Sistema de control de altura para impresión 3D de viviendas mediante técnicas de manufactura aditiva

Abstract

Este documento detalla el diseño, desarrollo e implementación de un sistema de control de altura para una impresora 3D de hormigón a gran escala orientada a la construcción de viviendas sociales. A diferencia de los sistemas cartesianos tradicionales, esta maquinaria utiliza brazos accionados por pistones hidráulicos angulares, lo que presenta un complejo desafío de control no lineal. El trabajo se enfoca en las soluciones integrales desarrolladas para superar este problema: - Selección y validación de sensores: Se realizó un análisis matemático de propagación de errores para determinar el método de medición óptimo. - Modelado matemático: Se desarrolló y ajustó un modelo trigonométrico con corrección de segundo armónico para linealizar la cinemática del brazo. - Diseño de hardware y firmware: Se diseñó y fabricó una placa de circuito impreso (PCB) a medida utilizando KiCad para centralizar la electrónica. Asimismo, se desarrolló el firmware para la adquisición de datos y la ejecución de un lazo de control ON/OFF con histéresis. - Pruebas de campo: El sistema fue instalado, calibrado y ensayado operativamente en la estructura real en el Astillero Río Santiago.

This document details the design, development, and implementation of a height control system for a large-scale concrete 3D printer intended for social housing construction. Unlike traditional Cartesian systems, this machinery utilizes arms driven by angular hydraulic pistons, presenting a complex non-linear control challenge. The thesis highlights the comprehensive engineering solutions developed to overcome this problem: - Sensor Selection and Validation: mathematical error propagation analysis was conducted to determine the optimal measurement method. - Mathematical Modeling: A trigonometric model with a second-harmonic correction was developed and tuned to linearize the arm’s kinematics. - Hardware and Firmware Design: A custom printed circuit board (PCB) was designed and manufactured using KiCad to centralize the electronics. Furthermore, firmware was developed for data acquisition and the execution of an ON/OFF control loop with hysteresis. - Field Testing: the system was installed, calibrated, and operationally tested on the actual structure at Astillero Río Santiago, successfully coordinating the axes for extrusion.