Koala 3D: Impresora 3D capaz de fabricar objetos de altura mayor que su propia altura

Abstract

Actualmente las herramientas de fabricación están limitadas a producir objetos cuyas dimensiones no sobrepasen los límites de su volumen de manufactura. En el caso de las impresoras 3D la relación entre el volumen de manufactura y el tamaño de la máquina se aproxima a la unidad debido a su principio de funcionamiento. Lipson comenta en su libro Fabricated que es posible aumentar esta relación al infinito si es que la impresora 3D se acopla a un mecanismo que se mueva libremente por el espacio. En el presente trabajo se relata el proceso de desarrollo y caracterización de Koala 3D, una impresora 3D móvil que es capaz de fabricar objetos de mayor tamaño que su propia altura. Esto lo hace gracias a que continuamente modifica la posición de su volumen de manufactura al trepar la pieza (estructura) que va imprimiendo en paralelo. El desarrollo de Koala 3D se hizo dividiendo el prototipo en dos subconjuntos: una impresora 3D y un robot trepador. Para el diseño de la parte impresora se basó en modelos que funcionan mediante el método de modelado por deposición fundida e innovándose en el mecanismo que posiciona el material sobre el área de manufactura. La parte trepadora se diseñó procurando que se moviera con precisión a lo largo de la estructura impresa y que fuera capaz de soportar largas sesiones de manufactura. Para el control del prototipo se emplearon plataformas y programas dedicados al rubro de la impresión 3D que se utilizan ampliamente en comunidades hágalos-usted-mismo . El hardware Ramps 1.4 fue capaz de operar ambas partes a pesar de no estar diseñada para el control de un robot trepador o móvil. El firmware Marlin cargado en el controlador de la máquina facilitó la interacción entre el usuario y el prototipo mediante la utilización del código máquina. Luego de fabricados y calibrados los distintos mecanismos del sistema se finalizó el trabajo caracterizando y estudiando el desempeño del prototipo. La energía consumida y la calidad de los objetos manufacturados fueron similares a impresoras de escritorio utilizadas en la actualidad. También se estudiaron las oscilaciones del sistema al manufacturar una pieza estandarizada, analizando las implicancias del diseño en este fenómeno y dando recomendaciones para trabajos futuros.