Prototipo de Impresora 3D reutilizando desechoelectrónico (e-waste) en su construcción, y usode botellas PET como material de impresión

Paulo Roberto Loma Marconiprlomarconi@gmail.com

Abstract

Implementación de un prototipo básico deImpresora 3D con la técnica FDM aplicandobotellas plásticas PET desechables reempla-zando el tradicional PLA/ABS como material deimpresión, adaptación de desecho electrónico(e-waste) para la construcción del extrusor y laestructura. Implementación de diseño propio deelectrónica y Firmware-Software para el controlde temperatura PID por Efecto Joule, controlde motores paso a paso (mPaP), operación ymonitoreo general, algoritmos descriptor Gcodey posicionamiento 3D.

Keywords – Impresora 3D, FDM, Manufac-tura por Adicción, Matlab, Visual Studio,C/C#, extrusor, DIY, Efecto Joule, Termo-cupla, Control PID discreto, Sketchup CAD,e-waste, adaptación, PET, reciclado, descriptorGcode, RTOS, PIC18F4550, PICCS, USB modobulk.

I. Introducción

Durante el proceso de construcción de una impresora3D existen dos problemas que fueron identificados; la im-portación de componentes electrónicos (controladores) yelectromecánicos (extrusor) específicos para impresoras3D, y la dependencia en la importación del material deimpresión plástico tipo PLA/ABS.

Por tanto, el objetivo fue la implementación de un pro-totipo básico alternativo de Impresora 3D reutilizando yadaptando desecho electrónico (e-waste) en el proceso deconstrucción, además del empleo de botellas PET desecha-bles como material de impresión, aplicando la técnica FDM(Modelación por Deposición Fundida).

II. Desarrollo del prototipo

La figura 1 describe en diagrama de bloques el esquemageneral de funcionamiento para su respectiva implemen-tación.

A. Construcción mecánica del extrusor y estructuracompleta.

Se dispuso la adaptación de e-waste y componentes defácil adquisición en tiendas locales, para ninguna etapase recurrió a la importación de componentes exclusivospara Impresoras 3D.

La construcción empezó con la elección de los compo-nentes y herramientas electromecánicas, luego se reali-zó el modelo CAD del extrusor utilizando la herramientaSketchup, figuras 2 y 3.

B. Alimentación del material

El tipo de alimentación del material plástico PET pica-do es manual, luego es transportado por inyección haciael Licuefactor, figura 4.

También puede usarse rollo de plástico PET obtenidodirectamente de la botella gracias a un procedimientomanual de corte, figura 5.

C. Calentamiento por Efecto Joule

Se realiza la construcción del Licuefactor con un nozzle(boquilla) de bronce para hornillas a gas y una resistenciaeléctrica tipo niquelina, todo debe ser aislado de formaeléctrica y calorífica, figura 6.

D. Extrusión

Se aplica la técnica por Inyección donde la barra ros-cada esta acoplada al extrusor, figura 2; que transfiereel movimiento rotacional del motor mPaP en movimientovertical lineal.

E. Robot cartesiano y posicionamiento 3D

La estructura completa del prototipo respeta la con-figuración del robot cartesiano, para cada eje existe unmPaP unipolar o bipolar. En los 3 casos, el eje y/o caja deengranajes del motor tiene acoplado una polea dentadaque transfiere el movimiento rotacional en movimientolineal, las barras lisas permiten que el movimiento lineal

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Figura 1: Esquema general de funcionamiento del prototipo.

Figura 2: Modelo CAD del extrusor.

uniforme reduzca su fricción, y las abrazaderas conec-tan eje con eje para completar la configuración de robotcartesiano, figura 8.

F. Diseño electrónico

El diseño electrónico completo (Schematic), layout dela placa PCB y modelo CAD, se realizó en Proteus 8.0.

1) MCU PIC18F4550 y comunicación USB

La ejecución del Firmware está a cargo del MCUPIC18F4550, cuya característica principal es el móduloUSB 2.0 integrado, además de su fácil adquisición y ba-jo costo. El tipo de transferencia USB que se aplica esBulk mode con tipo de clase CC(Custom Class), figura9.

Figura 3: Extrusor construido y ensamblado.

Figura 4: Alimentación del material plástico PET.

2) Esquema electrónico de los cuatro motores mPaPX, Y, Z y E

Se usan cuatro mPaP e-waste de diferentes caracterís-ticas y dimensiones, un bipolar para el eje X; dos unipo-lares para el eje Y, Z y un unipolar para el extrusor E.El controlador es de medio paso para todos los motores,

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Figura 5: Rollo de plástico PET.

Figura 6: Licuefactor eléctrica-caloríficamente aislado.

Figura 7: Construcción del pistón.

Figura 8: Disposición mecánica de posicionamiento 3D.

y está a cargo de IC L297+IC L298, para el motor bi-polar; y IC L297+array Darlington , para los motoresunipolares; figura 10.

3) Efecto Joule por PWM y Mosfet

Para el calentamiento por Efecto Joule en el Li-cuefactor, se aplica control PID por PWM desde el MCU18F4550, cuyo actuador es un Mosfet de potenciaIRL3803, conectado en paralelo con una fuente de vol-

control

termocupla RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN2/VREF-/CVREF4RA3/AN3/VREF+5RA4/T0CKI/C1OUT/RCV6RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT7RA6/OSC2/CLKO14OSC1/CLKI13

RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA33RB1/AN10/INT1/SCK/SCL34RB2/AN8/INT2/VMO35RB3/AN9/CCP2/VPO36RB4/AN11/KBI0/CSSPP37RB5/KBI1/PGM38RB6/KBI2/PGC39RB7/KBI3/PGD40

RC0/T1OSO/T1CKI 15RC1/T1OSI/CCP2/UOE 16

RC2/CCP1/P1A 17

VUSB18

RC4/D-/VM 23RC5/D+/VP 24RC6/TX/CK 25

RC7/RX/DT/SDO 26

RD0/SPP0 19RD1/SPP1 20RD2/SPP2 21RD3/SPP3 22RD4/SPP4 27

RD5/SPP5/P1B 28RD6/SPP6/P1C 29RD7/SPP7/P1D 30

RE0/AN5/CK1SPP 8RE1/AN6/CK2SPP 9RE2/AN7/OESPP 10

RE3/MCLR/VPP 1

UPIC

PIC18F4550VDD=+5V_PICVSS=GND_PIC

XPICCRYSTAL

CPIC3

15pFCPIC4

15pF

GND_

PIC

14

13

1413

VCC1D+3D-2GND4

USB

USBCONN

D+D-

GND_PIC

GND_

PIC

CPIC5

220nF

MRCL

bootloader D+D-

PIC

dirXdirYdirZdirEclockXclockYclockZclockE

+5V_PIC

GND_PIC

PULSOS

GLALGLC

RPIC1220R

RPIC2220R

GND_

PIC

LED_USB

GND_

PIC

PIN_USB_SENSE

RB2RPIC8100k

RB2

CPIC1100nF

GND_PIC

+5V_PIC

DPIC1

1N4007

MRCL

CPIC2100nF

GND_PIC

+5V_PIC

DPIC2

1N4007

bootloaderRPIC41k

RB7

RB6

RB7RB6

RPIC7220R

RPIC6100k

1 2

JPICSIL-100-02

RPIC310k RPIC5

10k

1/32/4

RESET

12

BOOT

Figura 9: Esquemático electrónico MCU PIC18F4550.

taje de +19, 5[V ] y 4[A] actuando sobre la niquelina de6[Ω], otorgando una potencia de 63[watts], figura 11.

4) Acondicionamiento de señal de Termocupla K

Para lograr el acondicionamiento y su compensaciónanalógica correctamente, se debe plantear el problemasegún la tabla 1, seguido del análisis y obtención de va-lores mediante la figura 12 y desarrollo matemático (1)

Temperatura Voltaje Sensibilidad

Termocupla K 0 − 300[°C] 0 − 5[V ] Sk = 40, 5[uV

°C

]

LM35 0 − 150[°C] 0 − 5[V ] α = 10, 0[mV

°C

]

Tabla 1: Condiciones de implementación.

S = Vmax − Vmin

Tmax − Tmin

S1 = 33, 3[mV

°C

]; S2 = 16, 7

[mV

°C

](1)

bloque de ganancias,

G1 = S1α

= 3, 33; G2 = S1α

= 412 (2)

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IN15IN27

ENA6

OUT1 2

OUT2 3

ENB11 OUT3 13

OUT4 14

IN310IN412

SENSA1SENSB15 GND

8

VS

4

VCC

9 UX2

L298RX30.5R

RX20.5R

GND_MX2GND_MX1

GND_MX1

DX1DIODE

DX2DIODE

DX3DIODE

DX4DIODE

DX5DIODE

DX6DIODE

DX7DIODE

DX8DIODE

RX122k

+5V_MX1CX13.3nF

CX2100nF

GND_MX1

+5V_MX2 CX3100nF

GND_MX2

+5V_MX1

HALF/FULL19CW/CCW17CLOCK18

HOME3

RESET20 A 4B 6C 7D 9

INH1 5INH2 8

ENABLE10

SYNC 1

CONTROL11

OSC16 VREF15

SENS1 14SENS2 13

VCC

12

GND

2

UY1

L297

RY122k

+5V_MY1CY13.3nF

GND_MY1

AYBYCYDY

Motores

dirXclockX

+5V_MX1

GND_

MX1

dirYclockY

+5V_MY1

GND_

MY1

HALF/FULL19CW/CCW17CLOCK18

HOME3

RESET20 A 4B 6C 7D 9

INH1 5INH2 8

ENABLE10

SYNC 1

CONTROL11

OSC16 VREF15

SENS1 14SENS2 13

VCC

12

GND

2

UX1

L297

123456

JY2

SIL-100-06

1234

JX2

SIL-100-04

1 2 3 4

JX1SIL-100-04

+5V_MX1 +5V_MX2

GND_MX11 2 3 4

JY1SIL-100-04

RX41k

52% 132

RX5

10k

+5V_MY1RY41k

50% 13

2

RY5

10k

QY1TIP122

QY2TIP122

QY3TIP122

QY4TIP122

RY61k

RY71k

RY81k

RY91k

+5V_MY2

DY1DIODE-ZEN

DY2DIODE-ZEN

DY3DIODE-ZEN

DY4DIODE-ZEN

GND_MY1

AY

BY

CY

DY

GND_

MY2

CY2

100nF

GND_

MY2

HALF/FULL19CW/CCW17CLOCK18

HOME3

RESET20 A 4B 6C 7D 9

INH1 5INH2 8

ENABLE10

SYNC 1

CONTROL11

OSC16 VREF15

SENS1 14SENS2 13

VCC

12

GND

2

UZ1

L297

RZ122k

+5V_MZ1CZ13.3nF

GND_MZ1

AZBZCZDZdirZ

clockZ

+5V_MZ1

GND_

MZ1

123456

JZ2

SIL-100-06

1 2 3 4

JZ1SIL-100-04

+5V_MZ1

RZ41k

35% 13

2

RZ5

10K

QZ1TIP122

QZ2TIP122

QZ3TIP122

QZ4TIP122

RZ61k

RZ71k

RZ81k

RZ91k

+5V_MZ2

DZ1DIODE-ZEN

DZ2DIODE-ZEN

DZ3DIODE-ZEN

DZ4DIODE-ZEN

RZ30.5R

RZ20.5R

GND_MZ1

1

23

UZ2:A

74HC08 GND=GND_MZ1VCC=+5V_MZ1

4

56

UZ2:B

74HC08 GND=GND_MZ1VCC=+5V_MZ1

AZ

INH1Z

BZ

9

108

UZ2:C

74HC08 GND=GND_MZ1VCC=+5V_MZ1

12

1311

UZ2:D

74HC08 GND=GND_MZ1VCC=+5V_MZ1

CZ

INH2Z

DZ

SENS1ZSENS2Z

SENS1Z

SENS2Z

GND_

MZ2

INH1ZINH2Z

CZ2

100nF

GND_

MZ2

HALF/FULL19CW/CCW17CLOCK18

HOME3

RESET20 A 4B 6C 7D 9

INH1 5INH2 8

ENABLE10

SYNC 1

CONTROL11

OSC16 VREF15

SENS1 14SENS2 13

VCC

12

GND

2

UE1

L297

RE122k

+5V_MECE13.3nF

GND_ME1

AEBECEDEdirE

clockE

+5V_ME

GND_

ME1

123456

JE2

SIL-100-06

1 2 3 4

JE1SIL-100-04

+5V_ME

RE41k

47% 13

2

RE5

10k

QE1TIP122

QE2TIP122

QE3TIP122

QE4TIP122

RE61k

RE71k

RE81k

RE91k

+12V_ME

DE1DIODE-ZEN

DE2DIODE-ZEN

DE3DIODE-ZEN

DE4DIODE-ZEN

RE30.5R

RE20.5R

GND_ME1

1

23

UE2:A

74HC08 GND=GND_ME1VCC=+5V_ME

4

56

UE2:B

74HC08 GND=GND_ME1VCC=+5V_ME

AE

INH1E

BE

9

108

UE2:C

74HC08 GND=GND_ME1VCC=+5V_ME

12

1311

UE2:D

74HC08 GND=GND_ME1VCC=+5V_ME

CE

INH2E

DE

SENS1ESENS2E

SENS1E

SENS2E

GND_

ME2

INH1EINH2E

CE2

100nF

GND_

ME2

GND_MY2

CX4470uF

GND_MX2

GND_MX1

+5V_MY1 +5V_MY2

GND_MY1 GND_MY2

+5V_MZ1 +5V_MZ2

GND_MZ1 GND_MZ2

+5V_ME +12V_ME

GND_ME1 GND_ME2

Figura 10: Esquemático completo de control mPaP.

obteniendo valores de Resistencia para el AmplificadorDiferencial(OP07) = UT2 de Ganancia G1

vo = R2R1

(v2 − 0) ; G1 = vo

v2= R2R1

= 3, 33

R2 = 330[Ω]; R1 = 100[Ω] (3)

reemplazando en el diseño de la figura 13

RT2 = RT4 = 330[Ω]; RT1 = RT3 = 100[Ω] (4)

calculando los valores de Resistencia para el Amplifi-cador Diferencial de Instrumentación(AD620) =UT3 de Ganancia G2, según la ecuación siguiente, y re-emplazando en el diseño de la figura 13

RG = 49, 4[kΩ]G2 − 1 = 120[Ω]; RGT = 120[Ω]

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GND_+19V QEXIRL3803

REX2100k

controlREX110R

Mosfet

12

JEX2

TBLOCK-I2

1 2

JEX1SIL-100-02

+19.5V OFF ON 24

13

DSW1

DIPSW_1

GND_EXT

Figura 11: Actuador, Mosfet de potencia.

Figura 12: Acondicionamiento de Termocupla.

Para completar el último paso, se debe aplicar la Leyde Circuitos Homogéneos y Metales Intermediossegún,

VTc,0 = VTc,Tf+ VTf ,0 (5)

y calculando los valores de Resistenca para el sumandorUT4,

vo =(

1 + R2R1

) v1R1

+ v2R2

1R1

+ 1R2

si, R1 = R2 = 10[kΩ] entonces,

vo = v1 + v2; vUT 4 = vUT 2 + vUT 3 (6)

5) Modelo CAD y grabado PCB

Finalmente, se construye el PCB respetando el área má-xima de soporte; una fuente de poder para PC, y reuti-lizando la mayor cantidad de componentes electrónicose-waste de placas dañadas, figura 14.

III. Desarrollo de Firmware

Programación Imperativa y Estructurada, la razónse debe a la aplicación del Lenguaje de ProgramaciónC sobre software compilador PICWHD con su respectivobootloader, además de la técnica Multitarea a través deun RTOS open-source; (OSA-RTOS) para PIC18F4550.

A. Estructura general

El algoritmo 1 describe en pseudo-código la estructurabase. En config hay 4 grupos grandes delimitados, MCUy Comunicación USB que están implícitamente relacio-nados; en cambio, RTOS depende del correcto funciona-miento de su propio grupo de instrucciones y la corres-pondiente compatibilidad con el MCU.

Hay que resaltar la omisión del clásico while loop enmain; se prescinde de él porque un RTOS gestiona mejorlas tareas de operación, control y comunicación.

Algoritmo 1: Estructura general.Input: Puertos I/OOutput: Actuadoresconfig

MCU;RTOS;Comunicación USB;Control;

defvariables;funciones;tareas RTOS;

maincall funciones;call tareas RTOS;

B. Función genérica: Inicio

Es la primera función genérica a llamar que inicializalas variables y módulos del MCU, algoritmo 2.

C. Tarea RTOS: Comunicación USB/descriptor Bulk-mode

La figura 15 muestra en diagrama de bloques los Bytesde Envió/Recepción de paquetes USB que implementa através del algoritmo 3.

D. Tarea RTOS: Control PID discreto de temperatura

Para implementar Control PID se debe obtener el mo-delo de la Planta(Licuefactor) Gp(s), se analiza los reque-rimientos de diseño, simulación en Matlab y finalmente,según el algoritmo 4 se implementa el controlador PID.

1) Análisis

El Software GUI cumple la función de obtener la res-puesta al escalón del Licuefactor Gp(s), registrando enun documento.txt los valores de sensor de Temperatu-ra Termocupla K cada Periodo de Tiempo de muestreo

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3

26

47

8 51

UT3

AD620

RGT120

GND_TCK

+5V_PIC

GND_TCK+12V

-12V

+12V

-12V

RT2330

RT1100

GND_

TCK

CT2

10nF

CT3

10nF

GND_

TCK

GND_

TCK

+12V

-12V

RT61k

RT51k

GND_

TCK

CT4

10nF

CT5

10nF

GND_

TCK

GND_

TCK

termocuplaRT71k

RT81k

CT1

100nFGND_

TCK

3

26

74 8

1

UT2

OP07

3

26

74 8

1

UT4

OP07

RT3100

RT4330

GND_

TCK

Termocupla

TCKrojo

TCKazul

1 2 3 4

JTCK1SIL-100-04

-12V +12V

GND_TCK

TCKrojo

TCKazul

12

JTCK2

TBLOCK-I2

12

JTCK3

TBLOCK-I2

27.0

3

1

VOUT 2

U1

LM35

GND_EXT

3

26

74

1 5

UT5

TL081

RT915k

+12V

-12V

CT610uF

GND_TCK

filtro pasa bajo 1Hz

Figura 13: Sensor de Temperatura Termocupla K.

Figura 14: Implementación electrónica completa.

Algoritmo 2: Función genérica: Inicio.Function Inicio()

ini valores mPaPnúmero de Pulsos XYZE = 0;periodo de Pulsos XYZE = 0;

ini constantes PIDi1 = e1 = d1 = 0;Kd = 4, 372 Kp = 4, 387 Ki = 0, 01457;Tiempo de muestreo: T = 10[s];

Kpz = Kp Kiz = KiT

2 Kdz = Kd

T;

config CCPFrecuencia_PWM = 3kHz;

config ADCCanal 0 = AN0;

config Timer0 para OsaRTOSFrecuencia = 1kHz para clock 48MHz;

config USBHabilitar módulo USB;Enumeración USB;

Algoritmo 3: Tarea RTOS: Comunicación USB.Function tarea USB()

if Recibir Byte >0 thennúmero de Pulsos XYZE = Recibir Byte[0:7];periodo de Pulsos XYZE = RecibirByte[8:13];DirMotor XYZE = Recibir Byte[14:17];dato Gla−Glc = Recibir Byte[18];referencia r(kT ) PWM = Recibir Byte[19];

if EnviarByte >0 thendato ADC[0-255] = Recibir Byte[0];dato ADC[256-1023] = Recibir Byte[1];estado mPaP XYZE = Recibir Byte[2];

delay = 100 [ms];

Tm[ms], la figura 15 muestra el procesamiento de los da-tos r(t), y(t) y actuador por PWM.

Aplicando una señal escalón a Gp a lazo abierto Gla

se obtiene la figura 16.Que exporta un documento.txt con Tm = 1000[ms]

para ser importado con la herramienta Ident Matlab, yproceder a la identificación del modelo SISO.

Finalmente genera la Función de Transferencia,

Gp(s) = 1, 49581 + 429, 15 s (7)

2) Diseño

Gracias a otra herramienta de diseño de controlador;Sisotool Matlab, se genera los parámetros y Función deTransferencia del Controlador Gc(s), figura 18

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Figura 15: Envío/Recepción de paquetes USB, y procesamiento del PWM para control PID.

Figura 16: Respuesta Gp al escalón, muestreado con elGUI.

Figura 17: Identificación del modelo con Ident Matlab.

Que resulta en:

Gc(s) = 0, 014574 (1 + s)(1 + 300 s)s

(8)

Kd = 4, 372 Kp = 4, 387 Ki = 0, 01457Mp = 2, 75 % tr = 127[s] ts = 507

3) Simulación

Se discretiza Gp, Gc y Glc según el código Matlab 1,para obtener la figura 19.

1 s=tf(’s’);2 Gp =1.4958/(1+429.15* s);3 Kd =4.372; Kp =4.387; Ki =0.01457;4 Gc=tf ([ Kd Kp Ki ] ,[1 0]); % Gc =0.014574*(1+ s)

*(1+300* s)/s

Figura 18: Controlador Gc(s) con Sisotool.

5 T=10; % tr /6 < T < tr /206 Kpz=Kp; Kiz=Ki*T/2; Kdz=Kd/T;7 Gpz=c2d(Gp ,T,’zoh ’);8 Gcz=tf ([( Kpz+Kiz+Kdz) (-Kpz+Kiz -2* Kdz) Kdz

] ,[1 -1 0],T);9 Glaz=Gpz*Gcz; Gla=Gp*Gc;

10 Glcz= feedback (Glaz ,1); Glc= feedback (Gla ,1);11 step(Gpz ,Glcz ,Glc)12 pause13 margin (Glcz)14 pause15 bode(Glcz ,Glc) Código 1: Sistema a lazo abierto Gla y lazo cerradoGlc.

4) Implementación

Para implementar el algoritmo PID 4, el MCUdebe ejecutarlo en periodos de Tiempo DiscretoT = 1000[ms]) donde el resultado se muestra en la figura20.

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Figura 19: Simulación Matlab.

Figura 20: Respuesta al escalón del sistema a lazo cerradoGlc.

IV. Desarrollo de Software

El Software se realiza aplicando POO a través de VisualStudio C# con diseño de interfaz WFA, la figura 21 mues-tra GUI completo con 5 secciones definidas:

• Referencia r(t) por PWM: rango de 0 − 5[V ] =0 − 300[°C].

• Salida y(t): elección Gla − Glc, Iniciar/PararMuestreo, tiempo tm[ms]; rango de salida por vol-taje 0 − 5[V ], temperatura 0 − 300[°C] y 0 −1023[dec].

• Control Manual mPaP XYZE con 2 subgru-pos: número de Pulsos(distancia), periodo de Pul-sos(velocidad).

• Gcode: cargar, instrucción por vez step, reset, ti-mer, enviar una instrucción.

• Monitoreo: referencia r(t) vs salida y(t), a travésde un chart o plotter.

Algoritmo 4: Control PID discreto.Input: Periodo T [ms], constantes Kpz,Kiz,Kdz,

referencia r(kT ) y salida y(kT )Output: Controlador u(kT )def

e(kT ) = e e(kT − T ) = e1;r(kT ) = r y(kT ) = y;p(kT ) = p;i(kT ) = i i(kT − T ) = i1;d(kT ) = d;u(kT ) = u;

Function control Glc_PIDe = r − y ; /* leer error actual */p = Kpz · e;i = i1 +Kiz · (e+ e1);d = Kdz · (e− e1);/* suma pid */u = p+ i+ d;/* enviar dato de control ”u” al

actuador */actuador(u);/* error actual se guarda en error

anterior y valor integral actual envalor integral anterior */

e1 = e;i1 = i;/* Periodo de muestreo */delay = T[ms];

Figura 21: Operación general a través del GUI.

A. Descriptor Gcode

El Descriptor Gcode tiene la función de obtener losdatos de posición XYZE y velocidad F(Feedrate) delos mPaP, procesar dichos valores para enviar solamente

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número de Pulsos XYZE y Periodo XZYE al Firmwarepara su ejecución.

El código ejemplo 2, indica el desarrollo de un rectán-gulo 2D sin el eje Z, donde el extrusor E deposita el ma-terial de acuerdo a las distancias XY[mm], G1 indica quela instrucción es de Movimiento Lineal Controlado, velo-cidad(Feedrate) F 1200

[mmmin

]. Cada linea de instrucción

refiere al toolpath necesario para completar el rectángulo2D, figura 22.

G1 X 0.000 Y 0.000G1 X 10.000 E 10.000 F 1200.000G1 Y 5.000 E 5.000 F 1200.000G1 X 10.000 E 10.000 F 1200.000G1 Y 5.000 E 5.000 F 1200.000

Código 2: Ejemplo Gcode, rectángulo 2D de 10x5 mm.

Figura 22: Toolpath del código 2.

Por tanto, el procedimiento de desarrollo del algoritmodescriptor consiste en:

• Guardar en buffer de memoria elDocumento.gcode que contiene todas las ins-trucciones Gcode.

• Buscar la instrucción de Movimiento Lineal Con-trolado.

• Procesar el campo numérico para guardar en va-riables temporales XYZEF.

• Realizar el escalamiento de distancias XYZE, deacuerdo a la tabla 2.

1[mm] 10[mm

s

]≈ 20[ms]

X 3, 03[pulsos]Y 10[pulsos]Z 50[pulsos]E 70[pulsos]

F 2 · 2−F · 2

60 · 20 · 20[ms]

Tabla 2: Condiciones de relación (pulsos vs mm).

• Realizar el promedio de las distancias y periodosXYE para calcular la ecuación de relación; tomandocomo referencia al periodo del motor E, tabla 3.

• Sin embargo, no es necesario calcular la relaciónagregando el eje Z porque su movimiento solo seejecuta cuando termina un capa.

X Y E[mm] dX1 · 3, 03 = dX2 dY 1 · 10 = dY 2 dE1 · 70 = dE2[ms] TX1 · 3, 03 · 7 = TX2 TY 1 · 7 = TY 2 TE = Tref

Tabla 3: Condiciones de relación (mm vs periodo).

• Relación XYE

dX2 · TX2 = dY 2 · TY 2 = dE2 · TE (9)

TY 2 = dE2DY 2

· TE (10)

TX2 = dE2DX2

· TE (11)

V. Resultados

Procedimiento de impresión:• Implementado el siguiente modelo CAD, figura 23;

y exportando el formato .stl– Interior: 7[mm]x12[mm]– Exterior: 15[mm]x20[mm]– Altura: 5[mm]

• Obteniendo el Documento.gcode con Slic3r y vi-sualizando con Repetier-Host, figura 24.

• Importando el Documento.gcode con el botónCargar Gcode e imprimiendo la pieza con el botónStep; usando el GUI del Proyecto, figura 21.

• Pieza final resultante, figura 25.– Interior: 7[mm]x13[mm]– Exterior: 116[mm]x21[mm]– Altura: 5[mm]

Figura 23: Modelo CAD de la pieza.

VI. Conclusiones

• El extrusor electromecánico y todo el diseño elec-trónico fue implementado con e-waste y compo-nentes adquiridos en tiendas locales, sección II.

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Figura 24: Generación y visualización Gcode.

Figura 25: Pieza final impresa.

• La subsección B. demuestra la aplicación de mate-rial de impresión plástico PET de botellas desecha-bles, alimentado al Licuefactor manualmente.

• El diseño del sistema electrónico y su implementa-ción satisface todos los requerimientos de funcio-namiento: control, comunicación y operación delprototipo, subsección F.

• El procedimiento de control PID se aplicó a travésde las herramientas Ident y Sisotool de Matlab,la adquisición de datos de la planta Gp fue pormedio del propio GUI del proyecto, y la implemen-tación a través del MCU PIC18F4550, sección III.

• El desarrollo de Firmware sincroniza los mPaP parael correcto posicionamiento 3D, envía/recibe datosdel sensor de temperatura por medio del protocoloUSB para el correcto control PID, sección III.

• El desarrollo de Software aplicando POO, interac-túa completamente con el Firmware para la eje-cución de las instrucciones Gcode en el proceso deimpresión 3D, sección IV.

• La baja resolución de las piezas impresas se debe ala limitación del Medio Paso en los mPaP; por tan-to, se recomienda el cambio de diseño electrónicoque implemente Micro Paso, que resultará en unaImpresión 3D de calidad media/alta.

• La alimentación del material de impresión es ma-nual y la cantidad de plástico procesado dependedel volumen del Licuefactor, se recomienda un di-

seño nuevo de extrusor que contemple la alimen-tación continua.

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