TESIS
Diseño y fabricación de un extrusor para plásticos reciclables en impresión 3D
Fecha
2018-03-14Registro en:
Martínez Sánchez, Diego Enrique. (2017). Diseño y fabricación de un extrusor para plásticos reciclables en impresión 3D. (Maestría en Tecnología Avanzada), Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Querétaro, Querétaro.
Autor
Martínez Sánchez, Diego Enrique
Institución
Resumen
RESUMEN: Esta tesis presenta el proceso de diseño y fabricación de un extrusor capaz de utilizar materiales reciclados como materia prima y a su vez que pueda ser implementado en cualquier impresora 3D comercial de escritorio, debido a esto las dimensiones y parámetros de funcionamiento en los que se basa el proyecto se obtuvieron gracias a un análisis de los principales extrusores comerciales. El diseño se realizó basándose en la literatura, tomando en cuenta las ecuaciones de diseño de extrusores de plásticos, siendo aspectos claves el tornillo sin fin, la forma de alimentación y la manera de calentar el sistema. Al tener el diseñó del tornillo los demás componentes y sus dimensiones se obtuvieron basándose en este, sin embargo es complicado realizar un diseño final con la seguridad que funcionará de manera deseada debido a lo complejo que es obtener una simulación apegada a la realidad mediante software tipo CAD o multifísicos por los diversos fenómenos físicos que se presentan dentro del extrusor a la hora de su funcionamiento. Teniendo esto en cuenta se realizaron modelados simplificados del extrusor con los cuales se pudo simular la parte térmica y mecánica. Al no tener un diseño final simulado y con la certeza de un funcionamiento correcto posterior a su fabricación se utilizó un diseño reconfigurable capaz de adaptarse de manera sencilla a las complicaciones que se pudieran presentar posteriormente. Contando con el diseño final del extrusor se procedió a realizar pruebas de alimentación, transporte y fundición, mediante las cuales se mejoró el prototipo que se tenía en ese momento, se realizaron cambios mecánicos en distintas secciones del extrusor donde destacan los cambios en la alimentación del sistema así como en la sección donde se posicionan las resistencias eléctricas para así después de concluir dichos experimentos obtener una versión final en la cual se pudo realizar pruebas del proceso completo de extrusión. La materia prima utilizada en las pruebas fueron de tres tipos diferentes PET virgen, RPET y PP, inicialmente, los resultados de la extrusión de estos materiales no pudieron ser cuantificados debido a que la extrusión se realizó únicamente una vez con cada material debido a que posteriormente las resistencias eléctricas no lograban alcanzar la temperatura necesaria, dicho problema causado por las pruebas de fundición previamente realizadas Resumir y cambiar la redacción. Por lo cual se seleccionó el PP como materia prima alternativa al ser de igual manera un plástico reciclable popular con características físicas similares al PET pero con un punto de fusión menor. Los resultados que se obtuvieron al utilizar el PP fue un flujo continuo de 15mm3/s aproximadamente, este valor es superior al de las impresoras 3D convencionales lo cual por consecuencia nos da la posibilidad de utilizar el extrusor para la manufactura aditiva ya sea siendo adaptado a una impresora 3D comercial o fabricando a medida para el extrusor un robot cartesiano. ABSTRACT: This thesis presents the process to design and manufacture of an extruder capable
to use recycled materials as raw material and with the possibility to implement
it in every desktop 3D printer, because of this the dimensions and the operating
parameters that the project was based was obtained thanks to an analysis of the
principal commercials extruders.
The design was perform based in the literature, taking into account the equations
for plastic extruder design, being a key aspect the endless screw, the way to feed
the extruder and the way to heat the system. Once that we had the screw designed
the others components and its dimensions was obtained based in this, however it's
hard to obtain a nal design with the certain that it will work properly because the
complexity that takes to create a simulation attached to the reality even using CAD
or multiphysics software's due to the divers physical phenomena that appear inside
of the extruder at the time of it operation.
Knowing this we use simplify models of the extruder with which we could simulate
the thermal and mechanical part. Not having a nal simulated design that
assure us that it works once we have it manufactured the choice taken was to use a
recon gurable design able to adapt itself in an easy way to the complications that
could appear after.
Once that we had the extruder nal design we proceed to perform feeding, transportation
and melting tests, with this test we improve the prototype with some
mechanical changes in di erent sections of the extruder, some changes that stand
out are the changes made to the feeding section and the position to the electrical
resistance, with those modi cations we obtained the nal version of the prototype
and give us the possibility to perform test to the complete process.
The raw material used at the test with three di erent materials, virgin PET,
RPET and PP, at the end the nal pieces was created in PP due to problems that
we had with the electrical resistances at the melting test stage.
The results of the complete extrusion tests was a continuous
ow with it we
create a series of pieces, with those we can measure the
ow rate obtaining a result
of 15mm3/s, this value its higher that the desktop 3D printers in consequence we
obtain an extruder capable to being implemented in a commercial 3D printer or in
a Cartesian robot.