Diseño y construcción de un prototipo de máquina multifunción para la manufactura aditiva y sustractiva mediante control numérico computarizado CNC

Resumen

La fuerte competencia y exigencias del mercado mundial en la industria manufacturera hace cada vez más necesario el uso de tecnologías avanzadas y el estudio de métodos de trabajo más efectivos y precisos. La automatización de máquinas herramientas de control numérico computarizado (CNC) ha alcanzado gran importancia en la industria manufacturera, optimizando recursos y disminuyendo errores en la producción por falla humana.

En el presente trabajo se realizó el diseño e implementación de una máquina CNC de tres ejes para manufactura aditiva y sustractiva combinados en una sola máquina. Para crear un diseño optimo y funcional fue necesario establecer parámetros en las tres aplicaciones a realizar, se investigó las velocidades y los parámetros que influyen en el corte láser, las variables que intervienen en una impresión 3D y las características técnicas necesarias para llevar a cabo un tallado en madera. Todas estas aplicaciones para un área de trabajo de 600 mm x 600 mm con una altura de 200 mm en el caso de impresión 3D y 150 mm en el caso de tallado. Como apoyo, para realizar simulaciones estructurales se diseñó el sistema en software CAD para luego realizar su respectivo análisis CAE donde se verificó que los tamaños de los elementos creados soportan las cargas producidas en los procesos realizados. Por las diferencias en los parámetros de velocidad y torque se requirió diseñar dos puentes donde se ubican los tres procesos antes mencionados con diferentes transmisiones de movimiento que permitan ejecutar las aplicaciones con los parámetros ideales. Para el control de los movimientos y accionamiento de los componentes eléctricos se utilizó el firmware MARLIN que permite generar diferentes tipos de aplicaciones CNC a partir de una tarjeta de control dentro de la cual se implementan todos los actuadores necesarios. Para las pruebas se utilizó la norma ISO 10360-2 2009 con el fin de determinar la precisión y repetibilidad de la estructura, adicional se implementó pruebas en figuras geométricas verificando el error en todos los procesos llevados a cabo. Finalmente se han establecido conclusiones y recomendaciones

Con el diseño e implementación del presente prototipo se pretende en el mecanizado: reducir tiempos de fabricación, mejorar el acabado superficial, fabricar piezas más complejas; en lo académico: disponer de un prototipo para realizar prácticas de mecanizado; y en lo industrial disponer de una máquina accesible en costo, operación y mantenimiento.