Convocatoria
Prototipos orientados al mercado en TCUE 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
Tutor/a Académico/a: Fidel Hugo Perera MartínezArmando González Muñoz
Colaboradores: 360Systems.SL
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
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
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
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
4. Reductor planetario: Diseño y normas
ANSI/AGMA
• Una vuelta del motor (200 pasos) → 3 mm (descenso)
X (pasos necesito) ← Si bajo h (mm)
REDUCCIÓN EMPLEADA 5:1
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:
+ S) × = C × + × S
4º) Para que los planetas estén equidistantes y se ajusten al siguiente diente simultáneamente:
4. Reductor planetario: Diseño y normas ANSI/AGMA
Carga tangencial transmitida
FLEXIÓN CONTACTO (PITTING)
5.Simulación y diseño de la reductora planetaria (Kisssoft)
Secuencia de cálculo
•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
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
5.Simulación y diseño de la reductora planetaria (Kisssoft)
Resultados finales
• Relación de transmisión: 5:1
• Corona: 72 dientes, Sol: 18, Satélites: 27
• Coeficientes de seguridad ≥ 1,3-1,5
6. Diseño y ensamblaje de componentes
MOTOR NEMA PLATO NEMA CORONA
SOL PLANETAS
PORTAPLANETAS
6. Diseño y ensamblaje de componentes
CARCASA REDUCTORA
6. Diseño y ensamblaje de componentes
RUEDA DENTADA
RUEDA
DENTADA DE CONEXIÓN CON VARILLA
ROSCADA
ACOPLADOR HUSILLO
6. Diseño y ensamblaje de componentes
EJE EXTRUSIÓN
ÉMBOLO
PIEZAS BLOQUEO GIRO EJE
6. Diseño y ensamblaje de componentes
CAMISA JERINGA
PIEZA SUJECCIÓN DE LA CAMISA
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.)
Tinta biocerámica
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
8. Configuración Del Router CNC Industrial
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.
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.
9. Plan de negocio (TCUE)
9. Plan de negocio (TCUE): Cuenta de explotació
n previsiona
Ingresos Gastos
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.
11. Conclusiones
1-Se ha desarrollado un sistema de extrusión de tintas biocerámicas intregrable en equipos CNC
2-El sistema permite controlar la extrusión de tintas de alta viscosidad con un diseño optimizado
3-La integración en un router CNC garantiza un funcionamiento estable y repetible
4-Se han obtenido piezas 3D complejas con potencial para aplicaciones biomédicas
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
