Un dispositivo de bolsillo para cortar y unir retazos de filamento
Al final de cada carrete de impresión 3D queda un tramo de filamento demasiado corto para una pieza completa. Este proyecto diseñó y construyó un dispositivo portátil que corta los extremos de dos tramos de PLA y los funde entre sí para obtener un filamento continuo. El cortador dio un corte limpio en 18 de 20 intentos. La unión conservó el diámetro admisible en 15 de 18 ensayos, pero solo 8 de esas 18 uniones tuvieron resistencia mecánica alta o media.
Contexto
Una unión de filamento tiene que cumplir dos condiciones para pasar por una impresora. Su diámetro no puede superar la tolerancia habitual del filamento de 1,75 mm, que es de ±0,05 mm, porque un engrosamiento atasca la boquilla. Y tiene que soportar la tracción y la flexión del sistema de alimentación sin romperse.
Los dispositivos comerciales y los métodos caseros revisados en la tesis resuelven una de las dos cosas, o exigen destreza manual. El objetivo fue reunir en una sola caja la preparación del extremo y la unión.
Cortador
Si los dos extremos no son planos, queda aire atrapado y la unión es débil. El cortador usa una cuchilla de bisturí montada en un botón que se desliza sobre dos ejes con resortes. La trayectoria de la cuchilla queda fija, el corte sale recto y el botón regresa solo. La cuchilla queda dentro de la carcasa.
El primer botón exigía demasiada fuerza y los cortes no eran repetibles. Se alargó, se le dio más área de apoyo para el pulgar y se añadieron los resortes.
Botón con cuchilla, ejes y resortes en la tapa de aluminio
Fusionador
Dos mitades de un bloque de aluminio forman un canal del diámetro del filamento. Cada mitad tiene una resistencia de cartucho de 40 W y un termistor NTC, controlados por una placa RAMPS 1.4 con un programa que calienta hasta la temperatura fijada y luego apaga. Al cerrar la caja, el canal actúa como molde y la unión conserva la sección del filamento.
Corte esquemático: caja de aluminio, silicona aislante, bloque caliente y resistencias
El bloque caliente está rodeado de silicona para que la caja exterior no se caliente. Con la ecuación de Fourier para pared plana y la conductividad de la silicona usada, se estimó un espesor mínimo de entre 0,83 y 2,22 mm, y de 2,77 mm con un margen del 25 %. El prototipo quedó con paredes de entre 5 y 8 mm por restricciones de manufactura.
Caja de aluminio mecanizada con el molde de silicona
Bloques con resistencias y termistores instalados
La caja se imprimió primero en PLA para ajustar la bisagra y el cortador, y la versión final se mecanizó en aluminio. El prototipo pesa cerca de 235 g, mide 3,24 × 5,95 × 4,5 cm y costó unos 742.000 pesos colombianos como pieza única.
Resultados
Extremo de filamento antes y después del cortador, al microscopio
Se cortaron 20 filamentos de dos marcas y de retazos sin identificar. En 18 la superficie quedó plana y sin rebaba, y cada corte tomó unos dos segundos.
Se hicieron 18 uniones con distintas combinaciones de filamento, temperatura y tiempo.
| Criterio | Uniones | Porcentaje |
|---|---|---|
| Diámetro ≤ 1,80 mm | 15 de 18 | 83,3 % |
| Resistencia alta o media | 8 de 18 | 44,4 % |
| Resistencia nula | 10 de 18 | 55,6 % |
Dos uniones entre filamentos de distinto origen
Zona de unión vista al microscopio
Las uniones que funcionaron fueron las de filamentos de la misma clase y dureza, a 195–200 °C durante 8 a 10 segundos. Cuando los dos tramos eran de marcas o colores distintos, uno empezaba a degradarse antes de que el otro fundiera. El rango de 190 a 210 °C que indican los fabricantes no basta como ajuste único: la marca, el pigmento y las condiciones de almacenamiento desplazan la temperatura adecuada.
Un retazo unido al extremo de un carrete nuevo
Lo que falta
Más de la mitad de las uniones no resisten, y el caso de uso principal, que es unir retazos de origen diverso, es justamente el que falla. La resistencia se clasificó en categorías cualitativas, sin ensayo instrumentado. El documento no reporta impresiones hechas con filamento unido, de modo que el paso por el extrusor y la boquilla está sin probar.
El control de temperatura es de encendido y apagado, y la autora recomienda un PID. No hay enfriamiento activo, así que hay que esperar antes de retirar el filamento y existe riesgo de quemadura. Las piezas pequeñas resultaron difíciles de fabricar y exigieron reimpresiones y ajustes manuales. Solo se probó PLA.
Relación con Robiolab
El proyecto pertenece a la línea de manufactura digital que sostiene el trabajo experimental del laboratorio, junto con la extrusora de filamento y la impresora DLP. No tiene un componente bioinspirado. Su aporte es un diseño documentado, con planos y código, y un resultado útil para quien lo continúe: la geometría del molde resuelve el diámetro, y lo que queda por resolver es el control térmico según el material.