Todas estas piezas son impresas por una impresora 3D ya en funcionamiento, de aquí

viene que sean máquinas auto replicantes, ya que se puede replicar a si misma

fabricando piezas para otra impresora.

Esto supone un problema en un inicio ya que si no se dispone de una, cómo podemos

crearla, bueno al inicio de este proyecto se intento hacer las piezas de madera lo cual

es bastante bueno si se tienen las herramientas adecuadas, ya que todas las piezas

deben ser muy precisas con las medidas de modo que todo encaje bien al montarlo.

No siempre es posible crearse de este modo, por falta de la herramienta adecuada y el

tiempo necesario para conseguirlas, es por eso que al final se optó por comprar las

piezas plásticas a alguien que ya tiene una impresora de este tipo y se dedica a

comerciar kits para la construcción de impresoras REPRAP.

Luego de tener las piezas plásticas siguen las vitaminas, que no son nada más que

todas las piezas que no se pueden imprimir, como por ejemplo tornillos, tuercas,

barras de acero etc. a continuación un listado.

Piezas de ferretería (Vitaminas)

Imagen cantidad Descripción

Chasis básico

6

Varilla roscada 5/16” un metro de largo. Estas se cortaran al tamaño adecuado para armar el chasis

100

Tuercas 5/16 para fijar las varillas a las piezas plásticas

100

Arandelas 5/16 Se utiliza una por cada tuerca, además para calibrar la distancia de las barras del eje Z y el perno del extrusor

Eje Y

1

Base de madera 22x22cm 3-4 cm de espesor. Donde se colocan los rodamientos, y la base caliente.

1

Cristal o espejo de 20x20cm Se utiliza sobre la base caliente como base de impresión porque son muy planos

4

Sujeta papel, sirve para fijar el cristal a la base caliente

1

Cinta Kaptom adhesiva resistente al calor, se utiliza para poner sobre el cristal y que el plástico se adhiera mejor

Eje Z

2

Tubo de goma, de 5mm de diámetro interior y 2cm de largo Se colocan en los ejes de los motores del eje Z para que agarren mejor la varilla roscada que deberán mover

Ejes Varios + extrusor

5

Motores paso a paso Nema 17 1 para el eje X 1 para el eje Y 2 para el eje Z 1 para el extrusor

1

2 metros de correas T2.5 5mm de ancho. Longitudes: 920mm para el eje X 840mm para el eje Y

2

Poleas T2.5 metálicas o de SLS 1 para el motor del eje X 1 para el motor del eje Y

3

Varillas lisas M8 ( 8 mm de diámetro) de acero inoxidable de 1m de largo

10

Rodamientos Lineales LM8UU Se necesitan para los vagones que se deben deslizar en las varillas lisas. 3 para el eje X 3 para el eje Y 4 para el eje Z

6

Rodamientos 608 zz blindados 3 para el extrusor 1 para el eje X 2 para el eje Y

20

Bridas de 2.5mm de ancho y 120mm de largo para sujetar los rodamientos lineales en su lugar

20

Tornillos M3 x 10mm de largo 8 para los 2 motores del eje Z 3 para el motor del eje Y 3 para el motor del extrusor 6 para atornillar los soportes de los rodamientos lineales del eje Y a la base de madera

3

Tornillos M3 x 12mm de largo 3 para el motor del eje X

8

Tornillos M3 x 16mm de largo 4 para las abrazaderas de la correa del eje X. 4 para las abrazaderas de la correa del eje Y.

4

Tornillos M3 x 20mm de largo 2 para cada abrazadera de barra atornillada a los soportes de los motores del eje Z

8

Tornillos M3 x 25mm de largo 4 para cada uno de los 2 acoples del eje z

25

Tuercas M3 La mayoría van empotradas en las piezas imprimibles que llevaran tornillos M3

35

Arandelas M3 ancho normal Para cada tuerca M3 y otros usos como ajustes de posición de las piezas

3

Prisionero M3 cabeza Allen Para fijar las poleas a los motores de los ejes X, Y y el extrusor

Depende el tipo de extrusor que se vaya a usar

Tornillo M4 20mm de largo

Depende el tipo de extrusor que se vaya a usar

Arandela M4

Depende el tipo de extrusor que se vaya a usar

Tuerca hexagonal M4

Sobre motores paso a paso

Estos son motores especiales que nos permiten un gran control en cuanto al

movimiento que se realiza, en este caso se utilizan motores de 1.8º por paso esto

quiere decir que cuando se le indica mover un paso se mueve 1.8º esto nos da una

resolución de movimiento de 200 movimiento para completar una vuelta, sumado a

esto los controladores Pololus stepstick nos permiten realizar ½ paso, ¼ paso, 1/16

paso esto da una resolución total de 1200 movimientos para completar una vuelta, lo

que permite hacer movimientos de decimas de milímetro.

Existen dos modelos de motores paso a paso los unipolares que poseen cinco o seis

cables de control, y los usados aquí son los bipolares que solamente poseen cuatro

cables de control que funcionan de la siguiente manera:

PASO Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

1 ON OFF OFF OFF

2 OFF ON OFF OFF

3 OFF OFF ON OFF

4 OFF OFF OFF ON

Esta tabla muestra la combinación de pulsos que se le deben dar a cada cable de

control para posicionar el rotor en el ángulo deseado, las combinaciones se deben

realizar en este orden para que funcione correctamente, este ejemplo muestra un

motor paso a paso de 90º por paso es decir, completa la vuelta en 4 pasos, pero el de

1.8º por paso sigue el mismo principio de funcionamiento.

En cuanto a las vitaminas el mayor problema es la diferencia del sistema de medición

que se tiene, ya que todas las medidas vienen dadas en milímetros para todas las

piezas y en esta zona solo se encuentran en pulgadas, aunque se puede buscar

acercarse a las medidas originales, por ejemplo se sustituye las varillas roscadas de

8mm por las de 5/16” que son un poco más reducidas pero para formar el chasis esto

no tiene inconveniente, no es lo mismo cuando se busca el perno de tracción del

extrusor que debe ser exactamente de 8mm y además debe tener una sección

dentada.

Las piezas más difíciles de encontrar son las varillas lisas, los rodamientos lineales,

cinta Kapton y las correas dentadas con sus respectivas poleas, así como también los

motores que mueven toda la máquina. En este caso fue necesario comprar estas

piezas desde el exterior del país.

Aunque las varillas lisas se pueden encontrar en varios modelos de impresoras 2D, que

pueden ser una buena fuente de suministro no solo de las varillas sino también de

motores paso a paso que se encuentran en los modelos más antiguos y algunos

interruptores que se utilizan como sensores de los ejes.

Todas las otras piezas se pueden encontrar rebuscando un poco en las diferentes

ferreterías de la localidad.

Luego tenemos las piezas más importantes para que esta máquina realmente sea una

impresora 3D y no solo una estructura decorativa que para tal efecto no será muy

buena, se trata de la electrónica la cual se compone de una placa Arduino algunos

otros elementos necesarios para el funcionamiento de la Prusa.

Electrónica

Electrónica

Imagen cantidad Descripción

1

Arduino Mega 2560 Gracias a la tecnología de esta placa se controlan las funciones de la impresora mediante los comandos que le enviamos desde software en la computadora.

1

Placa RAMPS 1.4 Es como una placa de expansión que le da la capacidad de manejar voltajes y corrientes más altos a la placa Arduino.

5

Pololus stepstick Son circuitos especializados en el control de motores paso a paso, estos nos brindan más resolución de movimiento

1

base caliente Es una placa de 21x21 cm que tiene una circuito de pistas en toda su área funciona como una resistencia que se calienta al pasar la corriente a través de ellas, sirve para que el plástico extruido se fije bien a la base.

1

Extrusor Este elemento es el encargado de derretir el plástico que se introduce por uno de sus extremos y luego expulsarlo en hilos muy finos que irán conformando la pieza a imprimir.

1

Fuente de poder ATX Nos proporciona la corriente necesaria 20A a un voltaje de 12V para mover los motores, calentar el extrusor y la base caliente.

3

Pulsadores finales de carrera Indican el punto donde cada uno de los tres ejes llega al origen es decir coordenadas (0,0,0).

2

Termistores NTC Uno para el extrusor y otro para la base caliente Sirve para monitorear las temperaturas.

Estas son las piezas electrónicas necesarias que debemos obtener junto con las piezas

anteriormente listadas para poder comenzar a construir nuestra impresora 3D modelo

“Prusa Mendel Iteraion 2”.

Entre estas piezas las que fue necesario comprar en el exterior son placa Arduino,

placa RAMPS 1.4, controladores stepstick , base caliente, extrusor y termistores, a

pesar que la mayoría de estas piezas electrónicas son hardware libre y se tiene acceso

a los planos electrónicos de construcción, en ninguna tienda de electrónica de El

Salvador fue posible obtener los elementos necesarios para construirlos.

Los otros elementos si se pueden obtener en una tienda de electrónica común en este

país, en el caso de la fuente ATX se encuentra en una tienda de computadoras, ya que

esta es una parte fundamental de las mismas.

Software

En cuanto al software necesario para manejar la Prusa tenemos dos opciones las

cuales son Printrun también conocido como Pronterface este tiene la capacidad de

enviar los comandos G-codes que le indican a la máquina que es lo que debe hacer.

En la imagen anterior se puede apreciar el modelo que se va a imprimir en 2D, también

están los botones de control de los ejes y una consola para enviar comandos escritos,

muy útil cuando se está calibrando.

El otro programase llama Cura es un poco mas nuevo pero al igual que Printrun sirve

para controlar la máquina, entre las mejoras más notorias es que se muestra el modelo

a imprimir en 3D y se puede configurar fácilmente manipulando el objeto con el ratón.

En la imagen anterior se puede ver el mismo modelo cargado en Prinrun pero esta vez

en 3D.

Además del programa que envía las instrucciones también necesitamos uno que las

genere, es decir que tome nuestro modelo 3D y a partir de este genere una serie de

coordenadas que le indique a la máquina donde debe depositar plástico, estos son

llamados laminadores, el laminado consiste en:

1. Teniendo un modelo de un objeto 3D, para este caso usando SketchUp, luego

exportarlo a formato .STL

2. En su funcionamiento interno el programa de laminado corta el modelo en

capas y genera un recorrido de coordenadas de cada capa por ejemplo para el

modelo anterior generaría algo como esto para la capa correspondiente.

Los puntos rojos representan las coordenadas XY que indican el recorrido de la

línea de plástico que irá formando la figura y el número de capa representa la

coordenada del eje Z es decir la altura a la que irá poniendo el plástico, todo

esto se empaqueta en un archivo .gcode

Capa 1 Capa 8 Capa 15

Para esta tarea tenemos tres opciones:

Skeingforge

Slicer

Cura

Primero Skeinforge este puede adherirse al programa Printrun y funcionar en conjunto

es uno de los más complejos en cuanto a su configuración ya que posee muchas

opciones, que si bien esto permite un gran control de las piezas a crear también

confunde bastante a la hora de configurarlos, esto lo hace muy difícil de manejar,

además realiza un laminado bastante lento dando muchos problemas a la hora de

laminar modelos complejos.

En la imagen se puede observar una gran cantidad de botones de los cuales cada uno

posee muchos parámetros configurables.

Luego tenemos a Slicer que es un poco más cómodo en cuanto a su configuración,

pues no posee tantos parámetros como el anterior y además funciona de manera más

rápida generando laminados muy buenos, también puede adherirse a Printrun o

trabajar de manera independiente.

Y por ultimo tenemos a Cura es decir el mismo software mencionado con anterioridad

posee integrado un laminador pasado en Skeinforge pero mejorado en cuanto a su

interfaz y rapidez de laminado.

Por motivos de aprendizaje se está trabajando con todos estos programas aunque

hagan la misma función.

En cuanto al software del lado de la computadora estos son los más imprescindibles.

Pero cabe mencionar también algunos que sirven para crear los modelos 3D, estos son

SketchUp y OpenScad ambos se pueden utilizar de forma gratuita, pero Sketchup

necesita un pluging para poder generar el archivo .STL, OpenScad es un programa para

modelar de forma programada permite utilizar sentencias de bucle y variables para

generar los modelos.

Firmware

El Firmware es el programa que controla la máquina, es decir el que escucha las

instrucciones que el software de la computadora le envía y luego las ejecuta.

En cuanto a este elemento tenemos muchas opciones pero los más populares son

Sprinter y Marlin, están programados en el lenguaje que se utiliza para crear los

Firmwares de Arduino este es Processing, es un lenguaje con una sintaxis bastante

parecida al lenguaje C en la cual solo cambian las librerías que se utilizan.

Ambos Firmware soportan una gran variedad de hardware es por esto que se deben

configurar ciertos parámetros para que se adapte al que se esté utilizando, esto se

hace a través de la modificación de ciertas líneas de código para indicar el tipo de placa

que se está usando en este caso es la RAMPS 1.4 (valor 33), también se indica el tipo

de termistores, los cuales son EPCOS 100K (valor 6), así como también las dimensiones

del área de impresión para este caso serán 190x190x100 milímetros.

Otros de los valores importantes de configurar son los de la variable STEPS_PER_UNIT

{80, 80, 2275.005, 460.12}, estos valores corresponden a los ejes X, Y, Z, extrusor y

indican cuantos pasos debe dar el motor paso a paso para que el eje en cuestión se

mueva una unidad, en este caso son milímetros.

Este valor es muy importante ya que de él depende que si le indicamos a la máquina

que se mueva 27mm realmente el eje se mueva esa distancia. Para calibrar este

parámetro se utiliza una simple regla de tres:

Nuevo valor N= (viejo valor N *valor indicado) / valor medido

Por ejemplo suponiendo que con el valor N de 460 y al indicarle al eje moverse 100mm

este solo se mueve 78mm debemos hacer el siguiente cálculo.

589.743= (460*100)/78

Esto significa que debemos sustituir el valor de 460 por el de 589.743 para que la

máquina cambie los pasos por unidad y se mueva la distancia correcta, normalmente

este procedimiento se debe realizar unas cuantas veces para cada eje y el extrusor.

En el caso del extrusor se debe medir la longitud del cable de plástico que se desplaza.

Construcción de la máquina

Es muy importante que al iniciar el proyecto de construir una impresora 3D se tenga

muy en claro que no todo sale bien al primer intento, realmente se debe tener mucho

entusiasmo, paciencia, perseverancia e ingenio, a pesar de las fallas se debe seguir

intentando hasta que se logre el objetivo.

NOTA IMPORTANTE: Antes que nada se debe tener claro que la electrónica es una de

las partes más delicadas de la impresora, se deben tomar todas las medidas

pertinentes para no dañar nada con la electricidad estática, evitar tocar demasiado los

circuitos, se recomienda utilizar pulsera antiestática especialmente al manipular los

pololu, no se debe conectar o desconectar nada de la placa mientras está este

alimentada, ya sea por la fuente de 12V o por la computadora, siempre debemos

desconectar de toda fuente de alimentación antes.

Se comienza comprobando la electrónica, si no se tiene mucha experiencia soldando

circuitos es recomendable comprar las placas ya ensambladas es un poco más caro

pero se evitan el costo de dañar alguna pieza importante, aunque bien se pueden

comprar kits y armarlo por sí mismo.

Primero se debe descargar el IDE de Arduino en un comprimido actualmente la versión

1.0.5, luego se descomprime y se conecta a la placa Arduino en la computadora

después se instala el controlador de la placa, para ello ir a administrador de

dispositivos, seleccionar el que aparece con símbolo amarillo, dar clic derecho y luego

en actualizar software de controlador seguido se elige buscar en el equipo, ahora hay

que navegar hacia donde se tiene la carpeta del IDE de Arduino entramos en ella y se

selecciona la carpeta drivers, después de instalar el controlador hay que ejecutar el IDE

de Arduino y se conecta con la placa en el menú herramientas se selecciona el puerto

serial al que está conectada la placa así como el tipo de tarjeta, en este caso es un

Arduino mega 2560.

A continuación se debe cargar a la placa un código de ejemplo en el menú

archivo>ejemplos>basics>blink, si todo ha ido bien el LED pin13 debe comenzar a

parpadear.

Luego ya podemos ensamblar la RAMPS con el ARDUINO y volvemos a probar el blink.

Ahora el LED de la RAMPS debe parpadear como lo hacía antes el LED del Arduino

Ahora hay que comenzar calibrando los pololus, para esto se debe utilizar un

amperímetro para medir la corriente que consume la placa, de esta manera se obtiene

un consumo de 100mA con solo la placa conectada y 350mA al tener un motor PAP

conectado al pololu esto significa que el motor está consumiendo 250mA, se

recomienda dejar el consumo de los motores a 200mA para el eje X e Y, de 400mA

para el eje Z y de 360mA para el extrusor, para regular el consumo se debe girar un

pequeño potenciómetro que estos tienen.

Una vez terminado este paso, seguimos con el montaje del eje X utilizando dos varillas

lisas tres rodamientos lineales y las piezas plásticas destinadas a esta parte de la

máquina, además ponemos el motor y la correa dentada listo para montar en resto de

la estructura.

Ahora montamos el chasis básico donde se monta todas las partes, en este mismo

paso instalamos el motor para el eje Y, y la barra inferior del eje Z.

Seguido a esto se instala la base para la base caliente

Continuando con la instalación de los motores del eje Z y la colocación del eje X en los

rieles del eje Z

El siguiente paso es poner la base caliente sobre la base de madera y el espejo sobre

esta, se coloca todo mediante unos resortes y unos pernos de 3mm, los resortes son

muy importantes ya que facilitan la nivelación de la base caliente al poder subir y bajar

según se gire el perno.

Ahora el último paso para tener la impresora lista para la primera impresión es colocar

el extrusor.

Esto es todo en cuanto al montaje del harware ahora solo queda unir la electrónica al

hardware para que esto tome vida, las conexiones se hacen de la siguiente forma

Estos es un resumen de pasos para la construcción de la “Prusa Mendel Iteration 2”,

para una información más detallada visitar la siguiente dirección:

http://www.iearobotics.com/wiki/index.php?title=Guia_de_montaje_de_la_Prusa_2

Las fotografías fueron tomadas de la dirección anterior.

Alternativas

Tal como se ha mencionado se tienen muchos modelos de impresoras 3d de open

hardware para construirse, he aquí las que más llaman la atención:

Prusa iteration 3

Este modelo es el sucesor de la impresora construida en esta ocasión, es mucho más

elegante, simple y se utilizan menos piezas tanto impresas como vitaminas, hasta

ahora todo lo dicho son ventajas y el lector podría preguntarse ¿Por qué no construir

una “Prusa Iteration 3” si es tan simple y fácil?, bueno la respuesta es que a pesar de

su simplicidad se cuenta con poca documentación que ayude a entender cómo

funcionan las impresoras 3D, y además se necesitan herramientas mucho más

complejas para crear las vitaminas, como es el caso de la plancha de aluminio que

forma la mayor parte del chasis de la máquina.

El objetivo de construir un modelo “Iteration 2” ha sido ganar experiencia, del proceso

de construcción para entender conceptos básicos de la impresión 3D a través de

tutoriales y la comunidad de constructores.

Es por esta razón por la que se recomienda construir el modelo prusa iteration 2 a las

personas que se están introduciendo al mundo de la impresión 3D.

Ahora que ya se tiene cierta experiencia, el siguiente paso es aventurarse a construir el

nuevo modelo, utilizando los conocimientos adquiridos con la construcción del

anterior, en este caso existen dos modelos uno con plancha de aluminio y otro con

caja de madera, que parece el más accesible dado que no poseemos un cortador láser.

Rostock

Al igual que con la “Prusa Iteration 3” esta impresora no está recomendada para iniciar

la construcción de una máquina de impresión 3D, ya que aun se encuentra en

desarrollo y se requieren conocimientos previos para no perderse al momento de su

construcción.

Aunque es muy interesante, llaman mucho la atención su extraña forma de moverse al

imprimir, ya que solo cuenta con tres ejes y todos son verticales, Su peculiar modo de

mover el hotend en el espacio la categoriza como DeltaBot, aunque sea una impresora

bastante alta su altura de impresión no resulta tan alta en comparación con las demás

REPRAP.

Materiales de impresión

En cuanto a la materia prima que se utiliza para construir las piezas existen muchas

opciones y aun más en desarrollo, por mencionar algunas tenemos: pulpa de madera,

cemento, pulpa de papel, nylon, sal y por último los más utilizados actualmente el

plástico PLA y ABS.

La presentación de los materiales de impresión se da en bobinas de cable que según

los extrusores más comunes en el mercado se tienen las medidas de 1.75mm de

diámetro o 3mm de diámetro.

Se recomienda utilizar el diámetro de 3mm, ya que el material es un poco quebradizo

en su estado de cable por lo tanto un diámetro demasiado pequeño resulta muy difícil

de manejar.

Los colores del material son muy variados y hay una opción para cada ocasión o según

sea el gusto de las personas.

PLA

Este es un plástico biodegradable hecho a base de maíz se derrite perfectamente

entre 180ºC a 190ºC es muy efectivo siempre y cuando la pieza terminada se

mantenga alejada del calor extremo.

ABS

El plástico ABS es un poco más difícil de derretir ya que lo hace entre los 225ºC a

235ºC, es un plástico muy resistente a los impactos fuertes, muy utilizado en la

industria automovilística.

Dificultades experimentadas durante la construcción

o Piezas de difícil acceso

Uno de los contratiempos más grandes que se tienen al principio es la dificultad para

adquirir todas las piezas que son necesarias para montar la máquina, ya sea por el

desconocimiento de los proveedores adecuados que proporcionen las piezas exactas

que se establecen en los tutoriales, o por que dichos proveedores no existen.

Son muchos materiales que no son comercializados en las ferreterías locales,

justamente porque nadie las ha necesitado antes y su demanda es nula.

Esta situación se irá solucionando mediante investiguemos alternativas que si hallan en

las tiendas a nuestro alrededor, siempre hay que estar perceptivo a materiales

sustitutos.

o Dificultad para construir el perno de tracción de plástico

Este perno es el encargado de empujar el plástico hacia el extrusor, como se puede ver

en la imagen posee un canal guía dentado por donde el plástico es aprisionado y al

girar el perno este es desplazado.

El precio del perno desde el exterior oscila en te $10 a $15 en la medida exacta, parece

un poco excesivo dado que un perno de dimensiones similares cuesta menos de $1 en

la ferretería local, esto hace que se trate de buscar una forma alternativa, es así como

se solucionó, creando los surcos a un perno normal para que estos hicieran el trabajo

de arrastrar el plástico.

o Piezas plásticas quebradas

Otro problema que surge es que algunas piezas plásticas que por accidente o mal

manejo durante el ensamblado se quiebran quedando inservibles, bueno este se

puede solucionar siempre y cuando las piezas sean de ABS, ya que el ABS se derrite

temporalmente al exponerlo al químico ACETONA (el que es comúnmente utilizado

por las mujeres para despintar esmalte de uñas) esto nos permite volver a unir las

piezas mientras están derretidas por el químico, esperar a que seque y vuelva a

solidificar, en muchos casos queda como nuevo.

En el caso que utilicemos plástico PLA u otro que no funcione como el ABS podemos

utilizar súper pegamento para el mismo efecto.

o Sistemas de medida diferentes con respecto a las instrucciones

Este problema genera un poco de confusión e inseguridad en cuanto a qué medidas se

pueden sustituir por otras y si esto afectara en el funcionamiento. Esto no se puede

solucionar más que experimentando, hay que probar todo lo que uno crea que puede

funcionar, en este caso se ensancho el diámetro del perno del extrusor con un poco de

cinta adhesiva, ya que el engranaje está hecho para un perno de 8mm de diámetro en

que se encuentra en el mercado es de 5/16” = 7.94mm, de esa manera se evita que

tambalee al girar.

Esto se supera completamente al poseer la impresora funcional ya que ahora se tiene

la capacidad de imprimir las piezas a medidas en pulgadas adaptándose totalmente al

sistema de medida regional.

o Dificultad de nivelación

Hay un poco de dificultad al nivelar la base caliente con el eje X, ya que si no está

nivelado correctamente el hotend podría expulsar plástico demasiado alto en unas

áreas y demasiado derretido en otras, esto se hace muy notorio en la primera capa de

las piezas. Para facilitar esta tarea se utiliza un nivel pequeño que se pone sobre la

base caliente con el espejo incluido y luego girando los pernos de cada esquina según

sea conveniente hasta conseguir una nivelación correcta.

NOTA: Es muy importante que toda la Máquina este sobre una superficie (mesa)

completamente nivelada, ya que esto afectaría al nivelar la base caliente.

Luego se debe nivelar el eje X con respecto a la base, eso significa que la altura del lado

derecho sea igual a la del lado izquierdo, esto lo podemos hacer con el mismo nivel en

la misma mesa nivelada, y girando cada motor del eje Z según sea necesario, también

podemos nivelar a ojo acercando la punta del hotend a la base caliente y moviendo

manualmente comprobando que está a la misma distancia durante todo el recorrido

del eje X e Y.

o Daños en el extrusor

Esto es debido a que la pieza plástica que compone el extrusor estaba construida de

plástico PLA que se funde a 180º aproximadamente, el calor que desprendía el hotend

durante la impresión de prueba calentó lo suficiente la pieza como para que esta se

deformara provocando una curvatura de la misma y su inutilidad.

Esto fue un grave daño ya que esta pieza es fundamental para empujar el plástico

hacia el hotend, la solución era imprimir un reemplazo de si misa antes que se dañara

por completo, para ello se desmonto el extrusor se enderezo la pieza curvada mientras

estaba caliente y luego se espero a enfriar, se recolocó todo en su lugar y se dispuso la

impresora a trabajar imprimiendo el reemplazo.

Constantemente acercaba un ventilador para enfriar la pieza dañada y evitar que se

vuelva a curvar pero eso fue inevitable.

Por suerte la pieza de remplazo se logro terminar y es completamente funcional, al ser

de plástico ABS es más resistente al calor y no presenta ningún inconveniente al

imprimir.

o Piezas que se despegan de la base caliente

Otro problema muy común es que las piezas que son demasiado grandes se despegan

en sus esquinas de la base caliente y esto hace que se doblen, para evitar esto se han

experimentado varios métodos dando como resultado tres que son muy eficaces.

1. Laca del cabello: este es un químico fijador para el cabello que crea una película

transparente al rociar el espray sobre la base caliente se crea una capa que

ayuda a la adherencia del plástico.

2. Otro método es el de diluir hilos de plástico ABS en acetona creando un liquido

poco espeso el cual esparciremos sobre la base caliente para mejorar la

adherencia, este método solo funciona con plástico ABS, puesto que el PLA se

funde completamente ante el acetona.

3. Se puede aplicar una película de pegamento de barra o un poco de cola blanca

diluida en agua sobre la base caliente, este método es el que parece ser más

fácil ya que esta clase de pegamento es muy común.

Cualquiera de estos métodos es efectivo, esto es necesario cuando las piezas a

imprimir son de gran tamaño, también es aconsejable tapizar la superficie del vidrio o

espejo con cinta adhesiva Kaptom que es resistente al calor y ayuda a una mejor

adhesión.

o Piezas con falta de plástico

Este problema se dio por una fuga de plástico en el extrusor, esto provoco que el

pastico que estaba destinado a la pieza no llegara a esta y quedara con falta notoria de

relleno de plástico.

Para solucionar esto se procedió a revisar el extrusor y se comprobó que había un

pequeño tornillo suelto que había sido sacado de su lugar por la presión del plástico, la

lesión es un poco extraña, para solucionarlo provisionalmente se recoloco el tornillo en

su lugar y se enrollo cinta Kapton alrededor presionando el tornillo en su lugar para

evitar que se salga de nuevo.

Esto ha solucionado el problema y se está a la espera de su comportamiento durante

las siguientes impresiones.

o Atasco del plástico al introducir un nuevo trozo

A menudo puede ocurrir que el trozo de cable de plástico dispuesto para cierta pieza

se termine, para evitar que la pieza quede a mitad se puede empujar un nuevo trozo

con la mano siguiendo el trozo que se está terminando, a menudo este proceso resulta

bien pero en algunas ocasiones puede resultar en atasco provocando así que la pieza

que se está imprimiendo pierda capas de plástico y sea imposible continuarla. Para

evitar esto es recomendable no cortar el cable de plástico en trozos pequeños si no

que conectar todo el carrete entero para que no haya necesidad de cambiarlo hasta

que se acabe por completo.

Fotografías de la máquina construida

Ventilación para la electrónica, las piezas de sujeción del ventilador se han impreso con

la misma impresora, esto es una muestra de que la máquina hace auto evolución.

La pieza que sujeta el ventilado se puede girar en el eje de la varilla roscada para dar

acceso a los conectores.

Extremos plásticos del eje X, en el extremo izquierdo en color negro se puede ver el

rodo o balero que sostiene la correa dentada, así como también los rodamientos

lineales puestos en la barra del eje Z. Por el lado derecho en rojo se puede ver el motor

en su posición así como los rodamientos lineales puestos sobre la barra del eje Z.

Motores de control para el eje Z se puede apreciar las abrazaderas que mantienen

unida la barra con rosca al eje de cada motor.

Diversos ángulos del cuerpo del extrusor, se puede apreciar los dos engranajes

helicoidales que ayudan a la tracción exacta y eliminación del error de movimiento al

cambiar la dirección del giro.

Además podemos ver que la pieza más grande que compone el extrusor se ha

reconstruido ya que la pieza anterior sufrió daño por el calor al estar hecha de PLA no

soporto el calor del extrusor.

Esta nueva pieza es de ABS que soporta muy bien el calor al que es expuesta, esto es

una prueba que la maquina es auto-reparable, hasta cierto punto.

Resortes que empujan el plástico hacia el perno dentado que lo empuja hacia el

hotend.

En la otra fotografía se ve el perno y el plástico pasando sobre él.

ANTES DESPUÉS

Aquí podemos apreciar el cambio de piezas de madera por las piezas de plástico.

ANTES DESPUÉS

Cambio de los acoples de madera apretados con bridas por los acoples de plástico

apretados con pernos para un agarre mucho mejor.

Clip sujeta papel utilizado para mantener el espejo en su lugar, también se puede

apreciar el resorte de nivelación de la base caliente.

Interruptor final de carrera, que le indica a la impresora cuando uno de los ejes ya

llego a su punto 0.

Placa ARDUINO MEGA 2560 + placa RAMPS 1.4 + Cable USB de conexión con la

computadora, un lado USB tipo B (ARDUINO) y el otro USB tipo A (COMPUTADORA)

Sistema de movimiento de los ejes, consiste en transformar el movimiento de torque

de los motores paso a paso a movimiento lineal mediante el uso de correas dentadas y

poleas dentadas.

Rodos o baleros utilizados en los extremos opuestos a los del motor en el eje X e Y

Pieza cuerpo del extrusor dañada por el calor, se deformo siendo inutilizable para su

propósito original.

Nueva pieza de reemplazo construida cuando la máquina aun tenía la pieza dañada,

“en su último aliento de vida resulto su descendiente”.

Piezas de prueba impresas, pulsera flexible construida con plástico ABS luego de una

reparación al extrusor por fuga de plástico. Resulto bastante bien.

La misma pieza reducida 30% de su tamaño.

Pequeña casa de 1.6cm de ancho por 7.5 de largo y 5.5 de altura

Pequeñas manos para sujetar un teléfono celular en posición horizontal, pintada con

espray negro, se puede apreciar un poco que las líneas que forman las manos están un

poco separadas, esto es debido al extrusor dañado que presentaba una fuga de

plástico.

Aunque es para teléfonos diversos objetos se pueden colocar entre sus dedos plásticos

Fuente de poder ATX, de las utilizadas en la computadora, esta debe suministrar un

minino de 20ª para tener unos buenos resultados.

Se debe hacer este arreglo de conectar el cable verde (PS ON) con un cable negro

(Tierra) ya que esta fuente es para computadoras, las computadoras utilizan este

mecanismo para auto apagado. En nuestro caso queremos que siempre este

encendida.

Conector que va hacia la RAMPS para alimentar los motores, la base caliente y el

hotend.

Conclusión

Este tipo de tecnologías libres es algo nuevo que se está experimentando en el área del

hardware y se considera una de las mejores maneras de aprender, cuando una

persona es autodidacta no solo absorbe conocimiento si no que también lo crea, los

proyectos de hardware libre y en general cualquier clase de proyecto ya sea software o

hardware que este publicado bajo una licencia GNU es una gran oportunidad para

crear cosas asombrosas que son muy útiles a la humanidad.

Bibliografía

Historia de las impresoras 3D | Impresoras 3D . Equipo de impresoras3D.

Disponible en: < www.impresoras-3d.info/historia-de-las-impresoras-3d/ >.

Fecha de consulta 30 de mayo de 2013.

Clone wars: Prusa Iteración 2 - RepRap . Equipo de REPRAP. Disponible en:

<www.reprap.org/wiki/Clone_wars:_Prusa_Iteración_2 >. Fecha de consulta 30

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Guia de montaje de la Prusa 2 - WikiRobotics - Iearobotics. Equipo de Clone

wars Disponible

en:<http://www.iearobotics.com/wiki/index.php?title=Guia_de_montaje_de_l

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