Diseño de una extrusora para filamento de impresión 3D

Abstract

Actualmente existen equipos de extrusión de escritorio que producen filamento, pero trabajan sobrecalentando el material. En general los plásticos están destinados sólo a un ciclo térmico, por lo que no existe preocupación por la degradación producida en los plásticos a raíz de temperaturas excesivas. El propósito general de este trabajo consiste en diseñar una máquina capaz de tratar materiales termoplásticos disminuyendo su degradación, para generar a partir de éstos, un filamento útil para impresoras 3D FDM. Para lo anterior se estudia el comportamiento de una extrusora previamente diseñada y partes fabricadas, para luego definir la geometría general y las variables de diseño adecuadas para representar convenientemente un calefactor para extrusión de filamento. Una vez definida la forma general del calefactor, se modela a partir de diferencias finitas su campo de temperaturas en operación. Para lograr la solución de las ecuaciones desarrolladas, se programó una aplicación computacional en lenguaje Java, permitiendo su fácil utilización en la mayoría de los sistemas operativos existentes, desplegando la solución del problema sin un equipo computacional avanzado. Este programa resuelve un calefactor específico, con medidas, materiales y estado de operación particular, entregando el campo de temperaturas de todo el equipo. Posteriormente, se definieron variables de desempeño e índices de desempeño que caracterizan un calefactor en particular y su estado de operación, permitiendo su comparación frente a otros equipos y escenarios. Los índices de desempeño y el programa previamente desarrollado, se utilizaron para crear una nueva aplicación computacional que modifica variables de diseño y mide desempeño de las variaciones. Con esto, se estudiaron todas las variables geométricas que influyen en la creación del calefactor, para así, definir la forma final del equipo a través de la optimización de dichas variables. Se finaliza el trabajo con un diseño sencillo, de fácil construcción y optimizado, capaz de trabajar con distintos materiales termoplásticos. Para ello, se utilizan los mismos programas desarrollados para la optimización del diseño, para perfeccionar el funcionamiento para un material en específico.