Control de movimiento en la impresión 3D

Impresora 3D industrialLa impresión 3D solía ser un concepto abstracto. Era algo sacado de la ciencia ficción. O era lo que un niño pensaba que pasaría cuando ponía su juguete favorito bajo la tapa de la fotocopiadora de sus padres y esperaba que saliera otro... ¿no? ¿Sólo yo?

Hoy en día, la impresión 3D es algo muy real. Lo que antes era una tecnología rara y exclusiva ahora está ampliamente disponible. No sólo se está haciendo conocida, sino que se está convirtiendo en una parte cada vez más importante del proceso de diseño y fabricación. Crear prototipos y piezas conceptuales nunca ha sido tan fácil. Pero nada de esto sería posible sin la tecnología de control de movimiento preciso.

¿Para qué se utiliza la impresión 3D?

Impresora 3D con opciones de filamentoLa creación de conceptos de diseño y prototipos es una parte fundamental del proceso de ingeniería. En muchos casos, los ingenieros tendrían que emplear un tiempo y unos recursos considerables en la fabricación completa de piezas que luego se desecharían tras un solo uso. Ahora, los ingenieros pueden renunciar a fabricar costosos moldes para fundir prototipos y, en su lugar, diseñar su pieza en un ordenador e imprimirla con una impresora 3D. Este proceso se conoce ahora como prototipado rápido.

Aunque la creación rápida de prototipos es uno de los principales usos de las impresoras 3D, la impresión 3D también puede utilizarse para la producción. Algunas piezas son difíciles de fabricar por otros métodos. La fundición tradicional no permite crear estructuras huecas. Y con las mejoras introducidas a lo largo de los años, las impresoras 3D pueden imprimir piezas con una gran variedad de materiales diferentes, como diversos plásticos, ceras y metales. Incluso pueden cambiar de material a mitad de la impresión. Especialmente para las piezas personalizadas, la impresión 3D se está convirtiendo en una herramienta de fabricación cada vez más importante.

En los últimos años, la impresión 3D se ha convertido en algo para los aficionados y otros individuos fuera del mundo empresarial. Hay decenas de fabricantes de impresoras 3D de sobremesa. Las ediciones recientes de Windows incluyen programas de construcción, visualización e impresión de modelos 3D por defecto. Los juguetes, las artesanías y las herramientas se pueden hacer fácilmente con las impresoras 3D en cuestión de horas o incluso minutos. De hecho, muchas de nuestras demostraciones en AMC tienen piezas impresas en 3D con la impresora de sobremesa de nuestro laboratorio.

¿Cómo funciona?

impresora 3d de control de movimientoExisten algunas variantes de métodos de impresión en 3D. Sin embargo, la mayoría de las impresiones en 3D se realizan añadiendo capa a capa de filamento de impresión dispensado desde una boquilla. La serie de capas se define mediante un archivo de código G, normalmente generado por un programa de corte en un ordenador basado en un modelo CAD 3D.

El filamento se funde antes de salir de la boquilla como material de impresión, pero se enfría y endurece rápidamente después de salir. La primera capa de la impresión se imprime en la placa de construcción de la impresora, que a veces se calienta para que el filamento de la parte inferior quede pegado a ella. La boquilla se mueve a lo largo de un sistema de pórtico de doble eje para extraer cada capa. Una vez completada cada capa, se baja la placa de construcción y la boquilla comienza a imprimir la siguiente capa sobre la anterior. Poco a poco, la impresión se construye capa a capa. En los casos en los que una capa sobresale por encima de las anteriores, la impresora puede generar material de soporte, una fina capa de filamento que soporta las capas que sobresalen mientras se enfrían, pero que puede romperse fácilmente para el producto final.

Componentes controlados por movimiento

carril de boquillas para impresoras 3d con control de movimientoTanto el movimiento horizontal del pórtico de boquillas como el movimiento vertical de la placa de impresión deben moverse y posicionarse con precisión. El material sale en pequeños incrementos, pero el solapamiento o la divergencia excesiva dentro de la misma capa puede hacer que la impresión sea muy desordenada. La boquilla de la impresora tiene que moverse con mucho cuidado para dibujar la forma de cada capa, que puede consistir en partes completamente separadas para algunas capas de ciertas formas. Hay muy poco margen de error. Y si la boquilla está demasiado cerca o demasiado lejos de la placa de impresión, el filamento no se pegará correctamente.

Todo el movimiento y el posicionamiento de la placa de impresión se realiza normalmente con algún tipo de actuador lineal. El pórtico de boquillas, en cambio, suele utilizar motores lineales o motores paso a paso con correas para lograr el posicionamiento y el movimiento necesarios. Y donde hay un motor paso a paso o un motor lineal, debe haber algún tipo de accionamiento, a menudo un servoaccionamiento.

diseño alternativo de la impresora 3dDesde DriveWare actualización 7.4.2, ADVANCED Los servoaccionamientos digitales de Motion Controls pueden proporcionar un control en bucle cerrado para motores paso a paso bifásicos y trifásicos. Además, nuestros accionamientos pueden controlar motores lineales como cualquier otro motor de corriente continua. En el caso de las impresoras 3D que utilizan varios motores para controlar el mismo eje de movimiento, nuestros accionamientos pueden comunicarse entre sí a través de una red para lograr una sincronización perfecta.

Otro componente crítico de control del movimiento se encuentra en el extrusor, el mecanismo de alimentación que empuja y tira del filamento a través de la boquilla. el material no siempre fluye a través de la boquilla. Es necesario que se detenga cuando la boquilla se mueve por encima de un hueco en la capa y mientras la placa de construcción está bajando. El flujo de la boquilla también necesita ser regulado cuando la boquilla se mueve a través de diferentes geometrías. Por ejemplo, si la boquilla sigue extruyendo material a una velocidad continua cuando hace un giro brusco, puede terminar con el hinchamiento de las esquinas. Es necesario reducir el caudal de material durante la curva para conseguir un grosor uniforme sin oleaje.

Sistema de control de movimiento

Impresora 3D con sistema de control de movimiento

En una impresora 3D hay muchas piezas móviles diferentes, cada una de ellas controlada por servomotores, pero ¿cómo se unen en un sistema coordinado? Ahí es donde se necesita algo como el sistema de control de movimiento Click&Move de AMC. ADVANCED Motion Controls ha desarrollado Click&Move soluciones para hacer funcionar varias impresoras 3D diferentes. Click&Move es capaz de coordinar todos los ejes con diferentes tipos de motor y utilizar el código g para generar sin problemas una impresión 3D perfecta. AMC incluso ha desarrollado un bloque de funciones personalizado para Click&Move que elimina el problema anteriormente mencionado de las esquinas.

Click&Move también puede utilizarse para coordinar fácilmente sistemas con múltiples boquillas de impresión, utilizados para fabricar piezas individuales con diferentes materiales o colores. Dado que Click&Move no se limita específicamente al control del movimiento, puede regular aspectos como la temperatura de las boquillas y de la placa de impresión, por lo que los desarrolladores no tienen que crear un sistema independiente para ello.

El Click&Move puede integrarse fácilmente en una impresora 3D con una de nuestras tarjetas de control de automatización del movimiento (MACC). El programa Click&Move se almacena en la MACC y se conecta a los servoaccionamientos. Click&Move también puede ejecutarse desde un PC. Además, Click&Move es modular y escalable, por lo que es muy fácil para un fabricante de impresoras 3D seguir utilizándolo para futuros modelos de impresoras 3D a medida que su línea de productos evoluciona.

Si está desarrollando una impresora 3D, póngase en contacto con nosotros para que le ayudemos a diseñar el control de movimiento para hacerla funcionar. Veremos si ADVANCED Los servoaccionamientos de Motion Controls o Click&Move pueden ser la solución para usted.

 

por Jackson McKay, ingeniero de marketing

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