Implementación de un control digital que reduzca las imperfecciones e irregularidades de piezas impresas por la impresora 3d Corexy Upao

Abstract

La presente investigación tiene como objetivo implementar un control digital que reduzca imperfecciones e irregularidades de piezas impresas a alta velocidad en la impresora 3D CoreXY UPAO. En primer lugar, se realiza una revisión bibliográfica con la finalidad de identificar posibles causas de impresiones defectuosas en impresoras 3D en general. En segundo lugar, se realiza una revisión bibliográfica respecto al estado del arte de la utilización de sistemas de control de lazo cerrado en las impresoras 3D comerciales. En tercer lugar, se diseña una placa de control externa, que interpreta las señales de accionamiento (STEP / DIR / EN) así como las señales de los sensores de posición del motor (encoders), para evitar modificar el firmware de impresión 3D de la placa de control principal. En cuarto lugar, se identifica la función de transferencia de cada motor paso a paso acoplado al mecanismo CoreXY, utilizando el software MatLab y durante la ejecución de movimientos similares a los de una impresión. En quinto lugar, se diseña, simula y valida experimentalmente un controlador PID digital, logrando así un ajuste adecuado de sus parámetros de control Kp, Ki y Kd. En sexto lugar y debido a que el diseño de la investigación propuesta en este proyecto es de tipo experimental, se recolectan datos durante la impresión de objetos en la impresora 3D CoreXY UPAO a la velocidad de 100 mm/s en etapas anterior y posterior a la implementación del control digital para compararlos y discutir los resultados. Finalmente, se concluye que el controlador no sólo compensa los pasos perdidos y reduce imperfecciones e irregularidades de las piezas impresas, sino que también mejora la precisión en la impresión, incluso a altas velocidades.

The objective of this research is to implement a digital controller in order to reduce the imperfections and irregularities of objects printed at high speeds by the CoreXY UPAO 3D printer. In the first place, a bibliographic review is realized in order to identify possible causes of faulty impressions in 3D printers in general. Secondly, a bibliographic review is done regarding the state of the art of the use of closed-loop control systems in commercial 3D printers. Third, an external control board is designed, which interprets the drive signals (STEP / DIR / EN) as well as the signals from the motor position sensors (encoders), thus avoiding modifying the 3D printing firmware of the main control board. Fourth, the transfer function of each stepper motor coupled to the CoreXY mechanism is identified, using the MatLab software and during the execution of movements similar to those of a print. Fifth, a digital PID controller is designed, simulated and experimentally validated, thereby achieving proper tuning of its control parameters Kp, Ki and Kd. Sixth and because the research design proposed in this project is experimental, data is collected during the printing of objects on the CoreXY UPAO 3D printer at a speed of 100 mm/s in stages before and after the implementation of digital controller, to compare them and discuss the results. Finally, it is concluded that the controller not only compensates for lost steps and reduces imperfections and irregularities in the printed parts, but also improves printing precision, even at high speeds.