Publicación: Diseño de una extrusora de monofilamento para impresión 3d de diámetro controlado
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Resumen en español
El presente documento es un paso a paso para diseñar una extrusora de monofilamento de impresión 3D de diámetro controlado, este proyecto nace de una necesidad en el área de polímeros de la universidad ECCI donde se busca incentivar y enseñar a los estudiantes acerca de los procesos de manufactura usados en polímeros, como la extrusión. En la universidad se encuentra un prototipo de extrusora de monofilamento en funcionamiento para uso exclusivo de la institución. Ahora se diseñará una segunda extrusora que será posteriormente fabricada, con la finalidad de complementar la primera y aumentar el número de estudiantes que pueden interactuar con este tipo de máquinas. El documento inicia con una exhaustiva búsqueda de información acerca de los diferentes componentes de una maquina extrusora y su función dentro de la misma, tipos de máquinas extrusoras, polímeros, clasificación, polímeros usados en el proceso de extrusión, manufactura aditiva entre otros temas de interés relacionados. El husillo extrusor es la pieza más importante en cualquier extrusora, por ende, se hace énfasis en el diseño de la geometría y como soportara las cargas aplicadas durante el proceso de extrusión, realizando estudios de movimiento y comprobando la resistencia del material. El diseño del husillo se basará en el libro de transformación de plásticos de V.K Savgorodny, y se modelará posteriormente en el software de ingeniería SolidWorks. Se hará un énfasis en el diseño del barril extrusor y el estudio de transferencia de calor, entendiendo mejor cómo se comportan los polímeros cuando se controlan variables como velocidad de corte y viscosidad, junto con el cambio de la temperatura. Se plantea la geometría, se seleccionarán materiales y especificaran tratamientos térmicos en cada pieza que compone la maquina extrusora, mencionando fabricantes y proveedores de los diferentes componentes comerciales y no comerciales de la máquina. Se realizarán cálculos de transmisión de potencia, selección de motorreductor, selección de cadena y piñones, diseño del conjunto de cabezal y boquilla de extrusión, diseño de unidad de enfriamiento, unidad de halado de filamento y unidad de arrollado para entrega de producto final. El proyecto se dividirá en dos mesas de trabajo. Es decir, se diseñan dos estructuras en perfil cuadrado con su respectiva lamina perforada y asegurada a la estructura, con el fin de sostener y nivelar todos los componentes de la extrusora. Se modelan todos las piezas comerciales y no comerciales de la extrusora en el software SolidWorks y finalmente se ensamblan todos los componentes y unidades en un solo documento 3D. Anexando los planos de fabricación 3D y las fichas técnicas y cotizaciones de los fabricantes y proveedores. Se adjuntan fichas técnicas de calidad, manuales de usuario y mantenimiento y los Scripts de Matlab usados para facilidad de cálculos.
Resumen en inglés
This document is a step-by-step guide for designing a 3D printing monofilament extruder with controlled diameter. This project arises from a need in the polymer department of ECCI University, where the goal is to encourage and teach students about manufacturing processes used in polymers, such as extrusion. The university currently has a functional monofilament extruder prototype for exclusive institutional use. A second extruder will now be designed and later manufactured to complement the first one, increasing the number of students who can interact with these types of machines. The document begins with an extensive review of information about the different components of an extruder machine and their functions, types of extruders, polymers, classification, polymers used in the extrusion process, additive manufacturing, and other related topics of interest. The extruder screw is the most critical part of any extruder, so emphasis is placed on the design of its geometry and how it will support the applied loads during the extrusion process. Motion studies and material strength tests are performed. The screw design will be based on the book Plastic Transformation by V.K. Savgorodny and will later be modeled in SolidWorks engineering software. Special attention will be given to the design of the extruder barrel and the study of heat transfer, with a better understanding of how polymers behave when variables such as cutting speed, viscosity, and temperature changes are controlled. The geometry will be proposed, materials will be selected, and thermal treatments will be specified for each component of the extruder. Manufacturers and suppliers of both commercial and non-commercial components will be mentioned. Power transmission calculations will be made, along with the selection of the geared motor, chain, and sprockets. The design of the extrusion head assembly, nozzle, cooling unit, filament pulling unit, and winding unit for the final product delivery will also be included. The project will be divided into two workstations. That is, two square profile structures will be designed with perforated plates secured to the structure to support and level all extruder components. All commercial and non-commercial parts of the extruder will be modeled in SolidWorks, and finally, all components and units will be assembled into a single 3D document. 3D manufacturing plans, technical sheets, and quotations from manufacturers and suppliers will be attached. Technical data sheets, user manuals, maintenance manuals, and Matlab scripts used for calculations will also be included.
