Inyectora de plàstic: 28 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

En aquest projecte es construeix el prototip d’una inyectora de plàstics per a fines acadèmiques

Pas 1: Disseny conceptual del prototip mecànic

Antes de començar amb la construcció del prototip electromecànic, es va realitzar el disseny en CAD del conjunt mecànic en el qual es va modelar tots els components per fer el projecte.

Pas 2: Cotització De Cada Component

Una vegada dissenyat i modelat cada un dels components, es cotitzarà tots els materials necessaris per a la seva construcció. A continuació es mostra una llista de tots els materials, amb base en el model prèviament dissenyat en AutoCAD.

Step 3: Adquisició De Cada Component

L’equip tuvo que discernir que la secció crítica per a la construcció del projecte era la longitud de broca. És per això que es tuvo que escoger entre tres components, el millor que s’ajustarà a l’aplicació del projecte. Finalment, escogim una broca per a fusta de 1x10’’ per empujar el termoplàstic.

La base i les 4 llàmines tenen que ser de metall, degut a que estaran exposades a altes temperatures. Se optó por poner las 4 láminas de aluminio y la base de fierro (para abaratar precios).

La majoria dels components són molt semblants als mètodes als usats en un CNC. Casi tots poden ser aconseguits en línia.

A pesar de que la quantitat de components està mostrada en la taula superior, és recomanable comprar tornells i alguns components extres en cas que es rompin en el procés de construcció.

Pas 4: Corte Con Agua

Les 4 llàmines van ser cortades amb aigua a les especificacions del CAD.

El corte con agua solo corta las caras principales por lo que los orificios laterales fueron perforados en la fresadora y machuelados de manera manual.

La base va ser perforada amb broca en la fresadora de manera manual. Se sacarán las medidas adecuadas tomando como referencia la longitud de la broca. Es recomana permetre cierta holgura en els orificis de la base per donar un marge d’error al conjunt.

Pas 5: Ensamble De Las Laminas

Las láminas se sujetan a la base por medio de dos tornillos que van en la parte inferior de las láminas. Mostrats en la imatge anterior de la dreta. Las láminas con ½ pulgada de espesor utilizan tornillos M5, mentre que les láminas con ½ pulgada de espesor utilizan tornillos M3.

Debido a que las 4 láminas tienen exactamente las mismas medidas era necesario levantar todo el mecanismo para evitar que la pared de rodamiento rozara contra la base. Para esto se usaron tuercas hexagonales de la misma altura para elevar a todas las paredes de la base. Mostrado en la imagen superior. Evitant així que la paret de rodament rozara amb el seu sol.

Pas 6: Instal·lar El Conduit Y El Nozzle

A base de material scrap de aluminio se maquina en el torno el nozzle (mostrado en el CAD). El cilindre és maquinat al diàmetre del conducte. Després és perforat i maquillat al centre per permetre atornillar el perno.

De igual manera el perno és perforat pel centre, per aquest orifici serà extruït el plàstic.

Una vegada maquinat el nozzle i el perno son soldats al conduit.

Teniendo ahora el conduit con el nozzle se tomán las medidas en base a la longitud de la broca para cortar el conduit a una medida apropiada.

Pas 7: Instal·lació de La Boquilla Y El Embudo

Després es pren part del scrap del conduit per fer un boquilla per on es menjarà el plàstic. Se fa un orifici en el conducte per on estarà la boquilla. La boquilla és soldada al conduit.

Se agrega un embudo que para almacenar el plástico que será alimentado al conducto por medio de la boquilla. Este se adhiere a la boquilla por medio de un par de L’s de aluminio scrap, y por tornillos M3.

Pas 8: Ensamblando El Conduit Entre Los Soportes

A continuació s’instal·la el conducte, el broquet i el perno a les llàmines. Para esto se atornilla el perno a través de la pared inyectora, sosteniendo així al conducte entre la pared inyectora y la pared de soporte.

Pas 9: Instal·lar Los Ejes Lineales

A continuación se instalan los ejes lineales sobre los que va a desplaçar-se a la paret de rodament. Instal·leu baleros lineals per facilitar el desplaçament. Utilitzeu opresors per mantenir els balers i els exigeixin en la seva posició ideal.

Step 10: Maquinar El Limite Para Tornillo Sin Fin

Després es maquina una peça en el torn amb alumini scrap. Esta pieza tiene un diámetro interno de 9mm y contiene un par de opresores para sostener fijo al tornillo sin fin evitando que este gire. Aquesta peça es monta sobre la cara de la paret de rodament amb dos tornells 5M.

Pas 11: Disseny De Mecanisme Encargo De Desplazar La Pared Del Rodamiento

El mecanisme més compleix d’aquest projecte és l’encarregat de moure el tornillo sense finir fent que es desplaci la paret de rodament. Aquest mecanisme consta de 3 peces principals; una tuerca, un baler i una polea dentada de 60 dients.

El baler fa la funció d’alinear el tornillo sense finir i permetre que la polea dentada i la seva cerca giren. La polea dentada va ser maquinada en el torn per tenir un costat amb un orifici major i d’aquesta manera acollir la vostra cerca sota pressió. La vostra cerca va ser acoplada sota pressió a la polea dentada. Hubo problemas al hacer esto ya que en el primer intento la tuerca se dañó y no permitía el giro del tornillo sin fin. Sin embargo el segundo intento fue exitoso y se logró la unión entre estas dos piezas. El altre costat de la polea dentada va ser maquinada per permetre que l’ar que sobresale del baler entre. Aquests dos van ser units amb opressors.

Pas 12: Instal·leu Steppers NEMA 17

A continuació s’instal·larà els Nemes en ambdues llàmines d’espessor, utilitzant 4 tornells 3M per motor. En la flecha del motor se instala una polea dentada de 16 dientes.

Debido a que la banda dentada no es tensa suficient es fa un espaciador maquinat amb alumini scrap.

Se montó un espaciador sobre uno de los 4 tornillos M3 que sostienen al nema. Ambos motors tuvieron el mateix mecanisme. La imatge anterior mostra la polea dentada de 60 dients que mueve a la broca.

Step 13: Add Resistències Que Calientan El Conduit

Per últim, des de la perspectiva mecànica, s’acorden les resistències que calient al conducte.

Pas 14: Afegiu Tornillo 5M

Se agrega un tornillo 5M con una guasa para acomodar de mejor manera los cables, a hacer el cableado.

Pas 15: Maquinar Los Cuatro Soportes De La Base

Se maquinan 4 patas en el torno a base de aluminio scrap para el proyecto esté nivelado y que no haya interferencia con las cabezas de los tornillos que están en la parte inferior. Estas son instaladas en las 4 esquinas de la base con tornillos M5.

Pas 16: Limpiar Amb Acetona

Per últim es limpia totes les cares de les llàmines amb acetona per a quitar qualsevol cosa.

Pas 17: Cotització de Components Elèctrics

Com primer pas, es necessitaran aconseguir tots els components elèctrics per al disseny elèctric / electrònic de la inyectora

Pas 18: Seleccionar El Microcontrolador

Les connexions en el diagrama poden variar perquè es pot seleccionar l'arduino UNO o l'arduino MEGA. Per aquest projecte, recomanem que utilitzem l’arduino UNO

Pas 19: Disseny del circuit d'adquisició de dades

Per a aquest subcircuito necessitaremos dos componentes clave: El termopar tipo k de ojillo y el módulo MAX6675.

El subcircuit d’adquisició de dades funciona amb el convertidor analògic a digital MAX6675. Aquest mòdul es alimenta de 5VCD, els quals es demostren directament del pin lògic de 5v del Arduino, de aquest mòdul salen tres pins que es connecten al Arduino, el SCK, el CS i el SO, els quals van connectats al Arduino en el pin 10, 9 i 8 respectivament. Aquest mòdul és capaç de llegir 700 graus Celsius. En la part superior del mòdul, mitjançant uns opressors es connecta el termopar tipus K el qual va directament atornillat amb la part que va a estar sotmetent la seva temperatura. La terra del MAX6675 va directament connectada amb la terra comú de l'Arduino. El mòdul es alimenta de 5VCD, els quals salen del Arduino

Pas 20: Disseny de Circuit de Potència

Este subcircuito nos ayuda a activar las dos resistencias eléctricas que calientan el tubo usando salidas lógicas del Arduino. Las resistencias son de 120VCA y 300w, cada una consumeix 3A, per lo que es fa servir dos rellevants de 125VCA y 10A. Els rellevants van connectats als pins 2 i 3, configurats com a salades digitals, els quals accionaran el commutador del rellevant segons la programació, energitzant les resistències. Per connectar les resistències a la llum i de la llum als rellevants, es faran servir 3 borns. Los 120VAC los obtuvimos con una clavija conectada directamente a la luz, que va conectada a un terminal block. Per la part de baix d’aquest terminal block derivem les connexions en paral·lel per energitzar amb dues resistències. Connectem en sèrie el contacte normalment obert dels rellevants a les resistències per a que d’aquesta manera a pesar de que estiguessin connectades en paral·lel, podien tenir control individual entre activarlas. La tierra de los relevadores se conectó a tierra común con la del Arduino. El pin de VCD del módulo de los relevadores se alimenta de 5VCD

Pas 21: Disseny del circuit per al control de motors

El subcircuito de los motores se desarrolló en base a dos drivers a4988 que sirven com a controladors de microstepping de motors a passos. Aquests controladors suporten de 8 a 35VCD que son per energitzar als motors. Se suministra 12VCD para los dos drivers, con los cuales funcionan sin problema dos motores Nema 17, els quals tenen com a operació nominal 12VCD. Per al funcionament del conductor, els dos es alimenten de 5VCD obtinguts del pin de 5V de l'Arduino. El voltatge dels motors es subministra als conductors en forma paral·lela, mitjançant terminals per connectar els cables exteriors de la font de 12VCD. Utilitzeu dos blocs de terminal per controlador per poder connectar els motors a passos. Cada conductor té un pin de STEP y DIRECTION, amb aquests es podrà controlar els passos i la direcció de gir del motor. Aquests es connecten al Arduino en els pins 7 i 6 per al conductor 1, i en 5 i 4 per al conductor 2. La terra dels conductors i la font de 12VCD es connecten en comú amb la terra del Arduino.

Pas 22: Crear La Placa PCB

Per crear el PCB es va utilitzar el programa gratuït FRITZING, es poden crear el seu propi PCB seguint les instruccions dels passos anteriors, però adjuntem el circuit que utilitzem, junt amb la imatge de les pistes a mida real, per si es vol replicar. Es necessita una fenòlica sense perforar de mida 15cm x 15cm (Nota, estem utilitzant Arduino UNO). El Arduino lo agregamos para poder ubicar dónde iba y no causar conflictos en las pistas en el momento de perforar para sujetarlo a la placa. Si es compte amb un mòdul de Rellevadors d’Arduino, es pot ignorar el circuit de rellevants de l’esquerra.

Pas 23: Recomanacions addicionals per al disseny elèctric

Es recomana utilitzar el mètode de la plancha per a la generació del PCB. Se genera un PDF con las pistas a imprimir en una hoja de papel Contac, el que es posa a una impressora làser per obtenir les pistes en la hoja. Al tener la hoja impresa, se sujeta a la placa de 15 x 15 cm usando cinta y se procede a plancharla usando una plancha normal y corriente durant 5 minutos. Al finalitzar el planchado se moja en agua fría y se retira el papel, en caso de que las pistas ya en la placa presenten un error, se recomienda repintar las pistas usando un marcador Sharpie negro. Al tener ya la placa marcada con las pistas, se procede a sumergir la placa en una mezcla de ⅔ ácido férrico y ⅓ agua. La placa ha de romandre fins que es va eliminar l'excés de coure. Quan se termine el procés químic, se lava i retira l’excés de tinta. Després, amb un quadre de mà i una broca milimètrica, es procedeix a crear els orificis dels components. Per últim, se sueldan els elements elèctrics a la placa usant cautín y estaño.

Pas 24: Calibració del Termopar

Antes de començar a programar la rutina per a la injectora, es necessita calibrar el terme i analitzar el tipus d'informació que llegeixi el microcontrolador. Es recomana que en aquest pas, instale la biblioteca max66775.h i inclogui en el projecte de programari que estigui desenvolupant. Aquesta li permet llegir la temperatura en graus Celsius o Farenheit, però revisar que la informació que llegeixi el uC sea la correcta.

Pas 25: Calibració dels motors de pas

El prototip no compte amb sensors de límit. Per tant, primer cal calibrar el motor encarregat de traslladar el motlle. Primer defineix un punt de partida per al motlle i programa el stepper per a que es mova X quantitat de passos fins que el motlle es cierre completament. Luego defineix la velocitat a la que desea que es mou el motor. Per al motor que inyecta el plàstic, calibre els passos que té que donar per al que s’emprèn efectivament el plàstic (Haga una estimació).

Pas 26: Energize Los Relevadores E Implemente El Controlador

Luego de haber probado los útlimos dos elementos, intente mandar señales a los dos relevadores y revisar que el sistema esté en la temperatura deseada. Implemente un controlador ON OFF, indicant el set point de temperatura desitjada en la programació.

Step 27: Implemente Una Rutina En El Controlador

Luego de haber probado los relevadores, los sensores y ambos motores de pasos, pot programar una rutina per a la inyectora. La forma en què es programa el uC ha estat el següent: Els rellevants s’energitzen calentant el plàstic fins a la temperatura de fusió, el motlle es troba a la terra (activa el primer motor), el inyector es activa empujant el plàstic derrotat (actiu el segon motor), espera un segon i el motlle es obre nuevamente.

Pas 28: Implemente Una màquina d'estats

Finalment, després d’haver programat la rutina anterior, intenció de fer-la d’un estat. Programa d'altres sis estats per millorar l'operativitat de la inyectora. Nosaltres hicimos que esta rutina se repiti de forma continua y programamos estos estados: Reset (La màquina torna a les seves condicions inicials), Stop (Paro d'emergència), Molde a la derecha (mover el molde a la derecha manualmente), Molde a la izquierda, Testeo de temperatura (Solamente controlador ON OFF de temperatura), Extruder testing (calibration of the passes que da the extruder for empujar el plástico derretido).