Semana 12: Diseño y fabricación de máquinas¶
Nota: Esta página ha sido traducida automáticamente con Google Translate. La versión original está disponible en inglés.
Borrador¶
Mi compañera Angela y yo no tenemos experiencia previa en fabricación ni ingeniería, ¡así que esta fue una gran aventura para ambas! Comenzamos intercambiando ideas para crear un dispositivo que combinara nuestros intereses: ¡los motores y la música! Nuestro objetivo era crear un pájaro que picoteara algo para generar música.
Planificación¶
Nuestros horarios no coincidieron para esta semana, que además coincidió con el receso de mitad de trimestre. El plan consistía en que yo trabajara durante los primeros siete días desarrollando el mecanismo para que el pájaro picoteara de arriba abajo utilizando un único motor. Posteriormente, Angelea se incorporaría para trabajar en la programación y los motores. Tras tres días, yo regresaría para ayudar a finalizar las teclas del xilófono, la carcasa y los aspectos estéticos. Dado que solo éramos tres personas, integramos a nuestro instructor, Will Rudolph, en el grupo; su labor consistió en fabricar las teclas del xilófono y ayudar a perfeccionar el modelo 3D.
Prototipo de cartón¶
¡El primer día me puse manos a la obra directamente con la creación de prototipos! Utilicé cartón, tijeras y cinta adhesiva para elaborar a mano alzada un diseño inicial. Como no lograba explicar a mis compañeros cómo imaginaba el mecanismo, ¡simplemente lo construí!
Comencé con este diseño en FreeCAD. En aquel entonces, mis habilidades de modelado 3D se limitaban a crear un archivo SVG y extruirlo. Este diseño consta de 5 piezas, 3 de las cuales son móviles.
Siguiendo las sugerencias de los amables instructores de Global Open Time, cambié mi diseño —que originalmente consistía en una serie de rectángulos conectados por orificios— por uno de piñón y cremallera. Utilicé una extensión de FreeCAD llamada Gear Workbench para crear los engranajes. Diseñé todas las piezas en formato SVG y las extruí para verificar que encajaran correctamente.
Fue difícil determinar la relación de tamaño correcta entre el engranaje y la cremallera, especialmente al definir la ubicación del orificio. En mis intentos iniciales, aumentar o reducir el tamaño del propio engranaje no alteraba significativamente la distancia recorrida. Las líneas rojas en ambas piezas señalan los dos puntos extremos de contacto con la cremallera.
¡La solución fue, en realidad, hacer esta pieza más grande!
Impresión 3D¶
Una vez que lo tuvimos todo listo, ¡lo enviamos a la impresora 3D! Tuvimos que realizar muchas iteraciones para ajustar las tolerancias y lograr que las piezas se deslizaran correctamente entre sí. Estas piezas se fabricaron con filamento PETG. Tras verificar que todas encajaban bien, ¡tuvimos que crear una estructura para mantener el conjunto en posición vertical!
En esta siguiente versión se pueden apreciar las mejoras realizadas. Este es el diseño que perfeccionó el instructor: ha simplificado las formas para hacerlas más pequeñas y facilitar su impresión. Se trata de una parte fundamental de la creación de prototipos, ya que nos permite avanzar más rápido entre una iteración y otra.
- la cabeza es más hueca
- el círculo de giro se ha reducido por completo a una forma ovalada y redondeada
- el engranaje no está impreso en todo su perímetro; solo tiene dientes en la zona donde interactuará con la cremallera
- la cremallera cuenta ahora con un orificio central que permite anclarla a los laterales
- se ha añadido una estructura de soporte en la que se pueden encajar a presión barras de 6 mm para el montaje
¡Así es como queda impreso!
Estética¶
Los detalles estéticos añadieron fácilmente unas 5 horas más de trabajo a este proyecto, pero valió la pena. Originalmente probamos con un pájaro carpintero o un pato, pero las proporciones no quedaban bien. Así que optamos por basarnos en un ganso, ¡porque su cuello largo encajaba perfectamente con nuestro diseño! Utilicé Inkscape para trazar el diseño y luego lo superpuse a la estructura para alinear los orificios de los soportes impresos en 3D.
A continuación, corté con láser los cuerpos en madera contrachapada de 1/8 de pulgada y los pinté. Esto tenía un propósito funcional: los clavos y la tensión de la correa del motor ejercían fuerza sobre la estructura impresa en 3D, ¡así que la reforzamos con madera contrachapada!
Lo siguiente fue la cabeza de ganso. Una vez más, calcé el modelo. Me aseguré de superponerlo con nuestro diseño actual de cabeza de ave para verificar que los orificios y los picos estuvieran exactamente en la misma posición.
¡Y aquí viene la parte divertida! Andábamos justos de tiempo y usamos las tres impresoras 3D, pero no teníamos tres bobinas de filamento. Por eso las cabezas y los cuerpos son de colores diferentes. Yo pinté los picos de cada uno y luego todos pudimos elegir qué ojos ponerle a nuestro ganso.
Xylophone¶
Will experimentó con láminas de xilófono. Nos guiamos por la información de La Favre. Las piezas se cortaron con una máquina CNC. Tras investigar y realizar algunas pruebas, aprendimos que lo ideal es que las láminas tengan el doble de anchura que de grosor, y que, si la altura y la anchura son iguales, es el grosor lo que determina la nota. En esta imagen, utilicé un sitio web de afinación para determinar cada nota.
Una vez seleccionadas las teclas adecuadas (Fa, Sol, La), las lijé y les di el acabado final.
También probamos tres métodos distintos para determinar cuál producía el sonido más limpio:
- colgarlas de una cuerda
- usar soportes de goma
- apoyarlas sobre poliestireno expandido (corcho blanco).
Colgarlas de una cuerda produjo el sonido más limpio y, con diferencia, fue el método más sencillo de montar.
Entré en FreeCAD para crear una herramienta sencilla que permitiera ensartar las llaves y mantenerlas suspendidas.
Ya estábamos a punto de terminar. Las iteraciones de este soporte para cables estaban llevando más tiempo del que yo consideraba razonable. Me di cuenta de que el problema era la orientación en la que los estaba imprimiendo. ¡Colocarlos de lado reduce el tiempo de impresión a la mitad!
Montaje¶
¡Aquí están todas las piezas dispuestas juntas antes del montaje final!
Utilizamos una prensa de cremallera para pasar todos los postes a través de las ranuras.
Desde esta vista lateral se puede apreciar que las teclas quedan suspendidas apenas por encima del tablero. Fue necesario dedicar tiempo a ajustar la posición de los gansos para asegurar que, al alcanzar su punto más bajo, golpearan la tecla. También tuvimos que realizar pruebas con la tensión de la correa. Fijamos las «patas» de los gansos a su «posadero» mediante tornillos para mantenerlos en su sitio.
Programación y control de motores¶
Mi compañera de equipo, Angela, realizó un trabajo realmente increíble con el motor y la programación para este proyecto. Ella creó esta interfaz para controlar los pájaros; sin embargo, como el sitio web y las instrucciones estaban en alemán, ¡tuvo que traducirlos línea por línea! Haz clic aquí para saber más sobre esta impresionante hazaña.
Reflexión¶
¡Esta semana fue absolutamente increíble! Angela y yo no teníamos experiencia previa en fabricación, así que poder crear una máquina desde cero, basándonos totalmente en nuestra imaginación, fue una experiencia transformadora. Si hubiéramos tenido más tiempo, me habría gustado intercambiar nuestros roles para que cada una asumiera la parte en la que se sentía menos segura; sin embargo, debido a las vacaciones y a la falta de tiempo, decidimos centrarnos en nuestras fortalezas. Nuestra planificación funcionó bien y cumplimos con los plazos previstos durante ambas semanas, aunque para lograrlo tuvimos que trabajar hasta tarde en varias ocasiones. En general, estoy muy orgullosa del trabajo que realizamos juntas.
Trabajo en grupo¶
[Haz clic aquí para acceder a la página de nuestro grupo]https://fabacademy.org/2026/labs/noda/assignments/week12/)
Archivos¶
Haz clic aquí para descargar los archivos.
¡Gatos!¶
¡Esta semana fue una delicia! Pude jugar con un gatito amigable llamado Oliver. Shadow tiró un montón de cartón y luego simplemente me miró, sin pizca de arrepentimiento.