APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

This project addresses the design and implementation of a movement system for a large 3D printer that uses cement as a printing material. This design is an integral part of the Sensocret3D project, whose objective is to develop a 3D cement printer capable of producing complex architectural elements with integrated sensors, allowing active monitoring of their condition and useful life. In this real context, the machine will be built and assembled using the components and specifications detailed in the report. The main objective is to develop a stable, durable and fast movement system that guarantees precise prints, minimizes errors in the parts produced by the machine and operates at high speeds to increase the efficiency of the process. This document provides an overview of the architecture and mechanical design of the machine, ranging from the concept development stage, where existing 3D printing systems are reviewed and the required mechanical components are studied, to the final detailed design, in which the operation of each module is analyzed and the selected components are integrated into the movement system. The modeling of all the components has been carried out using SolidWorks 3D design software, taking into account the manufacturing method of each element. The final design of the 3D printer movement system has resulted in a rectilinear Cartesian configuration of the XYZ axes that is capable of manufacturing three-dimensional concrete objects with maximum dimensions of 2.8 x 2.8 x 2.5 m

L'aplicació de tècniques de Fabricació Additiva a la indústria de la construcció pretén millorar la productivitat de la construcció i revolucionar els processos de disseny i construcció mitjançant la creació de peces complexes de formigó, cosa que abans era impossible. La tecnologia en general es troba en les seves primeres etapes de maduresa, presentant moltes àrees potencials de millora. Entre altres limitacions, actualment no és possible imprimir simultàniament dos o més objectes o imprimir peces més elaborades perquè no és possible interrompre l'extrusió mentre s'imprimeix una capa. El projecte SENSOCRET implica la creació d'una impressora 3D de formigó i formigó amb capacitats sensorials, que permeten la producció d'elements arquitectònics complexos amb sensors integrats per al monitoratge actiu. La Fundació CIM és l'encarregada de dissenyar i produir la impressora. Aquest treball final de màster va assumir la tasca específica de disseny detallat de l'extrusora de la impressora. El sistema d'extrusora proposat pretén poder interrompre l'extrusió mentre s'imprimeix una capa i proporcionar un major control sobre l'extrusió del formigó. A més, es consideren altres paràmetres: precisió millorada gràcies a una major acceleració, facilitat de desmuntatge i neteja i versatilitat per a diversos escenaris experimentals. El dibuix de detall es va desenvolupar amb el programari SolidWorks. Com a resultat, el sistema d'extrusió dissenyat té el potencial d'ampliar l'aplicació de la tecnologia, permetent la construcció de peces arquitectòniques abans inabastables. Aquest projecte afecta l'estat de l'art en la tecnologia del formigó, amb repercussions ambientals, econòmiques i d'igualtat de gènere

This work studies the feasibility of printing metal and/or ceramic parts by 3D printing using the MEAM-HP technique (Material Extrusion Additive Manufacturing of Highly-Filled Polymers) using, as raw material, PLA granules loaded with different types of recycled inorganic filler (PLA granules + 20 % vol. graphite, PLA + 47 % vol. Ti6Al4V and PLA + 48 % vol. WC-5%Ni). For this, a commercial screw extruder has been modified (eg, hopper redesign) so that it can use the granules. Irregular extrusion flow has been observed when extruding the granules due to insufficient material feed capacity to the screw caused by the generation of rat holes around the screw. The granules loaded with WC-Ni are the ones that have presented a less irregular flow of extruded material due to their larger particle size, which makes it easier for the hopper and the screw to transport the granules. It has been determined that the granules are printable in the temperature range of 150-210 °C, managing to print quadrangular prismatic samples of PLA + WC-Ni. After debinding at 600 °C and sintering at 1400 °C for 70 minutes, the samples have not suffered dimensional variations or considerable defects. The observed contractions are slightly anisotropic with a value between 13,5 and 14,3% for the sides and between 17,3 and 18,52% for the height. For the sintered samples, average porosities of between 20,5 and 24,1% have been obtained. This porosity could be reduced by improving the flow of extruded material and optimizing the printing and sintering parameters. The SEM-EDS study of the surface of the sintered WC-5%Ni samples indicates that, everything and the porosities, a continuous mass of material without traces of the binder with the expected composition has been obtained. By using recycled inorganic filler, the emissions related to obtaining the raw material would have been reduced by 81,2%.

Aquest projecte estudia la tecnologia d'impressió 3D anomenada Direct Ink Writing, la qual consisteix en la impressió per capes mitjançant una tinta composta per partícules del material desitjat i un hidrogel o una pasta que s'encarrega de mantenir una reologia específica en la barreja. Concretament s'estudiarà el cas d'impressió en vidre, molt desconeguda i amb una interessant projecció de cara al futur per les dificultats que presenta treballar aquest material a l'hora d'aconseguir un alt nivell de qualitat i transparència. A més a més s'explicarà l'estat de l'art actual d'aquesta tecnologia així com també de la fabricació 3D, explicant els diferents models i estats de cadascun. També es comentaran altres estudis, experiments i fórmules per la impressió del vidre que s'han utilitzat fins ara així com també una ampliació del DIW en altres materials

Aquests darrers anys la popularitat i l'evolució de la impressió 3D han estat exponencials. Cada cop existeixen més tècniques de fabricació additiva que permeten obtenir molt bons resultats amb multitud de materials, ja no només amb materials plàstics, també amb materials metàl·lics i ceràmics. A més a més la impressió additiva cada cop esta assolint més protagonisme en sectors molt diversos. Per poder assolir aquest nivell de desenvolupament, s'han realitzat molts estudis, la majoria enfocats en mesurar les propietats mecàniques o les toleràncies dimensionals de peces impreses. Aquest treball té com a objectiu estudiar la influència existent entre diferents paràmetres d'impressió sobre el comportament mecànic de les peces. Per realitzar-ho s'ha utilitzant una màquina de fabricació additiva amb tecnologia Fusion Filament Fabrication (FFF) i àcid polilàctic (PLA) com a material d'impressió. Per estudiar quina relació hi ha, s'han modificat tres paràmetres a l'hora d'imprimir les mostres, a dos nivells, donant lloc a un disseny factorial de dos nivells i tres factors (23 ). Aquests tres factors són: la densitat d'infill (20 – 25%), el gruix de la paret (1,2 – 1,6 mm) i la morfologia de l'infill, que s'ha variat imprimint-lo be amb un capçal de 0,4 mm o be amb un de 0,8 mm. La resta de factors romandran constants per totes les mostres. La metodologia que s'havia previst utilitzar inicialment per fer aquest estudi va haver de ser modificada degut a l'etapa extraordinària de confinament. Finalment les tècniques utilitzades han estat l'assaig de tracció, la modelització per elements finits, l'anàlisi visual i l'estudi estadístic del temps d'impressió. Aquestes tècniques han permès determinar que imprimir la part del infill amb un capçal més gruixut (0,8 mm), malgrat reduir significativament el temps d'impressió, una redueix de manera important la deformació a fractura i el treball de fractura respecte a les peces que tenen un infill imprès amb el capçal de 0,4 mm, resultant en peces més fràgils, com demostren els resultats obtinguts en els assaigs de tracció. Això es pot atribuir a una distribució de tensions menys homogènia, que fa que per una mateixa deformació hi hagi punts on es concentrin tensions més elevades, com mostra l'estudi per elements finits. Addicionalment, la inspecció visual ha revelat que les mostres amb infill de 0,8 mm contenen un gran nombre de defectes, que comprometen les propietats mecàniques i el nivell d'acabat. També s'ha observat que el fet de tenir una paret més gruixuda contribueix a una millora significativa de les propietats mecàniques i a una distribució de tensions més homogènia. Filament, s'ha observat que la diferencia d'utilitzar un percentatge d'infill del 20 o 25% en termes de resistència a la tracció no es significativa però si que ho és a l'hora d'analitzar el mòdul d'elasticitat

En la producció de maquinària especial es fabriquen utillatges a mida per a cada màquina. Al tractar-se de peces complexes i de sèrie curta aquests utillatges s'acostumen a fabricar amb Màquines CNC. Això encareix aquest tipus de peces. En el present treball s'estudia la viabilitat d'utilitzar la tecnologia d'impressió 3D com a procés alternatiu al mecanitzat en control numèric per a la fabricació d'utillatges. Concretament es realitzarà l'estudi en màquines d'assemblatge de components de plàstic mitjançant ultrasons.Els objectius d'aquest Treball Fi de Màster són, doncs,dissenyar un procés de fabricació alternatiu al mecanitzat CNC per a la fabricació d'utillatges mitjançant la tecnologia d'impressió 3D i,fer un estudi per comprovar si la solució desenvolupada és òptima. En conclusió, es realitzarà una primera fase de definició del disseny, amb comprovacions experimentals per validar les diferents opcions i, finalment es realitzarà l'estudi econòmic comparatiu amb el mecanitzat CNC

Aquest projecte té com objectiu estudiar la viabilitat econòmica d'un sistema de fabricació de plantilles personalitzades per la pràctica de l'esquí. Es determinarà quin és el millor sistema per a la digitalització del peu, així com el disseny de la plantilla a realitzar pels diferents tipus de botí. També s'analitzarà les diferents alternatives de processos de fabricació, centrant-se en la fabricació additiva. Finalment es realitzarà l'estudi econòmic per analitzar la viabilitat del projecte segons diferents escenaris de demanda del producte.

Las empresas industriales se ven obligadas a redefinir, mejorar e innovar en sus procesos productivos para poder seguir siendo competitivas dentro de un mercado muy exigente. Este proyecto se centra en el análisis de un proceso productivo intentando incrementar la eficiencia del mismo para poder dar cobertura a una demanda que el mercado actual exige. Concretamente, se parte de una línea de rectificadoras sin centros que se traslada de país y cuyo rendimiento es bajo e inaceptable. Para llevar a cabo esta mejora en el rendimiento productivo, la empresa deberá redefinir algunas partes del proceso con la finalidad de optimizar recursos materiales y obtener una mejora de la calidad en sus productos. A esta serie de cambios que se plantean irán asociadas una serie de inversiones en formación, en maquinaria y en consumibles que deberán ser evaluadas y comprobar que realmente se ajustan a las necesidades de la compañía.

The goal of this project is to design and build a prototype of recoating system for a laser cutting machine to turn it into a selective laser sintering printing machine. This prototype will be used to study new sintering materials and to design, if decided, a SLS 3D printing Machine (Selective Laser Sintering). This project has been developed in the installations and funded by Fundació CIM. The project develops the mechanical design and the electronic system design. Both parts are explained on this paper, so new users can use the machine and can understand the system. With this paper, it is expected that it can be improved in a future to test other parameters and configurations. The paper is divided in three basic blocks that are summed up here: The first block is an introduction to the 3D printing technologies. The most used of them are explained and selective laser sintering is explained in deep. With this block the reader can understand why it is important to develop the SLS technology and what has to be done to improve the machines and the technology. The second block is a discussion on the mechanical design of the machine. The general idea of the machine is explained so the user can understand why the machine is designed in this way. After that, each part is detailed to see how the different mechanical challenges where overtaken. At the end of the block, there is a small calculations section needed on the electronic part. The third block is an extensive explanation of the electronic system that controls and moves the machine. In that block, the different components are explained so the user can understand its basics working principles. It is also explained how the selection of the electronic components was done. Then everything is put together to see the whole electronic system. Along with this paper, there are annexes that provide some extra information for the reader. One of this annexes refers to the mechanical part and the other one has some datasheets and coding for the electronic section. The whole design has been done in SOLIDWORKS cad software and its electric extension ELECWORKS. The programming job was done with Arduino compiler.

La impresión 3D está experimentando un rápido desarrollo en estos últimos años, siendo muy importante e incluso imprescindible en diferentes ámbitos de la industria. Por lo tanto, se podría decir que nos estamos adentrando en una nueva época, de la que se dice que la línea que separa el mundo digital del mundo físico se está volviendo cada vez más borrosa. Así que, el contenido del proyecto gira en torno a esta relevante tecnología de fabricación. El proyecto se inicia con la inmersión en el mundo de la impresión 3D, explicando su importancia en la actualidad, sus aplicaciones y el gran potencial que ofrece. Posteriormente, se detallan las tecnologías de impresión más importantes, incluyendo, por supuesto, la tecnología en la que se basa este proyecto, la DLP. Esta tecnología de impresión es la empleada por la LUX de BCN3D Technologies, de la que se ha realizado un estudio exhaustivo de sus propiedades, del tipo de material que utiliza, del software y del proceso de impresión que lleva a cabo, con el fin de mejorarlo. Una de las partes más relevantes del proyecto es el estudio de dicho proceso de impresión, ya que modelando sus características y las fuerzas que intervienen, se puede tomar una serie de consideraciones que serán válidas para la impresión de cualquier pieza mediante esta impresora. Así que, una vez modelado el proceso de impresión, se ha podido determinar la gran importancia que tiene la preparación del modelo digital de una pieza antes de imprimirla. Dicha preparación incluye el uso de estructuras de soporte, que dependerán de una previa orientación del modelo digital de la pieza. Las estructuras de soporte tienen una gran relevancia en la tecnología de impresión que utiliza la LUX, ya que todas las piezas se deben aposentar sobre dichas estructuras de soportes. Por lo tanto, además de garantizar una correcta impresión, estas estructuras de soporte no deben adherirse en exceso a la pieza, ya que posteriormente se deben retirar. Este es otro de los objetivos del proyecto, la optimización del uso de estas estructuras de soportes, ya que como se ha comentado, tienen un papel muy importante en este tipo de tecnología 3D. Con todo esto, se ha diseñado y llevado a cabo un proceso experimental con el objetivo de determinar una serie de parámetros (relacionados con las estructuras de soporte) para garantizar una correcta impresión. Además, dicha experimentación también se ha diseñado con el objetivo de que las fuerzas surgidas durante el proceso de impresión se pronuncien y de esta manera ver si su modelización ha sido correcta. Finalmente se han tomado una serie de conclusiones en relación a los resultados obtenidos, proponiéndose además un posterior estudio para proseguir con la optimización del proceso de impresión.

En el presente documento se estudia la posibilidad de presentar una alternativa a la actual configuración de la impresora 3D de tecnología FDM/FFF BCN3D Sigma desarrollada por la entidad BCN3D Technologies. En este sentido, se analiza la viabilidad de la migración al uso de filamento de 1,75 mm de diámetro y la mejora del sistema de tracción, tomando como alternativa en este último el uso de la tecnología Double Drive Gear. Además, se estudia de manera objetiva el impacto de la invención y explotación de este tipo de tecnología sobre la sociedad y, de manera breve, se presentan las diferentes tecnologías de fabricación aditiva existentes. Este proyecto se ha desarrollado conjuntamente con la entidad BCN3D Technologies, por lo que goza del beneplácito de ésta y la verificación de las soluciones propuestas sobre los elementos en los que se basa el estudio.

Análisis de usabilidad de la página web de la Fundació CIM. Engloba todo el conocimiento sobre la organización, la página web actual y usabilidad necesario para entender el proceso. Incluye un análisis de usabilidad completo de la página web, pruebas de usabilidad y una propuesta de mejora.