Diseño y fabricación de una impresora 3d de cabezales intercambiables para la empresa JJR Servicios Generales SRL

Abstract

En la presente tesis se diseña y construye una impresora 3D de cabezales intercambiables para uso laboral (26 x 26 x 30 cm) en la empresa JJR SERVICIOS GENERALES SRL en la ciudad de Cajamarca. Las entrevistas a los trabajadores de la empresa mencionada y gracias a la revisión de las normas de diseño se definieron las necesidades pendientes. Se generaron 4 conceptos alternativos para la estructura y el extrusor de la impresora, siendo evaluados a través de una matriz ponderada para seleccionar el concepto óptimo. El láser que se implementó a la impresora se eligió sin ayuda de la matriz porque no existen diferencias mayores, debido a que sólo varía la potencia y la longitud de láser. Luego se realizó el diseño de configuración al concepto seleccionado para así determinar las dimensiones más importantes de la máquina. Después se ejecutaron dos estudios de parametrización: la primera a través de una simulación MEF (Método de Elemento Finito) en ANSYS – WORKBENCH a la estructura realizando análisis estático, de fatiga y modal obteniendo resultados de esfuerzos de Von Misses (σ’), factores de seguridad (FS), deformaciones (ẟ) y la frecuencia a la cual entra en vibración (Hz); el segundo estudio se realizó a través de GUI – MATLAB para obtener la velocidad a la cual obtenemos una impresión óptima variando el costo de energía eléctrica y la potencia de los motores. La parametrización realizada por los softwares de ingeniería resultó ser una excelente ayuda para la toma de decisiones al analizar los componentes críticos. Los rangos adecuados de impresión fueron de: Largo 200 - 260 mm, ancho 200 a 260 mm, alto 250 - 300 mm. La estructura de aluminio código N° 052204 siguiendo el modelo de la impresora Tronxy y la configuración del boceto N°1 con motores en la parte superior y el carrete al costado resultaron ser óptimos para su funcionamiento. El análisis MEF-ANSYS favoreció al perfil de aluminio 30x30 con un 𝜎′=10.933 MPa, 𝐹𝑆𝑚𝑖𝑛=7.8841, 𝛿𝑚𝑎𝑥=0.3305 mm y alcanza la vibración en 47.91 Hz. El rango óptimo de velocidades de impresión según la GUI fue 2.22 mm/s. El presupuesto total del equipo fue de S/. 1491, Retorno de Inversión (ROI) fue de 1.403%, el Valor Actual Neto (VAN) fue de S/. 2446.91, la Tasa de Retorno de Inversión (TIR) fue de 38% y el Periodo de Retorno de Inversión (PRI) fue de 2.58 meses. La máquina ofrece un diseño económico muy prometedor para su construcción. El seguimiento estricto de una metodología de diseño confirmó una sucesión muy saludable para el proceso total de diseño.