Desarrollo de un prototipo a escala de máquina CNC de impresión 3D para la construcción de viviendas de interés social en la ciudad de Pasto, Nariño

Rosero, Ximena; Martinez, Miguel; Lagos, Sebastián

dc.contributor.author	Rosero, Ximena
dc.contributor.author	Martinez, Miguel
dc.contributor.author	Lagos, Sebastián
dc.coverage.spatial	Colombia, Nariño, Pasto
dc.coverage.temporal	2022-2025
dc.date.accessioned	2025-06-21T14:33:38Z
dc.date.available	2025-06-21T14:33:38Z
dc.date.issued	2022-02-01
dc.date.submitted	2025-06-17
dc.identifier.citation	Martínez, M. S., Lagos, S. V., & Rosero, X. A. (2025). Desarrollo de un prototipo a escala de máquina CNC de impresión 3D para la construcción de viviendas de interés social en la ciudad de Pasto, Nariño (Trabajo de grado, Universidad Mariana, Programa de Ingeniería Mecatrónica).	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/20.500.14112/30910
dc.description.abstract	El presente proyecto plantea el desarrollo de un prototipo a escala de una impresora 3D con sistema CNC, destinado a la construcción de viviendas de interés social en Pasto, Nariño. Se identifica una necesidad urgente de soluciones habitacionales debido al déficit de vivienda y las limitaciones económicas de la población. La propuesta se enfoca en utilizar tecnologías de impresión 3D con materiales locales y sostenibles como arcilla y barro, optimizando recursos, reduciendo costos y tiempos de construcción, y disminuyendo el impacto ambiental. Se implementó una metodología basada en el diseño mecánico y electrónico, incorporando sistemas de control, extrusión y análisis estructural. Se exploraron distintas configuraciones de robots (cartesiano, cilíndrico, polar, antropomórfico) y se eligió una arquitectura cartesiana por su precisión y simplicidad. El diseño del extrusor consideró varias alternativas con diferentes mecanismos de transmisión (tornillo sin fin, correas, engranajes). El prototipo final se construyó y probó con éxito, cumpliendo requisitos de desempeño como dimensiones de trabajo (40x40x30 cm), facilidad de limpieza, sostenibilidad del material, y una restricción presupuestaria de 4.500.000 COP. El proyecto aporta a la ingeniería mecatrónica en la región, con impacto social y tecnológico, demostrando la viabilidad técnica de construir viviendas sostenibles a bajo costo mediante impresión 3D.	es_ES
dc.description.tableofcontents	Contenido 1. Resumen del proyecto 3 1.1. Descripción del problema 3 1.2. Formulación del problema 4 1.3. Justificación 4 1.4. Objetivos 5 1.4.1. Objetivo general 5 1.4.2 Objetivos específicos 5 1.5. Marcos de referencia 5 1.5.1. Marco de antecedentes 5 1.5.2. Marco teórico 7 1.5.2.1. Viviendas de interés social 7 1.5.2.2. Vivienda de interés prioritario 8 1.5.2.3. Viviendas de autoconstrucción asistida 8 1.5.2.4. Impresión 3D 9 1.5.2.4.1. Cartesiana 9 1.5.2.4.2. Delta 9 1.5.2.4.3. Brazo robot 10 1.5.2.4.4. Core XY 10 1.5.2.5. Velocidad de Impresión 10 1.5.2.6. Precisión 11 1.5.2.7. Tamaño de Construcción 11 1.5.2.8. Uso de Materiales 11 1.5.2.9. Materiales de impresión 3D. 12 1.5.3. Marco conceptual 13 1.5.3.1 Arcilla. 13 1.5.3.2. Extrusor. 14 1.5.3.3. Sistema CNC. 15 1.5.3.4. Sistema de bombeo. 16 1.5.3.5. Diseño mecánico. 17 1.5.3.6. Diseño electrónico. 18 1.5.3.6.1. Microcontrolador. 18 1.5.3.6.2. Drivers de motor. 19 1.5.3.6.3. Sensores. 19 1.5.3.7. Fuente de alimentación 20 1.5.3.8. Software de control 20 1.5.3.9. Tarjeta electrónica 20 1.6. Metodología 20 1.6.1. Tipo de investigación 20 1.6.2. Línea de investigación y sub línea del grupo de investigación 21 1.6.3. Hipótesis de investigación 21 1.6.4. Descripción metodológica 21 1.6.4.1. Identificación de la necesidad 23 1.6.4.2. Investigación preliminar 23 1.6.4.3. Planteamiento de objetivos 23 1.6.4.4. Especificaciones de desempeño 23 1.6.4.5. Ideación e invención 24 1.6.4.6. Análisis 24 1.6.4.7. Selección 24 1.6.4.8. Diseño detallado 24 1.6.4.9. Creación de prototipo y pruebas 24 1.6.4.10. Planificación del proyecto 25 2. Presentación de resultados 27 2.1. Resultados del objetivo 1 27 2.1.1. Mecanismo CNC 28 2.1.2. Extrusor 31 2.1.3. Material 32 2.1.4. Especificaciones de desempeño 32 2.1.4.1. Especificación de dimensión 33 2.1.4.2. Especificación de sistema de extrusión 33 2.1.4.3. Facilidad de limpieza del extrusor 33 2.1.4.4. Sistema de almacenamiento de material 33 2.1.4.5. Sostenibilidad del material 33 2.1.4.6. Restricción presupuestaria 33 2.2. Resultados de objetivo 2 33 2.2.1. Resultado de creación e invención 34 2.2.2. Resultado de análisis 35 2.2.2.1. Actuadores empleados en sistemas CNC 36 2.2.2.2. Transmisiones y reductores en sistemas CNC y sistemas de bombeo 36 2.2.2.3. Análisis de opciones de morfología del robot 38 2.2.2.4. Análisis de alternativas de extrusor 40 2.2.2.4.1. Alternativa 1: Extrusor con acople directo y tornillo sin fin 40 2.2.2.4.2. Alternativa 2: Extrusor con correas dentadas 41 2.2.2.4.3. Alternativa 3: Extrusor con engranajes rectos de una pieza 42 2.2.2.4.4. Alternativa 4: Extrusor con transmisión de tornillo sin fin y corona 43 2.2.2.4.5. Alternativa 5: Extrusor con actuador neumático de dos piezas 44 2.2.2.5. Análisis de material 45 2.2.3. Resultado de selección 45 2.2.3.1. Selección de morfología del robot 45 2.2.3.2. Alternativas de diseño cartesiano 48 2.2.3.2.1. Alternativa de robot cartesiano 1: Husillo y tuerca con guías lineales 49 2.2.3.2.2. Alternativa de robot cartesiano 2: Piñón – cremallera con guías de rieles lineales 51 2.2.3.2.3. Alternativa de robot cartesiano 3: Poleas y correas dentadas, guías lineales y un motor en eje Y 53 2.2.3.2.4. Alternativa de robot cartesiano 4: Poleas y correas dentadas con rodamientos en V 54 2.2.3.3. Selección de robot cartesiano 56 2.2.3.4. Selección del extrusor 57 2.2.4. Selección del material 62 2.2.5. Diseño detallado 67 2.2.5.1. Creación de modelos CAD 67 2.2.5.2. Análisis de cargas 68 2.2.5.2.1. Cálculo de cargas en el eje Y 72 2.2.5.2.2. Cálculo de cargas en el eje X 76 2.2.5.2.3. Cálculo de cargas en el eje Z 76 2.2.5.3. Simulación de CNC 76 2.3. Resultados de objetivo 3 77 2.3.1. Ensamble del prototipo 77 2.3.2. Integración de componentes eléctricos 79 2.3.3. Implementación del software de control 80 2.3.4 Ensamble del prototipo: Extrusor 80 2.4. Resultados del objetivo 4 85 3. Conclusiones 108 4. Recomendaciones 110 Referencias 111 Anexos 116	es_ES
dc.format.extent	167
dc.format.mimetype	application/pdf	es_ES
dc.language.iso	spa	es_ES
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	*
dc.title	Desarrollo de un prototipo a escala de máquina CNC de impresión 3D para la construcción de viviendas de interés social en la ciudad de Pasto, Nariño	es_ES
dcterms.bibliographicCitation	REFERENCIAS Akankpo, A., & Stephen, J. (2016). Investigation of the physical properties of Uruan clay soil used fos manufacturing of burnt bricks. Advances in physics theories and applications, 53, 18-22. Obtenido de https://www.iiste.org/Journals/index.php/APTA/issue/view/2415 Alarcón Linares, L. R. (2019). Sistema de bombeo del concreto hidráulico para mejorar la productividad en edificaciones multifamiliares de altura en Lima Metropolitana, año-2019. Obtenido de Sistema de bombeo del concreto hidráulico para mejorar la productividad en edificaciones multifamiliares de altura en Lima Metropolitana, año-2019: https://hdl.handle.net/20.500.14138/2582 All3DP. (16 de Febrero de 2022). All3DP. Obtenido de https://all3dp.com/es/1/tipos-de-impresoras-3d-tecnologia-de-impresion-3d/ Arduino, G. (2 de Febrero de 2021). CNN ESPAÑOL. Obtenido de https://cnnespanol.cnn.com/video/casa-impresa-tres-dimensiones-3d-italia-wasp-sustentable-clix-guillermo-arduino-cnne/ Banzi, M., & Shiloh, M. (2016). Introducción a arduin	es_ES
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dc.audience	Público general	es_ES
dc.contributor.tutor	Richard Moran
dc.identifier.instname	Universidad Mariana	es_ES
dc.identifier.reponame	Repositorio Clara de Asís	es_ES
dc.publisher.place	Pasto - Nariño	es_ES
dc.relation.citationEdition	oaire:pageEnd = 134	es_ES
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dc.rights.cc	Atribución 4.0 Internacional	*
dc.subject.keywords	PALABRAS CLAVE • Prototipo CNC • Impresora 3D • Vivienda de interés social • Pasto, Nariño • Construcción sostenible • Arcilla y barro • Extrusor • Sistema cartesiano • Ingeniería mecatrónica • Automatización • Bajo costo • Reducción de residuos • Diseño mecánico y electrónico • Impresión 3D en construcción • Fabricación aditiva	es_ES
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