Diseño y construcción de un dispositivo cuantificador de diámetros de filamentos cerámicos para impresión 3D

Abstract

[ES] Uno de los problemas críticos dentro del proceso de impresión 3D a partir de filamentos es la precisión necesaria que debe poseer el diámetro del mismo, para evitar problemas de arrastre por los rodillos del cabezal de la impresora. Este diámetro ha de tener 1,75 mm, siendo aceptables variaciones de ± 0,05 mm para garantizar la printabilidad. El presente Trabajo Fin de Grado se enmarca en este contexto, y tiene como objetivo el desarrollo, diseño, programación, fabricación y montaje de un dispositivo capaz de monitorizar gráficamente en tiempo real el diámetro de un filamento cerámico destinado a la impresión 3D. El dispositivo propuesto está formado por una carcasa/recubrimiento, actuadores, sensores, LCD y un microcontrolador. La programación se realiza a través de un microcontrolador Arduino, el cual, mediante una programación por bloques realizada en LabView, permite al usuario conocer el diámetro de un filamento cerámico durante el proceso de impresión 3D. La evolución del diámetro se muestra mediante la representación gráfica, extraída de LabView, junto a un LCD, obteniendo la información en cada instante. Se ha creado el diseño 3D, mediante el software SketchUp, de las carcasas necesarias para la creación de dicho dispositivo, diseño impreso a partir de una impresora 3D Prusa i3 MK3 existente en el laboratorio. El diámetro se determinará a partir de un sensor (potenciómetro), concretamente un slider, encargado de transformar las variaciones del diámetro (variaciones de posición del slider) en variaciones de tensión a la salida del potenciómetro, pudiendo así introducirlas en el microcontrolador y operar con ellas. A partir de estos datos, se podrá obtener el diámetro total del filamento cerámico. La función de los actuadores (motores paso a paso), será la de empujar el filamento cerámico por el dispositivo.

[EN] One of the key problems in 3D printing process is the accurate determination of the diameter of the filament, that must be fixed at 1.75 mm (± 0.05 mm) to avoid printability problems such as dragging of the rollers of the printer head or even the breaking of the filament and subsequently the stop of the printing process. The final degree project proposes a solution for this problem, focused on the development, design, programming and assembly of an electronic device to monitor in real time the diameter of a ceramic filament for 3D printing. This electronic device is composed of different parts: shell, actuators, sensors, LCD and a microcontroller. Programming will be carried out using an Arduino microcontroller, employing a block method from LabView, which allows to determine the diameter of the ceramic filament during the printing process. Shells have been designed using the SketchUp software and printed in PLA using a laboratory Prusa i3 MK3 3D printer. Diameter of the filament will be determined using a sensor (potentiometer, specifically and slider) which transforms the diameter variations (input corresponding to the slider position variations) into voltage variations (output), sending the signals directly to the Arduino microcontroller. Using these data, the evolution of the diameter will be graphically represented in real time and visualized in an LCD using the extracted data from LabView. Finally, the actuators will be employed to push mechanically the ceramic filament through the electronic device.