PDF de programación - Impresora 3D de escritorio basada en el modelo open source para la elaboración de objetos físicos

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E

INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y

COMUNICACIONES

TEMA:

“IMPRESORA 3D DE ESCRITORIO BASADA EN EL MODELO OPEN

SOURCE PARA LA ELABORACIÓN DE OBJETOS FÍSICOS”

Trabajo de Graduación. Modalidad: TEMI. Trabajo Estructurado de Manera Independiente, presentado previo la
obtención del título de Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones.

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Robótica

AUTOR: Andrés Gualberto Sánchez Guerrero

TUTOR: Ing. Santiago Collantes, Mg.

Ambato - Ecuador

Junio, 2015

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del Trabajo de Investigación sobre el Tema:

“Impresora 3D de escritorio basada en el modelo Open Source para la
elaboración de objetos físicos”, del señor Andrés Gualberto Sánchez Guerrero,
estudiante de la Carrera de Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones , de la
Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial, de la Universidad
Técnica de Ambato, considero que el informe investigativo reúne los requisitos
suficientes para que continúe con los trámites y consiguiente aprobación de
conformidad con el Art. 16 del Capítulo II, del Reglamento de Graduación para
Obtener el Título Terminal de Tercer Nivel de la Universidad técnica de Ambato

Ambato, Junio del 2015

EL TUTOR

Ing. Santiago Collantes, Mg.

ii

AUTORÍA

El presente trabajo de investigación titulado “Impresora 3D de escritorio
basada en el modelo Open Source para la elaboración de objetos físicos”.
Es absolutamente original, auténtico y personal, en tal virtud, el contenido, efectos
legales y académicos que se desprenden del mismo son de exclusiva responsabilidad
del autor.

Ambato, Junio del 2015

Andrés Gualberto Sánchez Guerrero

CC: 1804631719

iii

DERECHOS DE AUTOR

Autorizo a la Universidad Técnica de Ambato que haga uso de este Trabajo de
Titulación como un documento disponible para lectura, consulta y procesos de
investigación.

Cedo los derechos de mi Trabajo de Titulación, con fines de difusión pública,

además autorizo su reproducción dentro de las regulaciones de la Universidad.

Ambato, Junio del 2015

Andrés Gualberto Sánchez Guerrero

CC: 1804631719

iv

APROBACIÓN COMISIÓN CALIFICADORES

La Comisión Calificadora del presente trabajo conformada por los señores docentes
Ing. Vicente Morales L., Mg., Ing. Carlos Sánchez R., Mg. e Ing. Patricio Cordova C.,
Mg, revisó y aprobó el Informe Final del trabajo de graduación titulado “Impresora
3D de escritorio basada en el modelo Open Source para la elaboración de
objetos físicos”, presentado por el señor Andrés Gualberto Sánchez Guerrero de
acuerdo al Art. 17 del Reglamento de Graduación para obtener el título Terminal
de tercer nivel de la Universidad Técnica de Ambato.

Ing. Vicente Morales L., Mg.

PRESIDENTE DEL TRIBUNAL

Ing. Carlos Sánchez R., Mg.

Ing. Patricio Cordova C., Mg.

DOCENTE CALIFICADOR

DOCENTE CALIFICADOR

v

DEDICATORIA

“En todos
los asuntos humanos hay
esfuerzos, y hay resultados, y la fortaleza
del esfuerzo es la medida del resultado”
James Allen.

El camino es muy largo aún, se que las
mismas personas que estuvieron conmigo
hasta hoy seguirán estando presentes
en mi futuro ayudando con sus consejos
y brindándome fortaleza para realizar
esfuerzos con grandes resultados. Por esta
y más razones dedico esta parte de mi
vida a mis padres que han sido mi apoyo
a todos mis proyectos, a mis hermanos
cuyo ejemplo para mi ha sido una meta
que superar, meta que constantemente se
renueva y a mis sobrinos en cuyos ojos
veo la esperanza de un futuro mejor, por
el que trabajo a diario.

“Solo se vive una vez, vive tu vida tan
intensamente como puedas” AvB.

Andrés Sánchez G.

vi

AGRADECIMIENTO

El agradecimiento es un sentimiento que
se expresa como consecuencia de haber
recibido de parte de alguien el apoyo
que se necesitaba y el agradecimiento que
siento es tan grande como el apoyo que
obtuve de quienes se involucraron en la
consecución de este sueño. Es imposible
agradecer explícitamente a todos pero
debo empezar agradeciendo a mi familia
y a mis maestros que constantemente
señalaron el camino a seguir.
A las personas con quienes y para quienes
tuve la oportunidad de trabajar y apren-
der de su experiencia.
A mis amigos que son una fuente in-
agotable de apoyo y camaradería.
Finalmente a mis Tutores y a todos
quienes de una u otra manera participaron
en este proyecto, en especial a 3D.LAB
FABLAB UIO y a Diferencial EC, quienes
confiaron en mi capacidad y me brindaron
grandes oportunidades.

Andrés Sánchez G.

vii

ÍNDICE

APROBACIÓN DEL TUTOR

AUTORÍA

DERECHOS DE AUTOR

APROBACIÓN COMISIÓN CALIFICADORA

Dedicatoria

Agradecimiento

Introducción

CAPÍTULO 1 El problema

ii

iii

iv

v

vi

vii

xxiii

1
1
1
2
3
4
4
4

1.1 Tema de Investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Delimitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Objetivos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.1 General
1.5.2 Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CAPÍTULO 2 Marco Teórico

5
5
2.1 Antecedentes Investigativos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2 Fundamentación teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2.1 Prototipado Rápido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.2.2 Tecnologías de Prototipado Rápido . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Clasificación de Prototipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.2.4 Aplicaciones del Prototipado Rápido . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.5 Open Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.6 Open Source Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

viii

2.2.7 Licencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.8
Impresión 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.9 Desarrollo basado en código abierto . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.10 Maker Culture y DIY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.11 Revolución industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.12 Impresión 3D una tecnología mas barata y Ecológica . . . . . 16
2.2.13 Ventajas de la Impresión 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.14 Impresoras 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.15 El Proyecto RepRap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.16 Proyecto Clone Wars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.17 Hardware y Robótica Libre
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.18 Niveles De Apertura De Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.19 Aplicación de una impresora 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.20 Hardware de impresoras 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.21 Proceso de producción de un objeto en 3D . . . . . . . . . . . 22
2.2.22 Modelado en 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.23 Modelos 3D en repositorios Web . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.24 Código G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.25 Software de generación de Código G . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.26 Control Numérico Computarizado . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.27 Firmware de control
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.28 Materiales de impresión 3D para FFF . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.29 Sistema de Control
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.30 Control Proporcional Integral Derivativo PID . . . . . . . . . 37
2.2.31 Ajuste de PID con el método de Oscilación Continua . . . . . 38
2.3 Propuesta de solución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4 Fundamentación legal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4.1 Decreto Presidencial N° 1014 versión resumida . . . . . . . . . 39
2.4.2 Plan Nacional del Buen Vivir 2009-2013 y 2013-2017 . . . . . 40
2.4.3 Carta abierta a los trabajadores del PROCOMÚN . . . . . . . 40

CAPÍTULO 3 Metodología

3.1.1
3.1.2

42
3.1 Modalidad Básica de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Investigación Bibliogŕafica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Investigación de Campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 Recolección de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.1 Plan de recolección de información . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 Procesamiento y análisis de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

ix

3.4 Desarrollo de proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

CAPÍTULO 4 Desarrollo de la propuesta

4.2

Identificación de las Necesidades a Cubrir

Selección del Modelo de Impresora Personal

Justificación de las Condiciones Económicas

44
4.1 Modelos de Desarrollo de Impresoras 3D . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1.1 Evolución de la impresión 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1.2 Mercado de impresoras 3D de prototipado rápido . . . . . . . 48
Impresoras Profesionales y DIY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
. . . . . . . . . . 54
4.2.1
4.3 Diseño conceptual Impresora 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.1 Definición del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.3 Análisis, Comprensión y Descripción del Contexto de Uso . . . 59
4.3.4
. . . . . . . . . . . 60
4.3.5 Características Funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.6 Especificaciones Técnicas de un Robot según Aplicación . . . 66
. . . . . . . . . . 74
4.3.7
4.3.8 Determinación de la Topología: Síntesis Estructural
. . . . . . 82
4.4 Diseño basado en Control Numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.4.1 Código G en impresión 3D . . . . . . . .