Diseño de sistema de movimiento cartesiano y preparación de material de impresora solar 3D alimentada por energía fotovoltaica

Abstract

Este proyecto se desarrolla en el marco de los programas de memorias multidisciplinarias del programa "Beauchef Proyecta" de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM), de la Universidad de Chile. Se origina a partir de los esfuerzos que existen para obtener nuevos métodos de fabricación de materiales en el área de la ingeniería y arquitectura, aplicando una visión sustentable en el proceso. El equipo que trabajó en este proyecto estuvo compuesto de alumnos memoristas de la carrera de Arquitectura y de Ingeniería Civil Mecánica de la Universidad de Chile. En el presente informe se da a conocer el proceso de obtención del diseño, tanto del sistema de movimiento cartesiano de la cama de polvo y el diseño del sistema fotovoltaico de alimentación. El sistema de movimiento cartesiano (X, Y, Z) tiene como objetivo el desplazamiento del sistema de cama de polvo, en cuya superficie se encuentra el punto focal del lente de Fresnel, que describe su movimiento en función del movimiento del sistema de concentración solar. Este punto focal en la superficie, después de un tiempo de exposición sinteriza el material, siendo el caso estudiado es arena, ocurre un proceso de vitrificación. La segunda parte del estudio consiste en el dimensionamiento y diseño de un sistema fotovoltaico para la alimentación eléctrica de la impresora solar, así dependiendo su funcionamiento completamente de la energía solar. El desplazamiento en los ejes cartesianos del sistema de cama de polvo está dado por el accionamiento de motores paso a paso, de los cuales se transforma movimiento rotacional en lineal. El movimiento en X-Y de la cama de polvo está dado por un sistema de ruedas que se desplazan por sus respectivos perfiles de soporte, con una carrera suficiente para que se pueda abarcar el área de impresión máxima que entrega el lente (500X500 [mm]). Para el dimensionamiento de sistema fotovoltaico, se realizó un estudio de distintas bases de datos solares realizados en el territorio nacional, de los cuales se extrajeron: Irradiación [kW/h], Radiación [W/m2] y los ángulos solares. Esto permitió determinar la zona del país donde hay más recurso solar. También fue necesario un cálculo estimativo de la potencia de funcionamiento requerida por la impresora solar, para así poder calcular la capacidad de generación eléctrica del sistema fotovoltaico. Si bien el trabajo original contemplaba también la construcción de este sistema, debido a la contingencia mundial, no se pudo realizar. Aun así, este proyecto dará pie como antecedente a futuros modelos de impresoras 3D que se basen en materiales no convencionales y que implementen energías renovables no convencionales en su funcionamiento.