Diseño de una impresora 3D de cabezales intercambiables

Resumen

En la presente tesis se diseña una impresora 3D de cabezales intercambiables para piezas didácticas (23x20x16 cm) en la Escuela de Ingeniería Mecánica-Eléctrica de la Universidad Cesar Vallejo en la ciudad de Trujillo. Las entrevistas a los docentes de la escuela mencionada y la revisión de normativa de diseño definieron las necesidades. Se generaron 6 conceptos alternativos para la estructura y el extrusor de la impresora evaluados mediante una matriz ponderada para hallar el concepto óptimo. Luego se aplicó diseño de configuración al concepto óptimo para así definir las dimensiones más importantes del equipo a la configuración ganadora. Luego, se procedió al diseño paramétrico en dos etapas: la primera mediante una simulación MEF (Método de Elemento Finito) en ANSYS-WORKBENCH, estática y dinámica, que parametrizaba el material de los ejes guía para obtener esfuerzos de Von Misses (σ′), factores de seguridad (FS), deformaciones (δmax) y ciclos para falla; y la segunda mediante una GUI-MATLAB para obtener una velocidad optima de impresión variando el costo de energía eléctrica y potencia de motores. Los rangos adecuados de impresión fueron de: Largo 200-300 mm, ancho 200-250 mm, alto 150-200 mm. La estructura con patín de refuerzo y la configuración con motores en la viga superior y carrete en la base resultaron óptimos. El análisis estático MEF-ANSYS favoreció al aluminio anodizado RexRoth 20x20mm con un σ′=24.858 MPa, Fsmin=10.057 y δmax=0.0516 mm. En fatiga según Goodman se obtuvo vida infinita (106 ciclos para falla) para los ejes guía. El rango óptimo de velocidades de impresión según la GUI fue 70-80 mm/s. El presupuesto total del equipo, periodo de retorno de inversión ROI, el Valor Actual Neto (VAN) y la tasa Interna de Retorno (TIR) resulto ser 3000, 3.06%, S/.61695.91 y 16%, respectivamente. La parametrización auxiliada por software ingeniería resulto ser una excelente ayuda para la toma de decisiones al analizar los componentes críticos. El seguimiento riguroso de una metodología de diseño aseguro una secuencialidad muy saludable para el proceso total de diseño. La máquina muestra índices económicos muy promisorios para su ejecución.