Diseño y construcción de un prototipo de máquina multifunción para la manufactura aditiva y sustractiva mediante control numérico computarizado CNC

• Catota Pinthsa, Pablo Jordan ^[1] ; Rodríguez Puruncaja, Jason Alexander ^[1] ; Espín Rosales, Jonathan Antonio ^[1] ; Chuquitarco Aguayo, Elsa Alexandra ^[1]
  1. [1] Escuela Politécnica del Ejército

     Escuela Politécnica del Ejército

     Sangolqui, Ecuador

     
• Localización: Multidisciplinary Journal of Sciences, Discoveries, and Society, ISSN-e 3091-1699, Vol. 2, Nº. 2, 2025 (Ejemplar dedicado a: Edición Regular: Estudios Multidisciplinarios; e-215)
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Design and construction of a multifunction machine prototype for additive and subtractive manufacturing using computer numerical control CNC
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• Resumen
  • español

    La fuerte competencia y exigencias del mercado mundial en la industria manufacturera hace cada vez más necesario el uso de tecnologías avanzadas y el estudio de métodos de trabajo más efectivos y precisos. La automatización de máquinas herramientas de control numérico computarizado (CNC) ha alcanzado gran importancia en la industria manufacturera, optimizando recursos y disminuyendo errores en la producción por falla humana.

    En el presente trabajo se realizó el diseño e implementación de una máquina CNC de tres ejes para manufactura aditiva y sustractiva combinados en una sola máquina. Para crear un diseño optimo y funcional fue necesario establecer parámetros en las tres aplicaciones a realizar, se investigó las velocidades y los parámetros que influyen en el corte láser, las variables que intervienen en una impresión 3D y las características técnicas necesarias para llevar a cabo un tallado en madera. Todas estas aplicaciones para un área de trabajo de 600 mm x 600 mm con una altura de 200 mm en el caso de impresión 3D y 150 mm en el caso de tallado. Como apoyo, para realizar simulaciones estructurales se diseñó el sistema en software CAD para luego realizar su respectivo análisis CAE donde se verificó que los tamaños de los elementos creados soportan las cargas producidas en los procesos realizados. Por las diferencias en los parámetros de velocidad y torque se requirió diseñar dos puentes donde se ubican los tres procesos antes mencionados con diferentes transmisiones de movimiento que permitan ejecutar las aplicaciones con los parámetros ideales. Para el control de los movimientos y accionamiento de los componentes eléctricos se utilizó el firmware MARLIN que permite generar diferentes tipos de aplicaciones CNC a partir de una tarjeta de control dentro de la cual se implementan todos los actuadores necesarios. Para las pruebas se utilizó la norma ISO 10360-2 2009 con el fin de determinar la precisión y repetibilidad de la estructura, adicional se implementó pruebas en figuras geométricas verificando el error en todos los procesos llevados a cabo. Finalmente se han establecido conclusiones y recomendaciones Con el diseño e implementación del presente prototipo se pretende en el mecanizado: reducir tiempos de fabricación, mejorar el acabado superficial, fabricar piezas más complejas; en lo académico: disponer de un prototipo para realizar prácticas de mecanizado; y en lo industrial disponer de una máquina accesible en costo, operación y mantenimiento.

  • English

    The strong competition and demands of the global market in the manufacturing industry make the use of advanced technologies and the study of more effective and precise working methods increasingly necessary. The automation of computer numerical control (CNC) machine tools has gained great importance in the manufacturing industry, optimizing resources and reducing production errors due to human failure.

    In the present work, the design and implementation of a three-axis CNC machine for additive and subtractive manufacturing combined in a single machine was carried out. To create an optimal and functional design, it was necessary to establish parameters for the three applications to be performed. The speeds and parameters that influence laser cutting were researched, as well as the variables involved in 3D printing and the technical characteristics necessary to carry out wood carving. All these applications are for a work area of 600 mm x 600 mm with a height of 200 mm in the case of 3D printing and 150 mm in the case of carving. As support, to perform structural simulations, the system was designed in CAD software and then its respective CAE analysis was carried out, where it was verified that the sizes of the created elements withstand the loads produced in the processes carried out. Due to differences in speed and torque parameters, it was necessary to design two gantries where the three aforementioned processes are located, with different motion transmissions that allow the applications to be executed with ideal parameters. For the control of movements and activation of electrical components, the MARLIN firmware was used, which allows the generation of different types of CNC applications from a control board in which all necessary actuators are implemented. For the tests, the ISO 10360-2 2009 standard was used to determine the accuracy and repeatability of the structure; additionally, tests were carried out on geometric figures verifying the error in all processes performed. Finally, conclusions and recommendations have been established.

    With the design and implementation of this prototype, the aim in machining is to reduce manufacturing times, improve surface finish, and manufacture more complex parts; in academia, to have a prototype for carrying out machining practices; and in the industrial field, to have a machine that is accessible in terms of cost, operation, and maintenance.