Presentación_PROT_TCUE24-25_007

CURSO 2024-2025

TÍTULO DEL PROYECTO: Integración y Optimización de

un Sistema de Extrusión de Tintas Biocerámicas para Impresión 3D Autor/a: Javier Alférez González Convocatoria Prototipos orientados al mercado en TCUE CURSO 2024-2025

Tutor/a Académico/a: Fidel Hugo Perera MartínezArmando González Muñoz Colaboradores: 360Systems.SL

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ÍNDICE DE CONTENIDOS 1.Objetivos 2.Impresión 3D: Robocasting 3.Planteamiento: Boceto 4.Reductor planetario: Diseño y normas ANSI/AGMA 2101-D04 5.Simulación y diseño reductora planetaria (Kisssoft) 6.Diseño y ensamblaje de componentes 7.Fabricación de la tinta biocerámica 8.Configuración del Router CNC industrial 9.Plan de negocio (TCUE) 10.Resultados 11.Conclusiones

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1. Objetivos • Sistema de extrusión CNC para tintas biocerámicas • Optimización de precisión y repetibilidad • Reducción de costes frente al Robocasting comercial • Fabricación de implantes biomiméticos con Router CNC Industriales

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2. Impresión 3D: Robocasting • Extrusión capa por capa de biomaterial • Modificación de los parámetros de extrusión (propiedades deseadas) • Prótesis óseas artificiales bioactivas, piezas cerámicas de formas complejas, etc.

• Sinterización

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3. Planteamiento: Boceto • Transformación movimiento giratoriomovimiento rectilíneo • Reductora: movimiento con un par mayor y más controlado • Transmisión de movimiento-Husillo • Eje de extrusión-Émbolo • Jeringa

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4. Reductor planetario: Diseño y norma ANSI/AGMA • •

→

• Una vuelta del motor (200 pasos) → 3 mm (descenso) X (pasos necesito) ← Si bajo h (mm)

REDUCCIÓN EMPLEADA 5:1

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4. Reductor planetario: Diseño y normas ANSI/AGMA 1º) Mismo módulo 2º) C = 2 × P + S 3º)La relación de transmisión sigue la siguiente fórmula: (C + S) × = C × + × S 4º) Para que los planetas estén equidistantes y se ajusten al siguiente diente simultáneamente: → → → C = 2 × P + S → 72 = 2 × P + 18 → P=27 dientes / 9 → CUMPLEN

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4. Reductor planetario: Diseño y normas ANSI/AGMA Carga tangencial transmitida FLEXIÓN

CONTACTO (PITTING)

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5.Simulación y diseño de la reductora Secuencia de cálculo planetaria (Kisssoft) •Inicialización del entorno y selección del módulo planetario •Definición de la estructura: corona fija, sol central y 3 satélites •Aplicación de materiales (Aluminio) y parámetros de carga •Configuración de factores de resistencia

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5.Simulación y diseño de la reductora planetaria (Kisssoft) Proceso iterativo de diseño

• Dimensionado grueso y refinamiento de geometría • Aplicación de tolerancias y ajustes de calidad • Optimización del perfil del diente (cabeza, pie y raíz elíptica) • Verificación final: gráficas de seguridad y simulación de colisiones

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5.Simulación y diseño de la reductora Resultados finales planetaria (Kisssoft) • Relación de transmisión: 5:1

•

Corona: 72 dientes, Sol: 18, Satélites: 27

•

Coeficientes de seguridad ≥ 1,3-1,5

Parámetro

Sol

Satélites

Corona

C.S pie del diente (FLEXIÓN)

11.758

11.455

17.178

C.S del flanco (PITTING)

1,350

1,394

3,012

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6. Diseño y ensamblaje de componentes MOTOR NEMA

SOL

PLATO NEMA

PLANETAS

CORONA

PORTAPLANETAS

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6. Diseño y ensamblaje de componentes

CARCASA REDUCTORA

ENSAMBLAJE REDUCTORA

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6. Diseño y ensamblaje de componentes

RUEDA DENTADA DE SALIDA (EJE PORTAPLANETAS)

RUEDA DENTADA DE CONEXIÓN CON VARILLA ROSCADA

ACOPLADOR

HUSILLO

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6. Diseño y ensamblaje de componentes

EJE EXTRUSIÓN

ÉMBOLO

PIEZAS BLOQUEO GIRO EJE

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6. Diseño y ensamblaje de componentes CAMISA JERINGA

PIEZA SUJECCIÓN DE LA CAMISA

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7. Fabricación tinta biocerámica MEZCLA EN UN RECIPIENTE DE PLÁSTICO CON AGUA DESTILADA

DISPERSANTE PARA EVITAR GRUMOS (DARVAN C)

BOLAS DE ZIRCONIA

AGREGAR POLYETHYLENIMINE COMO FLOCULANTE Y DILUIR CON AGUA SI FUERA NECESARIO

METHOCEL PARA AUMENTAR VISCOSIDAD Y CENTRIFUGAR A 700 rpm(7 min.)

CENTRIFUGADORA: 2000 rpm(20 s) 700 rpm (7 min.)

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Tinta biocerámica

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8. Configuración Del Router CNC Industrial Objetivo del sistema •Integrar motores paso a paso y Arduino Mega •Drivers y optoacopladores de 8 canales •Fuente única de 24V → 5V para Arduino •Control preciso de extrusión mediante señales PULSE/DIR/ENABLE

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8. Configuración Del Router CNC Industrial

Lógica de control •Asignación de pines para ejes XYZ y extrusor •Freno eje Z y finales de carrera cableados •Validación funcional: sin pérdida de pasos ni errores bajo carga

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9. Plan de negocio (TCUE) Clientes potenciales Segmentación estratégica de clientes objetivo Empresas del sector biomédico: Organizaciones especializadas en soluciones médicas avanzadas.

Hospitales y clínicas: Instituciones sanitarias interesadas en tecnologías de fabricación personalizada.

Laboratorios de investigación y universidades: Centros académicos con proyectos en bioingeniería.

Fabricantes de routers CNC: Empresas fabricantes de maquinaria CNC.

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9. Plan de negocio (TCUE) Competidores Análisis de empresas en el sector de impresión 3D biomédica Cellink (BICO Group), EnvisionTEC: Líderes en bioimpresión 3D con enfoque en tejidos, estructuras celulares y biotintas avanzadas.

Formlabs (Form 3B+ con BioMed Resin): Especialistas en impresión SLA con resinas biomédicas certificadas para uso clínico.

Admatec: Fabricante de impresoras 3D cerámicas y metálicas con aplicaciones en salud personalizada.

3D Bioprinting Solutions: Pioneros en biofabricación automatizada y desarrollo de órganos funcionales en laboratorio.

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9. Plan de negocio (TCUE) Producto / Servicio

Precio de Venta (€)

Coste por Unidad (€)

Beneficio (€)

Margen (%)

Extrusor modular biocerámico

6.500

2.800

3.700

56,92%

Instalación, formación y puesta en marcha

1.500

600

900

60,00%

Contrato de mantenimiento y soporte integral

1.800

450

1.350

75,00%

Actualizaciones y soporte técnico online

600

150

450

75,00%

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9. Plan de negocio (TCUE): Cuenta de explotació n previsiona l

1,000,000 950,000 900,000 850,000 800,000 750,000 700,000 650,000 600,000 550,000 500,000

AÑO 1

AÑO 2 Ingresos

AÑO 3 Gastos

AÑO 4

AÑO 5

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10. Resultados 1. Se ensambló un sistema mecánico funcional con piezas impresas en 3D y componentes CNC de alta precisión.

2. El extrusor logró depositar la tinta biocerámica con una velocidad controlada y alta precisión.

3. Se verificó el avance lineal uniforme del émbolo, coherente con la transmisión del sistema planetario.

4. Se fabricaron estructuras tipo scaffold tridimensionales con líneas uniformes y adherencia precisa entre capas 5. El sistema completo permitió fabricar estructuras biomiméticas estables, con posibilidad de escalado y mejora.

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11. Conclusiones 1-Se ha desarrollado un sistema de extrusión de tintas biocerámicas intregrable en equipos CNC

3-La integración en un router CNC garantiza un funcionamiento estable y repetible

2-El sistema permite controlar la extrusión de tintas de alta viscosidad con un diseño optimizado

4-Se han obtenido piezas 3D complejas con potencial para aplicaciones biomédicas

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11. Conclusiones

5-El diseño mecánico cumple normativa ANSI/AGMA 2101-D04 y se ha verificado con software profesional 6-La tinta de hidroxiapatita se ha adaptado con éxito al proceso de impresión por extrusión 7-El sistema es modular, económico, viable para medicina regenerativa y biofabricación