Rutina de postprocesado de G-code para la impresión de grandes piezas de termoplástico a 45 grados

Abstract

[ES] Este TFG se enfoca principalmente en el desarrollo de un programa diseñado para modificar la inclinación de las figuras generadas mediante software de código abierto Ultimaker Cura, con el propósito de facilitar la impresión de objetos de gran altura. El problema principal se relaciona con la necesidad de realizar impresiones que superan el límite de altura a la que llega la impresora 3D y, por lo tanto, es necesario recurrir a la división de la figura en partes, para luego unirlas una vez finalizada las impresiones, o bien, al uso de soportes para imprimir la pieza en un plano inclinado. En este proyecto se propone una rutina de cálculo para la planificación de trayectorias de deposición en máquinas de Fabricación Aditiva de Gran Formato, con boquillas a 45 grados. El uso de boquillas a 45 grados permite la fabricación de piezas de gran tamaño sin la necesidad de usar soportes. Esta estrategia de deposición se está implantando en industrias de los materiales composites para fabricar aerogeneradores, alas de avión, etc. La solución propuesta se basa en la capacidad del programa Ultimaker Cura para inclinar las figuras, permitiendo de este modo, generar el G-code con la inclinación necesaria para poder imprimir en un ángulo que evite la fragmentación y ensamblaje manual, optimizando, de este modo, la impresión 3D de piezas de gran tamaño. Se usa el código ISO convencional (G-code) generado por programas de código abierto y, mediante el programa desarrollado en este proyecto, se efectúa una transformación de coordenadas para posicionar la pieza en el espacio, con la inclinación que defina el usuario. La aplicación se ha programado en Python y tiene una interface gráfica para la visualización en 3D de las geometrías. Además, cuenta con una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) que permite seleccionar los parámetros básicos de la operación, tales como ángulo de giro, posición en la mesa de trabajo, inclusión de órdenes pre/post del G-code, ficheros de entrada/salida, etc. Además, el tiempo de cálculo se ha minimizado, ya que la rutina debe gestionar un gran número de líneas de código que, en algunos casos, puede llegar a cientos de miles. Mediante el desarrollo de esta herramienta se busca optimizar el proceso de impresión 3D eliminando la etapa de división de impresiones.

[EN] This TFG is mainly focused on the development of a program designed to modify the inclination of the figures generated using open source software Ultimaker Cura, with the purpose of facilitating the printing of tall objects. The main problem is related to the need to make prints that exceed the height limit of the 3D printer can reach and, therefore, it is necessary to divide the figure into parts and then join them together once the prints are finished, or to the use of supports to print the part on an inclined plane. In this project we propose a calculation routine for the planning of deposition paths in large format Additive Manufacturing machines, with nozzles at 45 degrees. The use of 45-degree nozzles allows the production of large parts without the use of supports. This deposition strategy is being implemented in the composite material industries to manufacture wind turbines, aircraft wings, etc. The proposed solution is based on the ability of the Ultimaker Cura program to tilt the figures, thus allowing to generate the G-code with the necessary inclination to be able to print at an angle that avoids fragmentation and manual assembly, thus optimizing the 3D printing of large parts. The conventional ISO code (G-code) generated by open source programs is used and, by means of the program developed in this project, a coordinate transformation is performed to position the part in space, with the inclination defined by the user. The application has been programmed in Python and has a graphical interface for 3D visualization of the geometries. In addition, it has a Graphical User Interface (GUI) that allows to select the basic parameters of the operation, such as angle of rotation, position on the workbench, inclusion of pre/post G-code commands, input/output files, etc. In addition, the computation time has been minimized, as the routine must handle a large number of lines of code, in some cases up to hundreds of thousands. The development of this tool seeks to optimize the 3D printing process by eliminating the print splitting stage.

[CA] Este TFG s’enfoca principalment en el desenvolupament d’un programa dissenyat per a modificar la inclinació de les figures generades per mig de software de còdic obert Ultimaker Cura, amb el propòsit de facilitar la impressió d’objectes de gran altura. El problema principal es relaciona amb la necessitat de realitzar impressions que superen el límit d’altura a la qual arriba la impressora i, per tant, és necessari recórrer a la divisió de la figura en parts per a després unir-les una vegada finalitzada les impressions, o bé, a l’ús de suports per a imprimir la peça en un pla inclinat. En este projecte es proposa una rutina de càlcul per a la planificació de trajectòries de deposició a 45 graus en màquines de Fabricació Additiva de Gran Format. L’ús de filtres a 45 graus permet la fabricació de peces de gran grandària sense la necessitat d’usar suports. Esta estratègia de deposició s’està implantant en indústries dels materials compòsits per a fabricar aerogeneradors, ales d’avió, etc. La solució proposada es basa en la capacitat del programa Ultimaker Cura per a inclinar les figures, permetent d’esta manera, generar el G-code amb la inclinació necessària per a poder imprimir en un angle que evite la fragmentació i acoblament manual, optimitzant, d’esta manera, la impressió 3D de peces de gran grandària. S’usa el codi ISO convencional (G-code) generat per programes de codi obert i, mitjançant el programa desenvolupat en este projecte, s’efectua una transformació de coordenades per a posicionar la peça en l’espai, amb la inclinació que definisca l’usuari. L’aplicació s’ha programat en Python i té una interface gràfica per a la visualització en 3D de les geometries. A més, compta amb una interface gràfica d’usuari (GUI) que permet seleccionar els paràmetres bàsics de l’operació, com ara angle de gir, posició en la taula de treball, inclusió d’ordes pre/post del G-code, fitxers d’entrada/eixida, etc. A més, el temps de càlcul s’ha minimitzat, ja que la rutina ha de gestionar un gran nombre de línies de codi, en alguns casos pot arribar a centenars de milers. Mitjançant el desenvolupament d’esta eina es busca optimitzar el procés d’impressió 3D eliminant l’etapa de divisió d’impressions.