Desarrollo de un sistema de rotación de piezas cilíndricas de bajo coste para su mecanizado mediante láser de femtosegundo

Abstract

[Resumen] En el presente Trabajo de Fin de Grado se lleva a cabo el diseño, programación y montaje de un dispositivo de sujeción y rotación de piezas cilíndricas de pequeño calibre. Las piezas de interés son componentes constituidos por materiales biocompatibles, cuyo fin es mejorar la osteointegración de implantes y otros elementos protésicos. El dispositivo proyectado permite generar una amplia variedad de tratamientos superficiales, mecanizados u otros procesos sujetos a las características y geometrías descritas. Para la ejecución del diseño del prototipo, o eje de rotación auxiliar, se emplea la herramienta de modelado 3D SolidEdge ST. El sistema de control y su software, se ha desarrollado con tecnología open-source, Arduino. Concebido como un sistema de bajo coste, gran parte de los componentes de la máquina se realizaron mediante fabricación aditiva por impresión 3D. Con esta técnica de prototipado rápido, se han obtenido mejores resultados, tanto en el alcance del diseño, como en tiempos de procesado y costes de fabricación. En la última fase del proyecto, se realizaron pruebas con el fin de completar una evaluación técnica del dispositivo. Las capacidades del prototipo, para ejecutar tareas cooperativas básicas con el láser de femtosegundo, fueron evaluadas con resultados satisfactorios.

[Resumo] Neste Traballo Fin de Grao lévase a cabo o deseño, programación e montaxe dun dispositivo de suxeición e rotación de pezas cilíndricas de pequeno calibre. As pezas de interese son compoñentes feitos de materiais biocompatibles, cuxo propósito é mellorar a osteointegración de implantes e outros elementos protésicos. O dispositivo proxectado permite xerar unha gran variedade de tratamentos superficiais, mecanizado ou outros procesos suxeitos ás características e xeometrías descritas. Para a execución do deseño do prototipo, ou eixo auxiliar de rotación, utilízase a ferramenta de modelado 3D SolidEdge ST. O sistema de control e o seu software desenvolvéronse con tecnoloxía de código aberto, Arduino. Concibido como un sistema de baixo custo, gran parte dos compoñentes da máquina fabricáronse mediante fabricación aditiva mediante impresión 3D. Con esta técnica de prototipado rápido, obtivéronse mellores resultados, tanto no ámbito do deseño, como nos tempos de procesamento e custos de fabricación. Na última fase do proxecto realizáronse probas para completar unha avaliación técnica do dispositivo. Puxéronse en práctica as capacidades do prototipo, para realizar tarefas básicas de cooperación co láser de femtosegundo, foron avaliadas con resultados satisfactorios.

[Abstract] In this project, the design, programming and assembly of a device for clamping and rotating small cylindrical pieces is carried out. More specifically, the pieces of interest are components made out of biocompatible materials, aiming to improve osseointegration of implants or other prosthetic parts. The resulting device provides with a wide range of possibilities to generate surface treatments, machining or adapt elements with the characteristics and geometries described. For the execution of the prototype design, the 3D SolidEdge ST modeling tool is used. The development of the control system and its software is based on Arduino open-source technology. Conceived as a low-cost system, additive manufacturing technology was used for the development of a large part of the device assembly. Through 3D printing, prototyping processing times and manufacturing costs have been minimized. In the last stage of the project, tests were carried out to complete a technical evaluation of the device. The capabilities of the prototype were evaluated in surface engraving and micromachining tasks with femtosecond laser, with satisfactory results.