INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERÍA Y TECNOLOGÍAS AVANZADAS

“Prototipo de impresora 3D mediante estereolitografía”

Dr. Jiménez Pérez José Luis

Colaboradores: Vieyra Pincel Pavel

Dr. Castañeda Galván Adrián Antonio

Contenido Resumen

Objetivo

Justificación

Introducción

Caracterización óptica

Configuración

Control

Programación

Conclusiones

Resumen

La mayoría de los sistemas para la generación de prototipos son desarrollados en el extranjero, esto provoca que el costo de adquisición del sistema y por lo tanto el de los prototipos creados por los mismos se vea incrementado.

Con este trabajo se pretende implementar un sistema de curado de resina UV mediante láser de 405 nm (impresora 3D) usando la técnica de estereolitografía, para crear prototipos en tres dimensiones de geometrías simples (cilindros huecos, cubos, óvalos huecos extruidos), a fin de sentar las bases para desarrollar esta tecnología en México.

Objetivo

Realizar el diseño y construcción de una impresora 3D de resina fotosensible mediante láser UV, con el fin de realizar el curado de dicha resina para crear prototipos de geometría simple en tres dimensiones mediante la técnica de estereolitografía.

Justificación

El prototipado rápido por medio de impresión 3D en México es una tecnologíaque tiene un incipiente desarrollo y por lo tanto es un sin numero deoportunidades. El desarrollo de esta tecnología en nuestro país esfundamental para competir en el mercado mundial a futuro y así reducircostos de adquisición de impresoras 3D.

Mediante el desarrollo de esta tecnología se permitirá a los diferentes sectoresde la sociedad tener acceso a las impresoras 3D de forma más fácil yeconómica, además esta herramienta posibilita un mejor desarrollo de laingeniera en el país.

IntroducciónLa impresión 3D es un grupo de tecnologías defabricación por adición o selección de materialdonde un objeto tridimensional es creadomediante la superposición de capas sucesivas.Las impresoras 3D son por lo general másrápidas, más baratas y más fáciles de usar queotras tecnologías de fabricación por adición,ofrecen a los desarrolladores de producto, lacapacidad para imprimir partes y montajeshechos de diferentes materiales con diferentespropiedades físicas y mecánicas, a menudo conun simple proceso de montaje. (Impresión 3d,2014).

Estereolitografía (SLA)

La tecnología SLA construyemodelos empleando un láserU.V. que cura resina liquidafotocurable, que capa por capacrea modelos en tresdimensiones.

Impresoras 3D en el mercado

• FormLabs

• 3D Systems

• Cube 3D printer

• MakerBot

Resina fotocurable

• La resina fotocurable es un fotopolímero, considerando una definición amplia, es una formulación cuya base es un polímero orgánico cuya característica principal es que es sensible a la luz de determinada longitud de onda.

Comparativa resinas de curado U.V.

Estudio de espectro de absorción

Espectroscopia fotoacústica para estudio de resina U.V.

Análisis de curado de resina empleando PA

Ajuste de espesores vs. tiempo

Láser Cube 405 nm

Curado de resina U.V. empleando láser de 405 nm

Comportamiento de curado de la resina

Configuración A impresora 3D

CAD Impresora 3D Montaje

Construcción de plataforma de extrucciónEn esta etapa se ocupo un actuador con una resolucion y recorrido de 10.5 cm. Se acoplo a una plataforma de aluminio hecha a la medida en donde se formaran las impresiones.

Contenedor de resina

En el contenedor se almacenara la resina UV, se fabrico en vidrio de 4mm de espesor.

Control

El control de los sistemas de la impresora 3D se realiza mediante una tarjeta que cuenta con un microcontrolador.

Control de motor a pasos

El actuador lineal mencionado anteriormente trabaja con un motor a pasosunipolar, para obtener un control sobre dicho motor.

Control de espejos para el escaner

Para realizar el control del sistema deespejos para el escaner se obtuvo unatabla con los puntos de la figura.

Programación y control de espejos escaners

Programación y control de espejos escaners

ConclusionesMediante la investigación, experimentación y construcción concluimos que es posible usar la resina U.V. fabricada en nuestro país y aplicarla en la impresión 3D teniendo resultados favorables en el curado con uso de laser U.V.

De los estudios de espectroscopia fotoacústica se obtuvieron los siguientes parámetros:

• El espectro de absorción de la resina, sienta las bases para trabajos posteriores relacionados con curado U.V.

• El comportamiento del curado de la resina, que se lleva a cabo por pequeñas capas además de que tiene un crecimiento exponencial

• La transmisión de la potencia del láser en la resina se da de forma gaussiana y de la superficie hacia el fondo, con esto es posible realizar modelos sin el uso de soportes.

Productos hasta ahora del proyecto

• Asistencia a Congresos:

1. Study of the solidification dynamic of a photocurable resin by photoacoustic, XVII International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena (ICPPP17), Jiangsu, China, from October 20 to 24, 2013.

2. Porto Portugal 20th European Conference on Thermophysical (ECTP), Porto Portugal, Agosto 31 - Septiembre 04, 2014

• Publicación de trabajos Internacionales:

1. Titulo: Photoacoustic study of curing time by UV laser radiation of a photoresin with different thickness, Thermochimica Acta (aceptado parapublicación, Diciembre, 2014)

Gracias por su atención