ESTUDIO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA REDUCTORA CON IMPRESIÓN 3D

Transcripción

1 ESTUDIO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA REDUCTORA CON IMPRESIÓN 3D Proyecto Final de Grado Ingeniería mecánica Julen Domingo Herrezuelo Directora: Monsterrat Sánchez Romero Codirector: Rafael Weyler Perez

2 P á g i n a 1 59

3 RESUMEN Inicialmente este proyecto consistía en el diseño y construcción de una reductora, visto que ha sido un tipo de proyecto que se ha repetido estos últimos años. Se ha buscado una aplicación al reductor. El proyecto se basa en diseñar y construir una compactadora de latas utilizando la impresión 3D. De esta manera el proyecto no se centra solamente en el reductor, sino que también en el mecanismo utilizado para comprimir latas. El diseño de la maquina está pensado para uso doméstico, por lo tanto, debe ser compacta y fácil de usar. Las impresoras 3D han tenido un gran desarrollo estos últimos años, ampliando tanto sus aplicaciones que ahora es posible encontrarlas para uso doméstico. Permitiendo poder desarrollar cualquier idea hasta hacerla realidad. Para este proyecto se requiere un estudio previo de reductores que se pueden encontrar en el mercado, además de los diferentes tipos de prensas. A partir de esto, se diseña con una combinación entre estas dos variantes que sea capaz de comprimir una lata de refresco vacía. Todo esto debe ser compatible con la impresión 3D, ya que será desarrollado con esto. Todos los diseños de componentes necesarios se añadirán en un anexo con los planos pertinentes. Además, se incluye presupuesto del diseño y fabricación de la máquina. P á g i n a 2 59

4 ÍNDICE RESUMEN... 2 ÍNDICE... 3 ÍNDICE DE FIGURAS ASPECTOS GENERALES Introducción ESTUDIO DE DISEÑO Introducción a los reductores Tipos de reductores Introducción a las impresoras 3D Tipos de impresoras 3D Introducción a las prensas Tipos de prensas Información sobre la lata de refresco PARTE PRÁCTICA Disponibilidad de impresora Selección de la transmisión de movimiento Opciones de diseño Piñón-cremallera Cigüeñal-biela Eje roscado Diseño conceptual Reductor Mecanismo de transmisión Bancada Circuito eléctrico Impresión de las piezas Montaje Problemas encontrados Mejoras PLANIFICACIÓN CONCLUSIONES Máquina final Impacto ambiental P á g i n a 3 59

5 8. BIBLIOGRAFÍA ANEXO P á g i n a 4 59

6 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: reductor de velocidad por cadenas... 9 Figura 2: reductor con transmisión por correa Figura 3: engranajes rectos (izquierda) y engranajes helicoidales (derecha) Figura 4: engranajes cónicos rectos Figura 5: sinfín con corona Figura 6: partes de un reductor cicloidal Figura 7: partes de un reductor planetario simple Figura 8: impresión de estereolitografía Figura 9: impresión 3D mediante SLS Figura 10: impresión por FDM Figura 11: prensa mecánica de alta velocidad Figura 12: prensa hidráulica Figura 13: prensa de banco Figura 14: prensa de husillo Wolff RSP Figura 15: prensa excéntrica Figura 16: dimensiones lata 33cl Figura 17: vaso de aluminio para formar lata Figura 18: Consumo energético en función de las veces que se ha reciclado Figura 19: impresora 3D Anycubic i3 Mega Figura 20: esquema distribución de la máquina Figura 21: esquema mecanismo cremallera Figura 22: esquema mecanismo cigüeñal Figura 23: esquema mecanismo eje roscado Figura 24: motor eléctrico utilizado Figura 25: primer diseño de la máquina Figura 26: diseño eje engranado Figura 27: diseño rueda del cigüeñal Figura 28: diseño biela Figura 29: diseño pistón Figura 30: diseño estructura donde se sitúa la lata Figura 31: pieza de encaje entre bancadas Figura 32: diseño bancada Figura 33: estructura reductor Figura 34: problema de adhesión de las primeras capas impresas Figura 35: warping al imprimir una rueda del cigüeñal Figura 36: pieza de donde se extraen los ejes del reductor Figura 37: tornillo y taco utilizados para la sujeción de la tapa Figura 38: proceso para fundir la tuerca en la pieza Figura 39: herramienta utilizada para crear la ranura en el eje Figura 40: material utilizado para hacer el pasador en la biela Figura 41: componentes utilizados para formar el cigüeñal Figura 42: abrazadera metálica Figura 43: nuevo diseño del eje dentado Figura 44: problema al comprimir una lata Figura 45: alargamiento de tres dientes en el eje dentado Figura 46: protector del reductor Figura 47: protector de las ruedas y el eje dentado P á g i n a 5 59

7 Figura 48: nuevo esquema eléctrico Figura 49: soporte interruptor sin modificar Figura 50: herramienta utilizada para instalar el final de carrera Figura 51: tubo de desagüe Figura 52: vistas máquina P á g i n a 6 59

8 1. ASPECTOS GENERALES 1.1 Introducción Hoy en día, el reciclaje es algo esencial y en boca de todos. Se busca la manera de contribuir favorablemente con el medio ambiente. Y las latas, después del vidrio es el envase más reciclado en España. Con este proyecto se puede conseguir que se pueda aportar cada uno su granito de arena. Hoy en día, hay diferentes opiniones acerca de chafar las latas antes de tirarlas a la basura. En internet hay muchas páginas que informan el impacto negativo que tiene chafar una lata. Supuestamente desfavorece la clasificación del residuo. Hay que dejar claro, que en España chafar una lata para tirarla a la basura no desfavorece el reciclado de esta, al contrario, está favoreciendo el medio ambiente consiguiendo reducir el volumen innecesario en una bolsa de basura. De manera nacional, las latas son recicladas el 70%, dejando a España por encima de la media de la Unión Europea. El reciclaje del envase amarillo (donde se depositan las latas) se encuentran tanto plásticos, como tetrabriks o metales. Simplificando el proceso, lo que se hace es separar los metales mediante imanes, después crean corrientes de Foucault que simplemente lo que hacen es que le aluminio salte literalmente de la cinta transportadora dejando solamente el plástico. Eje de entrada o de salida: hace referencia en el caso de eje de entrada, al eje proveniente del motor y el de salida al eje que aporta a la máquina el par modificado. Número de entradas: utilizado para los tornillos sinfín, hace referencia al número de roscas que tiene. P á g i n a 7 59

9 2. ESTUDIO DE DISEÑO Este apartado se divide en cuatro subapartados, que serán la base para poder diseñar la compactadora. Se hace vistazo general a los tipos de reductores que se fabrican, después se miran los tipos de impresoras 3D del mercado, estas dos opciones deben ser compatibles para que sea factible su fabricación. Y por último variedades de prensas, para el diseño de la estructura y la forma de comprimir. Además, se hace un breve estudio de una lata de refresco. El porqué de su forma, puntos débiles para una mejor compresión, etc. 2.1 Introducción a los reductores Tipos de reductores Un reductor de velocidad hace que la velocidad de salida de un motor eléctrico pueda ser modificada. Toda máquina que requiera el uso de un motor eléctrico debe tener una regulación de velocidad o potencia que se le suministra para que se encuentre en sus parámetros funcionales. Esto explica porque los reductores de velocidad son tan comunes en máquinas industriales. La principal ventaja de usar un reductor es que se puede conseguir un equilibrio entre velocidad y potencia ideales para la máquina a la que va dirigida. En el caso más común, cuando vamos con el coche y hay una subida, no requerimos tanto de velocidad sino de fuerza por lo que, con una marcha corta, el coche pierde velocidad, pero gana potencia. Por lo contrario, en bajada no se necesita potencia ya que no hay que vencer al peso del coche y con una marcha larga casi sin fuerza que simplemente permite ir a mayor velocidad es suficiente Un reductor parte de un motor eléctrico con una velocidad y potencia determinada, que es el eje de entrada del reductor. Mediante engranajes esta velocidad es variada según las especificaciones deseadas de la máquina a diseñar y se entregada mediante un eje de salida con un par determinado. P á g i n a 8 59

10 Según como se hace la transmisión mecánica del eje de entrada al eje de salida, se pueden diferenciar tipos de reductores Tipos de transmisión flexible Reductor por cadena Es un tipo de reductor en el que la transmisión en el que el eje de entrada y el de salida se encuentran en paralelo y además están separados. La manera de transmitir la potencia es mediante cadena y unos platos dentados, que suelen ser más económicos que un engranaje. Una de las características de este modo de transmisión es la posibilidad de mover más de dos platos con una misma cadena y tiene gran vida útil. Por otra parte, se necesita gran espacio para hacer este tipo de transmisión, es muy ruidoso y requiere gran lubricación y cuidado frente al polvo. Figura 1: reductor de velocidad por cadenas Reductor por poleas Este tipo de reductor es similar al de cadenas, parte de ejes paralelos y a distancia. La correa hace de cadena y los platos dentados son sustituidos por poleas. Este tipo de transmisión requiere de gran limpieza, el movimiento se transmite mediante rozamiento y en caso de que haya polvo o suciedad entre la polea y las correa, este podría perder fricción y por lo tanto la potencia transmitida. Las ventajas respecto a la transmisión de cadena es que es permite transmitir más velocidad y es más económico.. P á g i n a 9 59

11 Figura 2: reductor con transmisión por correa Tipos de transmisión mecánica Reductor de engranajes Es el método de transmisión más utilizado ya que tiene un gran abanico de aplicaciones, tanto como en potencia, velocidad, espacio necesario, relación de transmisión Este consiste en la transferencia mecánica entre dos o más ruedas dentadas que están en contacto. Hay considerables ventajas a la hora de usar engranajes: No requiere mucho mantenimiento Espacio requerido reducido Gran rendimiento Larga vida útil Relación de transmisión constante Por otro lado, nos encontramos que: Dificultad a la hora de absorber golpes Es ruidoso Coste elevado P á g i n a 10 59

12 Dentro de este tipo de reductores encontramos diferentes tipos de engranajes y diferentes maneras de transmitir la potencia, a continuación, se comentan algunas: Reductor con engranajes cilíndricos Son engranajes de dientes rectos o helicoidales y se utilizan en reductores de ejes paralelos. Con este tipo de transmisión llegamos a los rendimientos mayores, entre el 96% y el 99%, se consiguen valores elevados cuando hay lubricación ya que al haber contacto constante se genera calor que si no se disipa hace disminuir el rendimiento final. Encontramos dos tipos de engranajes cilíndricos, los engranajes rectos y los helicoidales. Los rectos son más económicos, sin embargo, los helicoidales son más silenciosos y no generan vibración. Este tipo de engranajes se utilizan en las marchas del coche, para marchas normales se utilizan helicoidales y para la marcha atrás, rectos. Por eso, es más ruidoso y vibra más el coche cuando metemos la marcha atrás. Figura 3: engranajes rectos (izquierda) y engranajes helicoidales (derecha) P á g i n a 11 59

13 Reductor con engranajes cónicos Estos engranajes son utilizados para ejes cruzados. Además, se pueden utilizar tanto engranajes rectos como engranajes helicoidales si se requiere de grandes esfuerzos. El funcionamiento y ventajas son iguales que las comentadas en los engranajes cilíndricos. Figura 4: engranajes cónicos rectos Reductor sinfín con corona Utilizado para ejes perpendiculares, es una manera de transmitir el movimiento en el que interviene un sin fin que tiene que ser el eje de entrada y una corona dentada que será el eje de salida, es un mecanismo irreversible. Cada vuelta que realiza el sin fin, la corona avanza en dientes el mismo número de entradas que tiene el sinfín. Por lo que, si el sinfín tiene una sola entrada, para conseguir que la corona dé una vuelta, debe dar tantas vueltas como dientes tenga. De esta manera sabiendo número de dientes y de entradas es muy simple sacar la relación de transmisión. Utilizando un sinfín con corona se consiguen relaciones elevadas. P á g i n a 12 59

14 Figura 5: sinfín con corona Reductor cicloidal Los reductores cicloidales son utilizados en robótica y sectores de alta tecnología. Su mecanismo es bastante más complejo que los comentados anteriormente. Las ruedas dentadas son eliminadas por pernos y rodillos. El término cicloidal hace referencia a la trayectoria que toma un círculo rotativo en el interior de otro mayor y estático. A partir de esta imagen se explica el funcionamiento de este tipo de reductor. Figura 6: partes de un reductor cicloidal El eje de entrada (izquierdo) mueve la balinera excéntrica, este empuja a los discos cicloidales contra los casquillos y los pines. Ahora se realiza el movimiento cicloidal comentado antes, creando que la carcasa de pines gire al sentido contrario al de los discos y consiguiendo una reducción. Cada vuelta que realiza el eje de entrada, los discos cicloidales avanzan un diente. El movimiento se transmite al eje de salida P á g i n a 13 59

15 mediante unos pines soldados al eje e introducidos dentro de la carcasa de pines. La reducción se puede saber miranda el número de dientes que tiene el disco. Reductor planetario Es un tipo de reductor muy completo, con grandes ventajas respecto a otros. Ruido muy reducido, poca vibración, gran precisión, buena durabilidad y un rendimiento elevado (puede llegar al 99%), son algunas de las ventajas que tienen estos reductores. Los componentes que lo forman son: un engranaje central que va conectado al eje de entrada, varios engranajes, llamados satélites, que dan vueltas alrededor del central, un porta satélites que transmite el movimiento de los satélites y una corona central por la parte exterior de todos los satélites. Figura 7: partes de un reductor planetario simple 2.2 Introducción a las impresoras 3D La impresión 3D es una tecnología revolucionaria en los últimos años. Gracias a esto se pueden crear objetos diseñados por uno mismo sin necesidad de nada más que una impresora 3D. Actualmente el precio de una impresora 3D particular empieza a ser más asequible y en un futuro es probable que sea algo tan cotidiano como un microondas. P á g i n a 14 59

16 Se originó por la necesidad de facilitar el proceso a la hora de fabricar una pieza de plástico, ya que requería del diseño de un molde de inyección previo Tipos de impresoras 3D Se pueden clasificar en 4 grandes grupos que veremos a continuación: Estereolitografía (SLA) Como material para imprimir, se utiliza resina líquida sensible a la luz. Se le aplica luz UV y va solidificando la resina a capas para formar el objeto. Consiste en un contenedor lleno de resina con una placa que se desplaza en el eje de la Z. El láser refleja contra esta superficie, solidificando una capa de resina. La placa se desplaza para que se pueda volver a crear otra capa adyacente. (ver figura 8) Una vez se tiene el objeto deseado, se lleva a un horno para hacer el post-curado. Con estereolitografía, se consiguen acabados de alta calidad y con propiedades mecánicas muy buenas. Por lo contrario, es un proceso caro y peligroso ya que se generan gases tóxicos. Figura 8: impresión de estereolitografía Sinterizado selectivo por láser (SLS) El modo de generar la pieza se asemeja a la estereolitografía, solidificando capa a capa y con un elevador que va formando la figura. Consiste en una plataforma llena de material en polvo como cerámicas, nylon, cristal y un láser que calienta hasta casi el punto de fusión para que solidifique. P á g i n a 15 59

17 El láser crea una capa en una cubeta donde se quiere generar la figura. Una vez creada la capa se añade polvo encima, mediante un rodillo, para volver a crear una encima de esta. La cubeta va bajando el nivel cada vez que crea una capa para permitir que se añada polvo encima. Es un método de impresión para uso profesional ya que su precio es bastante elevado. Tiene bastante ventajas utilizar este tipo de impresión, como la posibilidad de hacer piezas con geometrías muy complejas. Además de tener una velocidad de impresión aceptable. Figura 9: impresión 3D mediante SLS Deposición de hilo fundido Funciona depositando capas para formar la pieza. Se extruye un polímero termoplástico a una temperatura levemente por encima del punto de fusión. Se consigue que una vez el material se ha extruido se solidifica junto a la capa que se había impreso antes. Este tipo de impresoras 3D es el más utilizado para uso doméstico. Es una impresora muy económica si se compara con las demás, la calidad de las piezas es buena pero no se comparan a la calidad con la que imprime una impresora de uso profesional. El material utilizado para este tipo de impresión predomina el PLA y el ABS. El PLA (poliácido de láctico) es el material que más se consume para impresión 3D debido a su facilidad a la hora de imprimir. Además, es un material que proviene del almidón por lo que una pieza de PLA no tiene tanto impacto medioambiental. Referente a las propiedades no tiene gran resistencia mecánica y a 60ºC se deforma. P á g i n a 16 59

18 El ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) es un material formado de tres bloques que cada uno aportar propiedades. Es resistente a agentes químicos, es duro, resistente a altas y bajas temperaturas y tiene gran resistencia mecánica. A la hora de imprimir piezas con grandes superficies puede generar defectos entre capas, además durante la impresión genera gases tóxicos. Figura 10: impresión por FDM 2.3 Introducción a las prensas Las prensas, principalmente, son máquinas que entregan gran cantidad de energía de forma controlada. Para casi todo proceso industrial seguramente se utilice una, tanto para operaciones en frío o caliente. A partir de una prensa se puede cortar, doblar, perfilar, curvar, estirar, forjar mayormente utilizado con materiales metálicos. Los elementos principales son la bancada (la estructura en sí) y el ariete (lo que ejerce el esfuerzo sobre el elemento a modificar). Figura 11: prensa mecánica de alta velocidad Tipos de prensas P á g i n a 17 59

19 Las prensas se dividen en dos grandes grupos: prensas hidráulicas y prensas mecánicas. Las hidráulicas se alimentan de un pistón que presiona una placa y un circuito por el que circula un fluido, por lo general aceite, y transmite la fuerza a otro pistón mediante el principio de Pascal. Es utilizado para operaciones de embutición profunda y procesos que precisen de altísimas fuerzas. Figura 12: prensa hidráulica Las mecánicas parten de un motor eléctrico y se utilizan para trabajos de corte, estampación, forja y pequeñas embuticiones. Nos centraremos en ver qué tipos de prensas mecánicas hay, ya que para este proyecto partimos de un motor eléctrico y no sería posible crear componentes con impresión 3D para prensas hidráulicas. Dentro del grupo de prensas mecánicas, podemos encontrar varios modelos con aplicaciones diferentes. Se enseñarán algunos ya que una prensa puede tener varias utilidades. Prensa de banco: herramienta muy común en talleres, es utilizada para la sujeción del objeto a trabajar. Deja el objeto inmóvil y bien sujeto en la posición que se quiere trabajar. Esta prensa suele sujetarse a una mesa. P á g i n a 18 59

20 Figura 13: prensa de banco Prensa de husillo: prensa manual o un motor eléctrico que girar un husillo, este desplaza una tuerca que será el útil para estampar, embutir Figura 14: prensa de husillo Wolff RSP Prensa excéntrica: este tipo de prensa trabaja en ciclos, es decir transmite la potencia en un momento determinado y vuelve. Funciona con volantes de inercia que acumulan la energía cinética y la sueltan en un instante en un punto en concreto mediante una biela y cigüeñal. P á g i n a 19 59

21 Figura 15: prensa excéntrica 2.4 Información sobre la lata de refresco Las latas son usadas para mantener y transportar líquidos. Actualmente se fabrican de aluminio y con un volumen que va de los 33cl a los 50cl. El diseño actual se puede considerar una obra de ingeniería, debido a la constante evolución y mejoras que ha tenido en el trascurso del tiempo. Las latas actuales se fabrican con un 40% menos de material que hace 25 años. El éxito de este envase es debido al peso tan reducido, el consumo de energía y las materias primas necesaria para fabricar. Según el presidente de la Asociación de Latas de Bebidas, en España se consumieron millones de latas al año en la península ibérica con una media de 130 latas por persona. Para este proyecto se utiliza el estándar de lata más usual en España, de 33cl. Estas son las dimensiones. P á g i n a 20 59

22 55mm 15mm 115mm 5mm 65mm Figura 16: dimensiones lata 33cl El proceso de fabricación de una lata, parte de una plancha de aluminio con un espesor de 0.25mm. Esta pasa por una troqueladora que corta un círculo le da forma de vaso que será la base de la lata. Figura 17: vaso de aluminio para formar lata Esta base es estirada por un ariete, dando forma al cuerpo de lata. El ariete está lubricado para no romper la lata y además se utiliza como refrigerante ya que el aluminio se caliente al ser trabajado. A continuación, una devastadora endereza y limpia los bordes. Las latas pasan por cuatro lavados a 60ºC, los dos primeros con ácido clorhídrico y los siguiente con agua sin ph. Se secan y se pintan con un rodillo, para proteger la tinta se aplica una capa de barniz. P á g i n a 21 59

23 Para evitar que el contenido de la lata sepa a metal se aplica un barniz especial en el interior creando una barrera entre la bebida y el aluminio. Después las latas pasan por una máquina que crear el cuello superior y seguido se hace le hace un borde. Se envían a la fábrica de la bebida donde se vuelven a lavar, se rellenan con la bebida y se coloca la tapa encima. Por último, con la ayuda de un rodillo de soldadura la tapa se fija y la lata queda lista para el consumo. A diferencia del plástico, el aluminio se puede reciclar indefinidamente. Es tan reciclable que actualmente hay en uso más del 70% del aluminio que se fabricó desde Una de las características más significativas del reciclado del aluminio viene por el ahorro energético. Ya que se ahorra el 95% de energía que, si se fabricara el aluminio de nuevo a partir de la bauxita. A continuación, se muestra consumo de energía que se consume cada vez que el aluminio se recicla. Es bastante significativo el ahorro de energía entre la primera vez que se fabrica el aluminio a cuando se reciclado 5 veces. Figura 18: Consumo energético en función de las veces que se ha reciclado P á g i n a 22 59

24 3. PARTE PRÁCTICA A partir de aquí con el soporte del marco teórico, se desarrolla una idea. La viabilidad del diseño y a la hora de imprimirlo. Por último, se realiza el montaje y se resuelven los problemas que se van encontrando. 3.1 Disponibilidad de impresora Antes de todo, se debe conocer qué tipo de impresora se podrá utilizar. Por una parte, será la opción que restrinja algunas opciones, ya sea por el diseño, por incompatibilidad de fabricación de algunas piezas o por materiales utilizados. La universidad daba la opción de utilizar una impresora de FDM que utiliza PLA o ABS, pero en este caso ya tenía acceso a una impresora de las mismas condiciones en casa. La impresora es la Anycubic i3 Mega, una muy buena impresora relación calidad precio. Puede imprimir PLA, ABS o Wood filament (filamento formado por 70%PLA y 30% madera). Figura 19: impresora 3D Anycubic i3 Mega Se utilizará únicamente PLA, ya que ABS da mayores problemas a la hora de imprimir, como el warping (explicado más adelante) y genera olores fuertes mientras se imprime, contando que la impresora se encuentra en un sitio cerrado y donde suele haber gente, no es buena idea. Por otro lado, el filamento de madera no se tiene en consideración ya P á g i n a 23 59

25 que tiene propiedades bastante similares al PLA y no es tan económico (1kg PLA cuesta entre / 1kg madera cuesta entre ). Referente a dimensiones, tiene un volumen de impresión de 210x210x205mm. Esto se debe tener en cuenta a la hora de hacer el diseño de piezas grandes. El único inconveniente es que la impresora ha estado mucho tiempo parada, además de que se ha cambiado la ubicación de la impresora y hay que cambiar algunos parámetros de impresión Selección de la transmisión de movimiento Una vez se sabe la impresora que se utilizará, se puede descartar algunas opciones comentadas en el marco teórico. Además, la intención de diseñar el mecanismo de transmisión de movimiento es que la mayor parte se haga en impresión 3D. Por lo que esto también ayuda a descartar algunas opciones. Por último, el reductor que se haga debe ser lo más compacto posible. Los sistemas de transmisión flexible no son compatibles del todo con la impresión 3D. Por un lado, la transmisión con cadena implica tener acceso a una impresión de gran calidad por tal de poder hacer una cadena que sea funcional y en el caso de que se compre una cadena de metal, los piñones impresos tienen gran posibilidad de ruptura o desgaste debido a la fricción generada con la cadena ya que son dos tipos de material con durezas muy opuestas. Por otro lado, la transmisión por poleas, la correa no se puede imprimir, debido a que no podemos imprimir materiales flexibles con la Anycubic. Pero en el caso de comprarla la polea podría ser compatible con piezas impresas, es de plástico y puede ser compatible con un piñón hecho con impresión 3D, pero también se descarta esta opción ya que requiere de bastante espacio para hacer reducciones grandes. Se debe que diseñar un reductor que dé la potencia necesaria por tal de poder comprimir la lata. La fuerza necesaria no se conoce, por lo que en la práctica se encontrará a base de prueba y error. El reductor sinfín pueda dar problemas a la hora de imprimirlo debido a la geometría de la pieza. Se podría llegar a imprimir con la ayuda de soportes pero la calidad de la pieza no sería muy buena. P á g i n a 24 59

26 Un factor a tener en cuenta es que a medida de lo posible el reductor se hace la mayor parte con impresión 3D. En el caso de los reductores cicloidales requieren de componentes como rodamientos o casquillos que no se pueden ser impresos debido a que son componentes de un uso especifico con características en concreto y una pieza impresa no tiene. En el caso de los reductores planetarios, para aportar la reducción de velocidad que se necesita requieren de mucho espacio. Por lo que se descarta su uso. Se considera como opciones válidas los reductores de engranajes cilíndricos o cónicos. Ya que la impresión puede ser de buena calidad, la mayoría de los componentes se pueden imprimir Opciones de diseño Teniendo claro las opciones de reductores válidas y con la variedad de prensas, se ha llegado a tres diseños factibles. Hay algunos puntos que comparten todos los diseños. La estructura que sujeta la lata debe ser bastante robusto ya que era la parte que reciba más fuerza. La forma debe ser en U para que se pueda comprimir equivalentemente por todos las sin torceduras. En el caso de tener esquinas, la lata acabaría doblándose por un lado antes, haciendo que no quede bien comprimida. Las piezas diseñadas tienen que facilitar al máximo su impresión. La impresora utilizada funcionada creando capas por lo que lo ideal es hacer una figura que vaya de capas con mayor superficie a menor. En el caso de no ser así, siempre se puede girar la pieza para que se imprima de la manera más optima. La estructura general del compactador de latas tiene forma de L por tal de tener una mejor sinergia con una basura. Figura 20: esquema distribución de la máquina P á g i n a 25 59

27 Piñón-cremallera Para esta primera opción, se utiliza una cremallera como mecanismo para comprimir la lata. Esta cremallera es diseñada con un pistón integrado en el extremo, además lleva ranuras laterales que permite que vaya guiada. Para generar suficiente potencia, se ha pensado en un reducto de engranajes rectos con ejes paralelos. Los engranajes van escalonados por tal de que el último piñón engrane directamente con la cremallera. CREMALLERA PISTÓN EJE MOTRIZ Figura 21: esquema mecanismo cremallera Cigüeñal-biela Esta opción funciona mediante un cigüeñal, biela y pistón. El reductor es similar al comentado en la primera idea, en este caso el último piñón del reductor engrana con un cigüeñal. Para que esto ocurra el cigüeñal es diseñado a partir de un engranaje mayor y es modificado para que se puede añadir la biela. El pistón va guiado y da estabilidad a la hora de comprimir. Lo que se consigue con un cigüeñal es hacer un ciclo cerrado ya que el pistón comprime y expande en una vuelta por lo que no es necesario cambio de rotación del motor. P á g i n a 26 59

28 CIGÜEÑAL PISTÓN BIELA Figura 22: esquema mecanismo cigüeñal Eje roscado Por último, se ha pensado en el diseño de un mecanismo en el que le reductor da potencia a un eje roscado. Este atraviesa un pistón con rosca por dentro, el cual avanza cuando el eje gira. La bancada es igual al cigüeñal-biela, pero en este caso el pistón es mucho más largo para evitar el eje roscado a la hora de comprimir la lata. Por otro lado, el reducto contiene los primeros engranajes cónicos por tal de conseguir la forma de L. Figura 23: esquema mecanismo eje roscado Una vez hay varias opciones de diseño, se tienen en cuenta las ventajas y problemas que puede tener cada diseño para finalmente desarrollar uno. Por parte de los P á g i n a 27 59

29 reductores todos son factibles por lo que se valoran los mecanismos para saber cuál de las opciones se desarrollará. La opción de la cremallera no tiene gran dificultad a la hora de diseñar e imprimir las piezas. Además, la fuerza que se puede transmitir mediante este mecanismo es muy elevada. Por otro lado, se requieren varios componentes eléctricos para conseguir que funcione, como dos finales de carrera o un inversor para hacer que la cremallera vuelva. La segunda opción tiene un diseño más factible, con un ciclo cerrado y las piezas son compatibles con la impresora 3D. Como inconveniente, el mecanismo no transmite tanta fuerza como el anterior y hay algunas piezas en las que recae muchos esfuerzos, como en la unión de la biela. Por último, en el caso del eje roscado es un método para comprimir la lata bastante completo, se pueden transmitir grandes esfuerzos. Por otro lado, la impresión del eje podría dar problemas, igual que pasaría imprimiendo un sinfín. Además, el ciclo no es cerrado por lo que hay el mismo problema que en la cremallera. Como conclusión, el diseño a desarrollar es el cigüeñal-biela. Es la idea más factible para conseguir hacer una compactadora de latas Diseño conceptual Una vez se tiene una idea de cómo será la máquina, se empieza a diseñar y a hacer las piezas en SolidWorks para ver el conjunto en 3D. Este apartado se divide en cuatro grupos que engloban toda la máquina: reductor, mecanismo de transmisión, bancada y sistema eléctrico Reductor Esta es la parte con mayor importancia ya que es necesario generar suficiente fuerza como para poder comprimir la lata. Para intentar hacer lo números más cuadrados posible, los engranajes se han diseñado con módulo 2. P á g i n a 28 59

30 Primeramente, se ha comprado un motor eléctrico: Funciona con corriente continua a 12V. Puede funcionar conectado a una fuente de alimentación con un transformador a 12V o con una batería. En este caso, se escoge utilizar una batería, para darle independencia a la máquina. Se utiliza una batería que se usa para dar luz al frontal de la bicicleta. Figura 24: motor eléctrico utilizado Gira a una velocidad teórica de rpm por lo que se puede crear una gran reducción ya que para nuestra máquina se requieren velocidades mucho menores. Una vez se tiene motor, se estudia cómo van distribuidos los engranajes y como se transmite la potencia al cigüeñal. La primera opción diseñada es la que se ha mostrado en la figura 24. Hay varios puntos a mejorar de este diseño. El reductor ocupa mucho espacio, para optimizar espacio se hace un nuevo diseño agrupando ejes. Por otro lado, el cigüeñal es complicado que esté bien sujeto a la bancada de esta manera ya que solo se puede sostener por el lado opuesto a la biela y teniendo en cuenta que en este punto habrá muchos esfuerzos, este primer diseño no es válido. Figura 25: primer diseño de la máquina De esta manera, el reductor es más compacto. Al cigüeñal se le añade una rueda, no dentada, para poder tener una sujeción por los dos lados de la biela y que no haya riego de que la rueda se tuerza. P á g i n a 29 59

31 Para los cálculos del reductor, se parte de la idea de hacer los engranajes no muy grandes para hacerlo lo más compacto posible. Como no está definida la fuerza necesaria para aplastar una lata, se hacen los cálculos en función del tiempo necesario para comprimir. En caso de que una vez se haga el montaje y sea necesaria más fuerza, se rehacen los cálculos aplicando mayor reducción. Se considera que la compactadora chafe latas 10 segundos. Por lo tanto, debe tardar 20 segundos como mucho en dar una vuelta completa. Los engranajes del reductor se hacen todos iguales para facilitar el diseño. El engranaje motriz o piñón se acopla en un eje roscado de M8, por lo que se diseña el contorno de la rosca en el interior del piñón para que se encajen a presión y de esta manera se consigue el engranaje con rosca interna. Por lo que no pierde tracción de esta manera. Por lo tanto, el engranaje motriz se diseña con un diámetro interior mínimo de diámetro 18mm para que los dientes no toquen con la tuerca, el diámetro que se deja para meter la tuerca son 8mm más 5mm de espesor por cada lado. Por lo tanto, se calcula con Dientes (Z)=10 Diámetro primitivo (Dp)= M N= 20mm Diámetro exterior (Dext)= Dp + 2M= 24mm Altura del diente (H)= M = 4.334mm Diámetro interno (Dint)= Dext 2H= mm Se recalcula aumentando el número de dientes. Engranaje motriz M=2 Z=12 Dp= M N= 24mm Dext= Dp + 2M= 28mm H= M = 4.334mm Dint= Dext 2H= mm P á g i n a 30 59

32 Con este número de dientes se hace el diseño, para poder pasarlo a Solidworks se requieren algunos datos más. Paso (P)= M=6.283mm Ángulo de presión= 20º Ancho del hueco= P/2= Referente al espesor del engranaje, debería ser: espesor=p/2=3.142mm, pero se diseñan a 6.5mm para dar robustez al engranaje ya que está hecho de plástico. Ahora se diseña el engranaje reductor, que se basa en dos engranajes juntos uno mayor y otro pequeño. Engranaje reductor entrada Este engranaje debe ser mayor al piñón y al engranaje reductor de salida, por lo que debe ser mayor a 12. M=2 Z=26 Dp= M N= 52mm Dext= Dp + 2M= 56mm H= M = 4.334mm Dint= Dext 2H= mm Paso (P)= M=6.283mm Ángulo de presión= 20º Ancho del hueco= P/2= Engranaje reductor salida M=2 Z=10 Dp= M N= 20mm Dext= Dp + 2M= 24mm H= M = 4.334mm Dint= Dext 2H= mm Paso (P)= M=6.283mm P á g i n a 31 59

33 Ángulo de presión= 20º Ancho del hueco= P/2= Cigüeñal engranado En este caso no se puede poner un numero de dientes aproximado ya que esto dará la carrera final que recorre el pistón. El mínimo requerido si se quiere cumplir el objetivo de comprimir la lata hasta 55mm más un pequeño espacio para colocar la lata es de 75mm de carrera. Con esto se obtiene que la biela debe ir a un radio de 37.5mm del centro del cigüeñal. Suponiendo que el eje que aguanta la biela es de diámetro 6, más 2mm de seguridad. Obtenemos un diámetro mínimo interior de 85mm. Haciendo varios cálculos con diferente número de dientes, se llega a: M=2 Z=45 Dp= M N= 90mm Dext= Dp + 2M= 94mm H= M = 4.334mm Dint= Dext 2H= mm Paso (P)= M=6.283mm Ángulo de presión= 20º Ancho del hueco= P/2= Una vez están todos los engranajes, se calcula la velocidad a la que se comprimen las latas y el par que se consigue. Relación de transmisión (i) = Zin/Zout i 1-2= z 1/z 2= 12/26= i 2-3= z 2/z 3= 10/26= i 3-4= z 3/z 4= 10/26= P á g i n a 32 59

34 i 4-5= z 4/z 5= 10/26= i 5-6= z 5/z 6= 10/26= i 6-7= z 6/z 7= 10/26= i 7-8= z 7/z 8= 10/45= i total= i 1 i 2 i n= V fin=v inicio i= 3000rpm = 2.6rpm 1 rev 60s/2.6rpm= 23.1 s en dar una vuelta En este caso se ha hecho demasiada reducción por lo que en vez de utilizar 5 engranajes reductores se utilizan 4. i total= i 1 i 2 i n= = V fin=v inicio i= 3000rpm = 6.76 rpm 1rev 60s/6.76rpm= 7.7s Por lo tanto, se comprime una lata en 3.85s en condiciones ideales. En caso de que el motor gire a 3000 rpm y no haya perdidas en el reductor. Ahora, se calcula el par generado con el reductor. Pot (W) = T (Nm) ω (rad/s) T in= 30 W / (3000rpm 2π )= Nm 60 T out= Tin η i Suponemos rendimiento de 1, más adelante se saca el rendimiento real. T out= / = 42.4Nm P á g i n a 33 59

35 Esta es la distribución final que queda del reductor Mecanismo de transmisión Una vez el reductor está diseñado, se diseñan las demás piezas que conllevan el movimiento. El engranaje que se acopla con el cigüeñal se hace diferente ya que debe engranar lo mejor posible. Esto sugiere una idea, la idea principal es simplemente con el cigüeñal compuesto por una rueda dentada que es traccionada y otra lisa. Esto podría dar problemas ya que solo viene potenciado por un lado y puede facilitar que se tuerza. Por lo tanto, el cigüeñal se rediseña constando de las dos ruedas engranadas y el último engranaje se alarga considerablemente consiguiendo un eje engranado que da tracción a las dos ruedas. P á g i n a 34 59

36 Figura 26: diseño eje engranado Ahora hay que diseñar como van unidas las dos ruedas ya que la biela irá sujeta en medio. Para ellos se ha pensado en dejar agujereadas las dos ruedas y a la hora de montar collar una varilla roscada. El problema es en hacer compatible la varilla metálica con la rueda de PLA, ya que no se puede hacer rosca en la rueda. Para ello se ha pensado en fundir una tuerca dentro de la rueda, con la ayuda de un soldador. Un soldador alcanza temperaturas suficientemente elevadas como para fundir el PLA, por lo que puede calentar la tuerca a 230ºC aproximadamente y de esta manera funde el PLA que contiene alrededor y una vez se enfría, la tuerca queda fijada. Ahora que se sabe cómo se monta el cigüeñal, es el momento de diseñarlo. Simplemente, se diseña un engranaje de 45 dientes de módulo 2, con un espesor de 20mm para darle consistencia. Figura 27: diseño rueda del cigüeñal P á g i n a 35 59

37 El eje se ha hecho con una pared exterior que ayudará a evitar que la rueda se mueva y que apoye mejor en el soporte. Referente al aguajero se han hecho dos tamaños diferentes. Uno de mayor diámetro donde se fundirá la tuerca para que quede fijada en si interior y otro menor para que la varilla roscada toque en la pared interna de la rueda y de esta manera hay mayor superficie donde se transmite la fuerza, sino se hace de esta manera la rueda podría fracturarse debido a que toda la fuerza transmitida recae sobre el punto de contacto de la tuerca. Continuamos con el diseño de la biela, hay que tener en cuenta que la parte en contacto con el cigüeñal da vueltas sobre un eje roscado con gran fuerza aplicada, por lo tanto, es necesario usar un casquillo interior para no romperla. Se usa como casquillo una varilla hueca. Por el lado en contacto con el pistón no es necesario colocar casquillo ya que no gira sobre una rosca. El espesor de la pieza es de 10mm, suficiente para que sea resistente. Figura 28: diseño biela Para terminar con el mecanismo de transmisión, queda diseñar el pistón. Este se va a diseñar con forma de U ya que así se va a hacer el diseño de la bancada donde se coloca la lata. Asimismo, se diseña con unas guías para asegurar que no tuerce en caso de que la lata se doble antes, por un lado. Por último, la cara que está en contacto con la lata se hace con una ligera inclinación ya que interesa que se doble antes por un lado y de esta manera facilitar que se comprima con mayor facilidad. P á g i n a 36 59

38 Figura 29: diseño pistón Bancada A la hora de diseñar la estructura de la máquina se debe hacer rígida ya que estará sometida a grandes esfuerzos y dentro de lo posible intentar ahorrar el mayor material posible. Imprimir la estructura es donde se requiere mayor material y hay que tener en cuenta que se deben partir las piezas dentro de las capacidades de la impresora, un máximo de 210 mm Esto conlleva que las piezas se deben dividir para poder imprimirlas. Se distribuye en tres partes la bancada: estructura donde se deposita la lata, donde irán colocadas las ruedas del cigüeñal y el soporte del reductor. Se empieza diseñando la bancada donde se deposita la lata. Para ello, se deben saber las magnitudes generales, que suelen ser 115mm de alto y 65mm de ancho. La intención es comprimir la lata hasta 55mm de alto, por lo que se comprime aproximadamente la mitad de la altura inicial. Para saber a qué anchura queda la lata final, se ha hecho mediante ensayos en latas, simulando la máquina en funcionamiento y chafándolas hasta la altura de 55mm. Se comprimen varias y se observa que ninguna llega a 80mm de diámetro por lo que se diseña la base con 85mm de diámetro para asegurar que la lata se expande sin problema. Con estas medidas ya se puede diseñar donde irán depositadas las latas en la máquina. P á g i n a 37 59

39 El resultado es este: Figura 30: diseño estructura donde se sitúa la lata Figura 31: pieza de encaje entre bancadas Se ha hecho una guía por cada lado para que el pistón no se gire en caso de que la lata se doble antes, por un lado. Por último, en la parte inferior de la pieza se ve como se le ha diseñado una pequeña L que hace de sujeción entre las dos bancadas diseñadas. El enganche es simétrico para los dos lados resistiendo así la fuerza a tracción que se genera. Seguidamente, se diseña la estructura donde va acoplado el cigüeñal y el eje engranado. Esta es conjunta con la bancada de la lata por lo tanto tiene un L diseñada en la parte inferior para conseguir el acople. El primer tramo continua con la forma de U, hasta una vez llegado donde se sitúan las ruedas dentadas. Para ello se colocan dos pilares con el hueco para insertar los ejes y se diseña una tapa superior para amarrar la tapa. El eje engranado debe ir a distancia exacta para engranar con la rueda. Para ello los diámetros primitivos de ambos engranajes deben ser tangenciales. Una vez ubicado P á g i n a 38 59

40 donde irá el eje engranado, se contempla como se sujeta. Por un lado, está el reductor por lo que ya queda fijo y por el otro se hace la misma sujeción que a las ruedas del cigüeñal. Como esta pieza contiene una parte del soporte del reductor. Se debe hacer un agujero donde irá colocado el segundo eje del reductor. Se vuelve a hacer lo mismo, diámetro primitivo de un engranaje con otro y que sean tangenciales. El resultado de la pieza es el siguiente: Agujero para el eje reductor Eje del reductor Figura 32: diseño bancada Por último, se diseña la estructura del reductor. Consta de una L que se acopla a la última bancada comentada. En ella se crea un soporte para colocar el motor. Como se ha comentado antes, la distancia entre el motor y el eje que contiene los engranajes viene definida por los diámetros primitivos. En este caso, no es necesario crear cavidades para unir esta bancada con la del cigüeñal ya que no hay posibles esfuerzos de tracción. Figura 33: estructura reductor P á g i n a 39 59

41 3.4.4 Circuito eléctrico Inicialmente, el circuito eléctrico se ha diseñado simple. Utilizando solamente un interruptor para actuar y parar el motor. No es necesario ningún componente más ya que la máquina tiene un ciclo cerrado. 3.5 Impresión de las piezas Con las piezas diseñadas y preparadas para imprimir, se debe poner a punto la impresora. Se hizo una primera prueba con una pieza pequeña para ver el resultado y observar si había fallos. Lamentablemente, no hubo que esperar mucho para encontrar el primer error, las primeras capas no se adhieren a la cama caliente. Figura 34: problema de adhesión de las primeras capas impresas Este problema ya se había tenido anteriormente, la solución más normal es que la cama caliente (superficie donde se imprimen las capas) no está calibrada. Con la ayuda de un papel, se calibra la cama y se vuelve a probar a imprimir. El problema persiste por lo que con ayuda de internet se busca una solución. Finalmente, se vio que el problema era la temperatura de la habitación en la que se imprimió. La impresora se encontraba al lado de la ventana creando que el plástico se enfriara demasiado rápido. P á g i n a 40 59

42 Por otro lado, la temperatura de la cama caliente se aumenta en 10 grados. Esto se debe a que varias piezas, sobre todo las de gran superficie, salían con las puntas dobladas, como en este ejemplo: Figura 35: warping al imprimir una rueda del cigüeñal Este defecto es llamado warping (deformación), es un defecto muy común a la hora de utilizar la impresión 3D. Se debe a la contracción que sufre el material extruido por la diferencia de temperaturas, se extruye a 220ºC y la cama caliente a 60ºC, cuando el material toca la cama caliente se contrae. El defecto aparece en las esquinas debido a la contracción que se genera en la parte central y estira de las esquinas. Para reducir este problema, es importante evitar que se generen corrientes de aire, por lo que se coloca en una esquina de la habitación y con la puerta cerrada durante toda la impresión. 3.6 Montaje Con todas las piezas terminadas, se procede al montaje. A partir de aquí sen los fallos que tiene la máquina y en que se puede mejorar. Durante el montaje se enseña los componentes que no son impresos, en la mayoría se intenta utilizar piezas recicladas del desmontaje de cosas viejas o rotas. Como última opción si algo no se encuentra se compra. Empezando por el montaje del reductor, se requieren dos varillas para utilizar como eje. Para ello se ha cortado una varilla de 5mm de diámetro utilizando una radial, una de 73mm de longitud y otra de 163mm para pasar por el interior del eje engranado. P á g i n a 41 59

43 De aquí se han cortado los ejes Figura 36: pieza de donde se extraen los ejes del reductor A continuación, se monta la bancada, para ello se tiene que introducir el encaje por la parte inferior. Es tan justo el encaje que se necesita usar martillo. La pieza se lubrica con jabón y con cuidado se va martillando por los laterales hasta que se consigue encajar. Para fijar las tapas que sujetan el cigüeñal en la bancada, se hace mediante tornillos. El problema es que los tornillos no pueden roscar en una pieza hecha con impresión 3D ya que el interior no es 100% sólido. Por lo que el agujero se hace más grande para introducir un taco y poder roscarlo. En la tapa se hace un agujero pasante y ya que fijo. Figura 37: tornillo y taco utilizados para la sujeción de la tapa Esta operación se repite con la tapa que sujeta el eje engranado. Continuando con el cigüeñal, se le funde una rosca circular donde posteriormente se introduce una varilla roscada M6. P á g i n a 42 59

44 Figura 38: proceso para fundir la tuerca en la pieza La varilla se corta de un tornillo M6 de 80mm de longitud. Se corta a medida exacta para que no sobresalga nada, en caso de que fuera larga podría tocar con la bancada y quedar clavado. Para facilitar el montaje, debido a que la varilla queda inaccesible una vez montada, se ha hecho una pequeña ranura en un extremo para poder desenroscar con un destornillador plano. Figura 39: herramienta utilizada para crear la ranura en el eje Para la biela, se tiene que hacer un casquillo. Como la varilla roscada es de M6 se utiliza un taco para hormigón de diámetro 8, que encaja con esa medida. Para introducir la varilla, nuevamente se lubrica con jabón y con un martillo se introduce en la biela. P á g i n a 43 59

45 Figura 40: material utilizado para hacer el pasador en la biela Se encuentra un problema, la biela tiene mucho juego por toda la varilla roscada. Se decide poner una tuerca con una arandela por cada lado para eliminar el movimiento no deseado. Figura 41: componentes utilizados para formar el cigüeñal Por último, con un tornillo y una tuerca se amarra el pistón a la biela. El motor se empalma a un interruptor de forma provisional y se conecta a una batería. Ya se puede probar la máquina y ver lo fallos. El motor se amarra a la bancada mediante una abrazadera metálica. P á g i n a 44 59

46 Figura 42: abrazadera metálica 3.7 Problemas encontrados Con la máquina lista, primero se comprueba que el reductor funcione. De primeras el pistón se mueve y parece funcionar. Con un par de ciclos se vé el primer error. La biela en el lado del cigüeñal toca con el eje engranado, no limita el movimiento, pero se debe arreglar. Como solución se diseña el eje engranado con la parte donde toca la biela mas fina. Figura 43: nuevo diseño del eje dentado Siguientemente, se comprueba si es capaz de comprimir una lata. El problema viene cuando empieza a comprimir y las dos bancadas (la de la lata y la del cigüeñal) unidas por dos encajes se separan por la parte superior. Figura 44: problema al comprimir una lata P á g i n a 45 59

47 De todas maneras, se crea una estructura alrededor de la compactadora para ver si con la potencia generada se consigue chafar la lata. Finalmente, se ve que hay potencia suficiente por lo que solo queda solucionar el problema de la separación de las bancadas. Como solución se opta por atornillar las bancadas a una madera de 18mm de grosor para que absorba parte del esfuerzo a tracción. Con esto la máquina queda lista para ser utilizada. 3.8 Mejoras Una vez la máquina funciona es más fácil identificar algunas cosas que se pueden mejorar. En total se han encontrado 4 mejoras para aplicar: Montaje eje engranado Durante el transcurso del montaje, el reductor se ha montado y desmontado varias veces. El eje reductor ha dado varios problemas, uno se ha comentado anteriormente, pero además la parte lisa del final, que está en contacto con la bancada, no permite sacar el eje si la rueda del cigüeñal está puesta. Por lo que, aprovechando que el eje reductor era una pieza que se debía volver a imprimir, en la parte lisa del final se diseña la continuación de tres dientes. Con esto se consigue que, con las ruedas montadas, el reductor se pueda quitar sin ningún problema. Figura 45: alargamiento de tres dientes en el eje dentado P á g i n a 46 59

48 Sistema de protección Viendo la máquina trabajar y con el diseño de la estructura es fácil tocar los engranajes, están todos descubiertos. En caso de que la máquina esté funcionando y a alguien le pille un dedo podría causar graves daños. Por lo que es necesario poner un protector. Se busca que el reductor sea visible, para que sea más estético y se pueda observar la reducción que se genera a lo largo del reductor. Por lo que se busca un material transparente como metacrilato. En un inicio, se utiliza una bandeja donde se colocan papeles. El problema es que es un material que se agrieta con facilidad y al cortarlo se rompe o se ralla, por lo que el resultado final no es como se esperaba. Seguidamente, se encuentra un cuadro viejo que utiliza como cristal una especie de metacrilato, pero esta vez mas manipulable y fino. Se diseña una pequeña estructura donde las piezas cortadas a medida con un cúter, se pegan con pegamento rápido al plástico y después con dos tornillos se fija a la estructura. El resultado final es este: Figura 46: protector del reductor Las ruedas del cigüeñal tampoco tienen protector, este caso no es tan crítico ya que giran a menor velocidad y es más complicado que pase algo. Pero igualmente se diseña un protector. Para este caso, se ha pensado lo mismo que el anterior, que sea transparente para poder ver funcionamiento de la máquina. En este caso, para facilitar el diseño se quiere hacer en curvatura por lo que el material que se utilice debe ser flexible. Se utiliza una funda transparente con la que encuaderna. Es flexible y transparente, ahora se imprimen las piezas y se grapa la funda. Con esto queda cubierto las ruedas y el eje dentado. P á g i n a 47 59

49 Figura 47: protector de las ruedas y el eje dentado No se requiere más protección ya que por la parte del pistón, al introducir la lata no queda mucho espacio. Así que la máquina ya es segura. Nuevo sistema eléctrico Un fallo significativo es que a la hora colocar la lata con la máquina encendida era muy complicado introducirla ya que disponías de pocos segundos, después el pistón se cerraba. La solución es poner un final de carrera y hacer que cuando el pistón vuelve al principio después de chafar una lata, se detenga. Hasta que no se mantiene pulsado un pulsador, el motor no vuelve a funcionar. Para ello se ha hecho un sistema eléctrico diferente. Se necesita un pulsador NA, un final de carrera NC y un interruptor. El esquema del sistema eléctrico es el siguiente: INTERRUPTOR FINAL DE CARRERA NC BATERÍA PULSADOR NA M MOTOR Figura 48: nuevo esquema eléctrico P á g i n a 48 59

50 Una vez probado y funciona, se diseña una estructura que se coloca encima del motor para colocar el pulsador y el interruptor. A la hora de introducir los componentes, el encaje se hace manual utilizando una herramienta de corte. Figura 49: soporte interruptor sin modificar Se suelda todo el circuito con estaño. Para colocar el final de carrera, se marca la posición máxima del pistón y se atornilla el final de carrera. Los tornillos utilizados se extraen de un viejo rúter. Utilizando un destornillador pequeño se enroscan dos tornillos para que quede fijo. Figura 50: herramienta utilizada para instalar el final de carrera Escape de líquidos Esta ha sido la última mejora incorporada ya que se ha hecho al cabo de varios días de prueba. La bancada después de varios usos quedaba pegajosa debido a las pequeñas cantidades de líquido que llevan las latas y sueltan cuando se comprimen. Como solución se ha hecho: Un agujero con un tubo introducido al final de la bancada. La función es simplemente que cuando se vaya a limpiar la máquina, se coloque el tubo P á g i n a 49 59

51 en un recipiente y todo el residuo de agua o productos de limpieza caiga fuera de la máquina consiguiendo que sea más higiénico. El tubo se ha cogido de una jeringa. Además, se ha impreso una abrazadera para colocar el tubo en alto para cuando no se está utilizando. - Para facilitar que el líquido vaya al agujero de desagüe se ha colocado una madera en el lado opuesto de la máquina para darle una pequeña inclinación. - Por último, los tornillos que sujetaban la bancada a la base creaban pequeños surcos donde la suciedad y el líquido se almacenaba. Se ha enganchado un plastificador de libros por la parte superior para que el líquido resbale hasta el desagüe. Figura 51: tubo de desagüe 4. ESTUDIO ECONÓMICO P á g i n a 50 59

52 Para realizar el presupuesto se desglosa en el proyecto básico del ingeniero, donde se consideran las horas de investigación y del desarrollo del proyecto. Y para el proyecto ejecutivo se tiene cuenta el material necesario a comprar y las horas de montaje. Por último, se da un precio al prototipo que se ha hecho. Para calcular el coste de las horas invertidas, el precio por el estudio y el diseño en SolidWorks es de 30 /h. El precio del montaje es de 25 /h. Presupuesto proyecto básico Horas invertidas Precio ( ) Investigación Diseño Montaje prototipo Total Presupuesto proyecto ejecutivo Material Cantidad Precio unidad ( /ud) Precio ( ) Filamento PLA 1Kg 1 15,70 15,70 Motor eléctrico 1 13,03 13,03 Varilla Ø5 200mm x 2ud 1 4,93 9,86 Metacrilato de 1.2mm 1 2,49 2,49 Cubierta encuadernación 1 0,10 0,10 Pulsador (x5) 1 0,81 4,06 Interruptor (x5) 1 1,50 7,50 Final de carrera (x20) 1 0,38 7,71 Varilla roscada M6 500mm 1 8,70 8,70 Tabla madera pino 1 6,99 6,99 Arandela M8 (x20) 5 0,15 3 Tornillos cabeza redonda M4x ,07 7,21 (x100) Abrazadera metálica (x5) ,99 Tubo flexible transparente 1metro 1 3,53 3,53 Tornillo M2 (x800) 2 0,02 14,89 Batería portable 1 31,89 31,89 P á g i n a 51 59

53 Tuerca circular M6 x20 2 0,37 7,55 Taco de nailon (x50) 6 0,23 11,50 Horas de montaje 20h x 25 /h 500 Coste total 657,9 En esta tabla se indica el tiempo exacto de impresión y el material consumido: Pieza Tiempo (min) Material utilizado (g) Bancada lata Bancada cigüeñal Bancada reductor Encaje x Pistón Engranaje reductor x Eje engranado Piñón 13 2 Tapa cigüeñal x Tapa eje engranado 32 6 Rueda cigüeñal x Biela Protector reductor Protector cigüeñal x Soporte interruptor Soporte tubo 10 2 Total El tiempo imprimiendo en horas equivale a 85horas y 55minutos. 5. PLANIFICACIÓN La duración de este proyecto ha sido de 8 meses ya que se solicitó una prórroga. De este periodo han sido 5 meses productivos que se han dividido en tres fases: fase previa, fase de diseño y fase de montaje. P á g i n a 52 59

54 Fase previa Se han analizado los objetivos del proyecto. Se ha hecho un estudio sobre reductores, impresoras 3D y algunos tipos de prensas. Además de obtener información necesaria sobre las latas de refresco. En esta fase se invirtió un mes y medio. Fase de diseño Esta fase se ha realizado utilizando SolidWorks, se ha pasado la idea de manera digital. El diseño de las piezas teniendo en cuenta que se deben imprimir después, ajustar la impresora a los parámetros correspondientes. En esta fase se ha invertido aproximadamente dos meses y medio. Fase final Una vez acabado el diseño, las piezas se debían imprimir. Aproximadamente se han tardado 100 horas de impresión contando piezas defectuosas y piezas buenas. Para montar la máquina se ha invertido un mes y medio aproximadamente. 7. CONCLUSIONES 7.1 Máquina final Una vez la máquina está acabada y funciona perfectamente, se valora el resultado del proyecto. P á g i n a 53 59

55 Como conclusión he de decir que considero haber cumplido el objetivo ya que mediante impresión 3D se ha construido un reducto, una máquina que es capaz de comprimir las latas partiendo de un motor con un par motor bajo. El reducto consigue una buena reducción, los engranajes están bien diseñados y engranan sin ningún problema. Las piezas impresas resisten los esfuerzos que se generan. El resultado final es el siguiente: Figura 52: vistas máquina Se ha conseguido un diseño compacto y estéticamente agradable. Las dimensiones de la madera son de 295x415mm. P á g i n a 54 59