Diseño de una impresora 3d de materiales de construcción, transportable y modular

Abstract

Los sistemas de impresión 3D de construcción han demostrado ser una solución innovadora para la reconstrucción de áreas afectadas por desastres naturales, especialmente en regiones sísmicas como Perú. Por lo tanto, se debe abordar la necesidad urgente de métodos eficientes para la reconstrucción de infraestructuras en zonas remotas tras eventos sísmicos devastadores. Para ello, se propone el diseño de una impresora 3D transportable y modular, adaptada a materiales de construcción. Se evaluaron diferentes modelos de impresoras 3D, incluyendo sistemas cartesianos, delta y con brazo robótico, considerando sus ventajas y limitaciones en términos de eficiencia, precisión y robustez. El objetivo principal del estudio es diseñar un sistema de impresión 3D modular y transportable para materiales de construcción, que incluya monitoreo a distancia, con el fin de facilitar su implementación en áreas remotas para la recuperación post-desastres naturales. Para ello, se llevó a cabo un diseño conceptual basado en una estructura mecatrónica integral, incluyendo un análisis detallado de motores, controladores, guías lineales y sensores para seleccionar las mejores opciones a nivel de tecnología. Además, se realizó una evaluación técnica y económica exhaustiva para demostrar la viabilidad de su implementación. El diseño se ha realizado inicialmente para un entorno controlado de laboratorio, con el objetivo de analizar y validar su funcionamiento antes de adaptarlo a condiciones extremas que podrían encontrarse en zonas rurales o afectadas por desastres Los resultados del estudio incluyen el diseño a nivel de ingeniería de todos los subsistemas, abarcando principalmente la mecánica de movimiento y la selección de electrónica. Se llevaron a cabo cálculos en el subsistema estructural, de movimiento lineal y del efector, así como la revisión de documentación y datasheets para la selección de componentes en el sistema de control e interfaz. Este minucioso proceso aseguró que cada parte del sistema cumpla con los requisitos técnicos, facilitando un diseño robusto y eficiente. El diseño ingenieril involucró validaciones críticas, como el análisis de elementos finitos (FEA) para validación estructural y de acoples, y simulaciones en Matlab para cálculos de velocidad de movimiento lineal, potencia y torque del motor, evaluando el rendimiento del sistema en condiciones extremas. Estas validaciones garantizaron que el sistema sea funcional y capaz de operar bajo las exigencias propuestas en la lista de requerimiento junto a Fabcore, el laboratorio con el cual se está desarrollando esta tesis. Finalmente, se realizó un cálculo detallado del presupuesto por subsistemas y la implementación total del sistema de impresión 3D. Este análisis incluyó tanto los costos de los componentes como los materiales necesarios, evaluando las tasas de cambio y costos adicionales por importación. Se determinó que el costo total de implementación del sistema de impresión 3D asciende a S/. 36 582 soles peruanos, proporcionando una estimación de los costos involucrados en la implementación del proyecto.