Diseño y construcción de un prototipo de maquina extrusora de arcilla para impresión 3D
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Resumen
En la actualidad, la tecnología está presente en casi todo lo que se encuentra a nuestro alrededor, esto incluye a la arquitectura y construcción; áreas que al ir innovando sus procesos de creación requieren de ciertos aportes tecnológicos en varias etapas. Una de estas es la construcción de piezas con características específicas que no son sencillas de fabricar, ya sea por el tamaño, la forma o el material con los requerimientos necesarios para su fin, entre otros. Ante esta problemática, se planteó como una posible solución la implementación de la impresión 3D, específicamente con arcilla de construcción. De aquí surgió el principal objetivo de este proyecto: extruir dicha arcilla con las condiciones de diseño de la máquina necesaria para posibilitar la impresión 3D de bloques modulares de construcción en tierra. El proyecto se centró en el diseño y construcción de un prototipo de extrusora. Como parte de la validación, se propuso realizar la impresión 3D de algunos diseños de ladrillos modulares desarrollados por la facultad de Arquitectura. Para la impresión 3D, fue necesario programar las trayectorias requeridas en el robot Motoman, con el objetivo de dar forma tridimensional al ladrillo de arcilla elaborado. Se realizaron pruebas funcionales con el objetivo de evaluar el comportamiento integral de cada uno de los subsistemas que conforman el proyecto. Estas pruebas permitirán verificar el desempeño del sistema mecánico, el sistema eléctrico y el módulo de programación de trayectorias implementado en el robot Motoman. En conclusión, los resultados experimentales confirmaron que la extrusora es capaz de trabajar de manera continua y precisa, con un rendimiento óptimo en el proceso de extrusión y con la consistencia necesaria para asegurar la repetitividad en futuras pruebas y aplicaciones de ladrillos modulares.
Abstract
Today, technology is present in almost everything around us, including architecture and construction; areas that, as their creation processes continue to innovate, require certain technological input at various stages. One of these is the construction of pieces with specific characteristics that are not easy to manufacture, whether due to size, shape, or the material's requirements for their purpose, among others. Faced with this problem, the implementation of 3D printing, specifically with construction clay, was proposed as a possible solution. This led to the main objective of this project: to extrude said clay under the machine's design conditions necessary to enable the 3D printing of modular building blocks in earth. The project focused on the design and construction of an extruder prototype. As part of the validation process, 3D printing of some modular brick designs developed by the Faculty of Architecture was proposed. For 3D printing, the required trajectories had to be programmed into the Motoman robot, with the goal of giving the clay brick a three-dimensional shape. Functional tests were performed to evaluate the overall performance of each of the project's subsystems. These tests will verify the performance of the mechanical system, the electrical system, and the trajectory programming module implemented in the Motoman robot. In conclusion, the experimental results confirmed that the extruder can operate continuously and precisely, with optimal performance in the extrusion process and with the consistency necessary to ensure repeatability in future modular brick tests and applications.
Palabras clave
Máquina, Arcilla, Impresión 3D, Extruir, Construcción en tierra
Keywords
Machine, Clay, 3D printing, Extrusion, Earth construction