La impresión 3D en el laboratorio : Diseño de un organizador para puntas de micropipetas de precisión

Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior de Sevilla Trabajo Fin de Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo del Producto LA IMPRESIÓN 3D EN EL LABORATORIO: DISEÑO DE UN ORGANIZADOR PARA PUNTAS DE MICROPIPETAS DE PRECISIÓN Autor: M.ª del Carmen Muñoz Borrego Tutora: Dra. M.ª del Carmen Morón Romero Departamento de Física Aplicada I Sevilla, febrero 2023 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 2 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 3 AGRADECIMIENTOS A mi familia en primer lugar, y en especial a mis padres y a mi hermana, por convertirme en todo lo que soy y apoyar todas las decisiones que me han llevado a estar donde estoy hoy. Me siento muy afortunada. A todos mis amigos, los que ya estaban y los que me dio Sevilla, el grado y la Universidad. Habéis hecho magia estos años. A Madrid y a mis chicas, por darme el respiro que necesitaba para ese último empujón que tanto me estaba costando. Y a ti también, S. A mi tutora, por el apoyo y la ayuda para cerrar esta etapa, de otra manera no me habría sido posible. Y al resto de personas, que sin querer o queriendo, han formado parte de mi paso por aquí. Infinitas gracias. Hoy y siempre. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 4 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 5 RESUMEN La impresión 3D es una tecnología de fabricación que ha ido cobrando fuerza e importancia dentro de los grandes sectores de la sociedad, como son la industria o la medicina. Mediante ella, es posible la producción de todo tipo de productos, piezas, modelos o prototipos en tiempo y costes más reducidos. Se trata sin duda, de uno de los pilares de la vida futura. De la misma manera, la investigación, el estudio y análisis en laboratorios debido a la situación pandémica se ha visto obligado a renovarse y desarrollarse a pasos agigantados. Escasez de material de laboratorio, necesidad de encontrar soluciones rápidamente, búsqueda de nuevas técnicas... Todo ello sin dejar de lado la precisión, esterilización, prevención de riesgos o el tratado de muestras. Este proyecto tiene como intención estudiar la viabilidad de introducir la impresión 3D dentro de un laboratorio, con el fin de poder emplear esta nueva tecnología para producir material de apoyo que facilite el trabajo. Para ello, se ha realizado el diseño de un organizador para puntas de micropipetas de precisión, basándose en herramientas CAD e impresión 3D. El último fin es el de hacer un hueco a la creatividad dentro del proceso metódico y sistemático que supone el laboratorio. PALABRAS CLAVE Tecnología, impresión 3D, producción, laboratorio, micropipeta, puntas de micropipeta, diseño, organizador para puntas de micropipeta, impresora 3D. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 6 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 7 ABSTRACT 3D printing is a recent manufacturing technology that has managed to take a place in some of the main sectors in society, such us Industry or Medicine. By using it, the production of any kind of product, part, model or prototype has become possible, all of it with a reduction of time and costs. There is no doubt that it is going to be the future. In the same way, due to the pandemic situation, investigation, research and analysis in laboratories have been forced to renew themselves and develop in a very short time. Lab gear shortage, finding solutions rapidly, searching for new techniques or methologies… All without leaving aside the precission, sterilization, risk prevention or samples handling. The aim of this project is to study the viability of introducing 3D printing in a laboratory, intending to create products that support and help researchers. To do so, the design of a micropipette tips organizer has been developed by using CAD tools and 3D printing. The ultimate concept is to merge creativity with the systematic and methodic procedures that working in a laboratory implies. KEYWORDS Technology, 3D printing, manufacturing, laboratory, micropipette, micropipette tips, design, micropipette tips organizer, 3D printer. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 8 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 9 ÍNDICE AGRADECIMIENTOS .................................................................................... 3 RESUMEN ..................................................................................................... 5 ABSTRACT ................................................................................................... 7 ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................. 11 ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................... 13 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ..................................................................... 15 1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN .................................................... 17 1.1. estructura ..................................................................................... 17 1.2. Justificación ................................................................................. 17 1.3. Objetivos ...................................................................................... 18 1.3.1. Objetivos generales ................................................................ 18 1.3.2. Objetivos específicos .............................................................. 18 1.3.3. Limitaciones ............................................................................ 18 1.4. Estado de la cuestión ................................................................... 19 2. LA IMPRESIÓN 3D ................................................................................ 21 2.1. Definición ..................................................................................... 21 2.1.1. Ventajas y desventajas ........................................................... 22 2.2. Historia ......................................................................................... 23 2.3. Métodos de impresión 3D ............................................................ 26 2.4. Materiales .................................................................................... 29 2.4.1. Clasificación............................................................................ 29 2.5. Campos de aplicación .................................................................. 33 2.6. El futuro y la impresión 3D ........................................................... 34 3. MATERIAL DE LABORATORIO ............................................................ 35 3.1. Introducción ................................................................................. 35 3.2. Del laboratorio antiguo al moderno .............................................. 38 3.3. La micropipeta ............................................................................. 40 3.3.1. Definición e historia ................................................................ 40 3.3.1.1. Estructura y componentes ........................................... 41 3.3.1.2. Operación y manejo ..................................................... 42 3.3.1.3. Tipos y clasificación de micropipetas ........................... 43 3.3.2. Puntas de micropipeta ............................................................ 46 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 16 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 17 1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN 1.1. Estructura El objetivo de este proyecto es el de integrar en el ámbito de investigación y análisis en laboratorios la impresión tridimensional, creando un producto funcional que pueda integrarse con el resto de material empleado en la práctica. El producto propuesto se relaciona con el uso de las micropipetas de precisión y las puntas desechables, en concreto un organizador de puntas, que pretende facilitar la labor de su colocación y el ahorro de tiempo. Para ello, se hará un recorrido a modo de introducción por el mundo de la impresión 3D, con el fin de estudiar y aportar conocimientos generales previos al caso práctico que se planteará. En segundo lugar, se hará enfoque en material de laboratorio y su evolución durante la historia. Posteriormente, esto se concretará en las micropipetas de precisión, así como en las puntas que emplean. Finalmente, se expondrá el proceso de concepción y diseño de un organizador de puntas de micropipetas modular, para poder ser empleado en distintas situaciones. Este estudio comprenderá el bocetado, modelado y presupuesto de fabricación de la solución final al caso planteado. Para ello, las herramientas utilizadas serán programas de dibujo (Sketchbook), CAD (Catia y Rhino 7) y de impresión tridimensional (Ultimaker Cura). 1.2. Justificación A raíz de la pandemia, la sociedad, y en concreto el sector sanitario, se vieron obligados a buscar soluciones rápidas y eficientes a los constantes problemas que iban surgiendo: equipos de protección individual (EPI) desechables, pantallas de protección, esterilización de mascarillas, tratamiento masivo de muestras de pruebas COVID… La razón por la que desarrollar este proyecto, es la de realizar un estudio sobre la viabilidad y rentabilidad de incorporar impresoras 3D a un laboratorio, con el fin de facilitar ciertas tareas. Surge de ahí el planteamiento del producto escogido, ya que se trata de la creación de herramientas nuevas que sirvan de apoyo al material del que ya se dispone en el laboratorio. En resumen, la idea es la de aunar un proceso creativo y el uso de tecnologías alternativas, a algo tan técnico y metódico como es el análisis y la investigación. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 18 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivos generales El alcance de este proyecto comprende la investigación, estudio y recopilación de información acerca de la impresión 3D, así como la documentación sobre material de laboratorio, en concreto de micropipetas de precisión y puntas de micropipetas. También abarca, dentro del proceso de diseño de un organizador de puntas de micropipetas basándose en herramientas CAD e impresión 3D, las siguientes fases: • Planteamiento del problema. • Concepción y búsqueda de soluciones. • Bocetado. • Modelado y planos. • Presupuesto de fabricación mediante impresión tridimensional. 1.3.2. Objetivos específicos • Apostar por las tecnologías emergentes, tal y como es la manufactura por impresión tridimensional. • Búsqueda de soluciones alternativas que faciliten y/o reduzcan el trabajo. • Introducir la creatividad dentro del ámbito clínico. 1.3.3. Limitaciones Puesto que en el apartado de presupuestado del organizador se tienen en cuenta diferentes métodos de impresión 3D, cada uno con sus diferentes ventajas e inconvenientes que habría que valorar a la hora de optar por la mejor alternativa, queda al margen la fase final de prototipado y fabricación. No obstante, se realizará un estudio sobre la producción del producto. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 19 1.4. Estado de la cuestión El avance imparable de la tecnología en los últimos años es más que evidente, cada vez la sociedad está más interconectada y la accesibilidad a tecnologías emergentes o ya consolidadas crece exponencialmente. Junto con la concienciación por la sostenibilidad y el medio ambiente, se forma un interés por la búsqueda de nuevos materiales o materiales alternativos, así como de otros procesos de manufactura de los productos. Es inevitable entonces no pensar en la impresión 3D, cuyo desarrollo y ámbitos de uso se han ido extendiendo y mejorando a pasos agigantados. La variada gama de materiales, formas y diseños, acabados y propiedades que admite, así como el coste más reducido en la producción de piezas personalizadas o elaboración de prototipos, son razones de peso para que esta tecnología se haya adentrado en la vida cotidiana. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 20 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 21 2. LA IMPRESIÓN 3D 2.1. Definición Partiendo de un modelo tridimensional, obtenido con herramientas CAD, o bien mediante un escáner 3D, son varias las posibilidades de llevarlo a la realidad y materializarlo. Esto se denomina fabricación digital. Al hablar de procedimientos de fabricación, se pueden clasificar, a grandes rasgos, en cuatro bloques: • Fabricación por sustracción, en la que se extrae exceso de material hasta llegar a la pieza final. • Fabricación por adición, basada en la unión de distintas partes o materiales para obtener una pieza final. • Fabricación por conformado, que transforma un material en el resultado deseado con la aplicación de fuerzas y moldes. • Fabricación híbrida, que engloba dos o más tecnologías de las citadas. Dentro de la fabricación por adición, existen numerosas técnicas como pueden ser el soldado, pegado o unión mecánica para alcanzar el resultado final. Es en este grupo donde se encuentra la impresión 3D, ya que consiste en la superposición de capas de un material. “La impresión 3D, también llamada manufactura por adición (additive manufacturing en inglés), es un conjunto de procesos que producen objetos a través de la adición de material en capas que corresponden a las sucesivas secciones transversales de un modelo 3D. Los plásticos y las aleaciones de metal son los materiales más usados para impresión 3D, pero se puede utilizar casi cualquier material, desde hormigón hasta tejido vivo.” [1] Figura 1: Ejemplo de impresión 3D. [2] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 22 2.1.1. Ventajas y desventajas “La población mundial crece cada día y, con ella, sus necesidades de productos y servicios. La impresión 3D se presenta como una solución sostenible y eco-amigable para el futuro de las cadenas de producción.” [2] Además, de productos eficientes, el usuario ahora busca un producto único, en el que poder verse reflejado. En vista de los retos que se plantean a nivel mundial sobre la producción a gran escala, la impresión tridimensional se considera como una posible solución. Sus ventajas son las siguientes: • Versatilidad para su aplicación en numerosos ámbitos, tales como el sector aeronáutico o de la construcción, medicina y laboratorio. • Uso de distintos tipos de materiales según las necesidades que requiere el producto. • Flexibilidad en cuanto a geometría, forma y diseño de los modelos 3D. • Costes reducidos en comparación con otros métodos de producción, lo que la convierte en una tecnología accesible. • Personalización de cada producto, dependiendo de los requerimientos del usuario. • Surgimiento de un nuevo sector industrial con sus respectivos puestos de trabajo. No obstante, como toda tecnología en desarrollo, existen también desventajas. Algunos ejemplos son: • Limitaciones en calidad en lo que respecta a impresoras domésticas. • A mayor calidad requerida, mayor costo de la impresora y materiales. • Posible pérdida de puestos de trabajo dentro de las cadenas de producción por la automatización que supone este proceso. • Vulneración de los copyright o derechos de autor, debido al difícil control de la creación de réplicas. • Mala praxis y uso malintencionado, como la posibilidad de crear armas de fuego. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 23 2.2. Historia La invención de la impresora de inyección de tinta data de 1976, año al que se remonta también la historia de la impresión 3D. fue en 1984 cuando, a través de ciertos avances y adaptaciones en la inyección de tinta transformaron esta tecnología de impresión a la impresión mediante materiales. Con el paso de las décadas, las aplicaciones de la tecnología de impresión tridimensional que se han desarrollado a través de varias industrias han sido muy numerosas. [4] 1980-1984. Antecedentes. En 1981, el ingeniero japonés Hideo Yokama inventa dos métodos de fabricación en plástico con un polímero que, tras ser expuesto a luz ultravioleta, se endurecía (fabricación aditiva fotosensible). Fue esta la primera solicitud de patente para un dispositivo de impresión 3D, aunque el proyecto fue abandonado por falta de presupuesto. [5] En 1984, los ingenieros franceses, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte y Jean- Claude André, por un lado, y el americano Chuck (Charles) Hull, presentaron dos patentes de estereolitografía. El presupuesto limitado, hizo que los primeros abandonasen también el proyecto. No obstante, Chuck Hull siguió adelante, desarrollando un sistema que permitía crear un objeto real a partir de datos digitales, es decir, convertir una imagen a un modelo 3D. Este modelo se aprobó en 1986. Es entonces cuando se revoluciona el mercado de la impresión, apareciendo también el formato de archivo STL, que hoy en día continúa siendo el formato más empleado en impresoras 3D. [4] Por aquel entonces, Beaman y Deckard, desarrollan a su vez la sinterización por láser. Tabla 1: Comparativa de ventajas y desventajas de la impresión 3D. [3] VENTAJAS DESVENTAJAS Diseño sin límites Falsificación sin límites Pequeñas y grandes escalas Mayores tiempos de producción Innovación Uso malintencionado (armas) Órganos 3D y aspectos médicos Pérdida de trabajo Reducción de costes Uso mayoritario de plásticos (contaminación) Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 24 1990-1999 En 1992, la empresa 3D System, cuyo cofundador es Chuck Hull, crea la primera máquina de impresión de tipo SLA (estereolitografía). Este dispositivo consistía en un láser UV que iba solidificando un fotopolímero a medida que se agregaba por capas. [4] En 1999 es el año en el que la impresión 3D se introduce en el campo de la medicina, pudiendo usarse para crear recubrimientos sintéticos a partir de las células del paciente. Nace entonces el concepto de órganos de la ingeniería. [5] 2000-2009 La creación de un órgano totalmente funcional mediante impresión 3D se convierte en realidad en 2002, con la impresión de un riñón en miniatura. Entre 2004 y 2005, surge el proyecto RepRap (Replicating Rapid- Prototypers), una iniciativa de código abierto que permite democratizar la impresión 3D y garantizar accesibilidad a todo el mundo mediante la creación de una impresora en la que la mayoría de sus componentes son impresos en 3D, surgiendo así las famosas máquinas auto replicantes. [4] En 2006, se construye la primera máquina de sinterización por láser (SLS), dando lugar al pensamiento de la personalización en la fabricación en masa. El proyecto RepRap se materializa en el 2008, año en el que también nace la primera comunidad virtual de diseños 3D. Se producen además importantes avances en el mundo de las prótesis. [4] Figura 2: Charles Hull junto con la impresora SLA desarrollada por 3D System. [5] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 25 En 2009 sale al mercado el primer kit de impresoras 3D para que los compradores puedan fabricar sus propias impresoras y diseños. Surge la bioimpresión para crear el primer vaso sanguíneo. [4] 2010-Actualidad Para el año 2011 la fabricación aditiva se emplea ya en todo tipo de industrias. Se crean el primer avión no tripulado y el primer coche impresos en 3D. Dentro del sector de la joyería, se desarrolla también la impresión 3D de oro y plata. [4] En 2012 realizaron el primer trasplante de prótesis impresa en 3D. Se trató de una paciente de 83 años con infección ósea crónica en la mandíbula, que requería de una prótesis completamente personalizada. [5] Desde entonces, la impresión 3D ha ido incorporando nuevos usos y avances hasta la actualidad. El ejemplo más reciente es el del nuevo concepto de impresión 4D, una tecnología futura en desarrollo. [5] Figura 4: Prótesis de mandíbula creada con una impresora 3D de titanio. [4] Figura 3: Vaso sanguíneo impreso en 3D. [6] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 32 Polvos Aptos para sinterización selectiva por láser (SLS). Aunque se trata de una variedad más reducida de materiales, presentan unas características mecánicas excelentes. El material más común para su uso en polvo es el nailon, debido a su resistencia, flexibilidad y ligereza. [15] La siguiente tabla recoge los materiales en polvo más empleados en la impresión: MATERIAL PROPIEDADES APLICACIONES Nailon 12 Fuerte, rígido y duradero. Resistente a impactos, radiación, calor, humedad, químicos… Prototipos funcionales. Piezas de uso final. Dispositivos médicos. Nailon 11 Similar al nailon 12. Más flexibilidad, resistencia a rotura. Menor rigidez. Prototipos funcionales. Piezas de uso final. Dispositivos médicos. TPU (Poliuretano termoplástico) Flexible, elástico y con tacto similar a la goma. Resistente a deformación e impactos. Alta estabilidad frente a radiación UV. Prototipos funcionales. Pieza de uso final flexibles. Dispositivos médicos. Compuestos de nailon (Reforzados con vidrio, aluminio o fibra de carbono) Alta resistencia y rigidez. Prototipos funcionales. Piezas estructurales de uso final. Tabla 5: Comparativa de materiales en polvo empleados en SLS. [15] Metales Se emplean también en fabricación por deposición fundida (FDM), pero sobre todo en fusión selectiva por láser (SLM) y sinterizado directo de metal por láser (DMLS). Estas últimas de funcionamiento similar a SLS, con la diferencia de que, en lugar de fundir polvos de polímeros, son partículas de polvo de metal. Esto permite crear productos metálicos resistentes, precisos y complejos. [15] Los metales más populares son los siguientes: Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 33 MATERIAL PROPIEDADES APLICACIONES Titanio Ligero y con excelentes características mecánicas. Fuerte, duro y resistente al calor, óxido y ácido. Sector aeroespacial, industria automovilística y aplicaciones sanitarias. Acero inoxidable Tenaz, dúctil y resistente a impactos y corrosión. Sector espacial y automovilístico. Aluminio Ligero, duradero, resistente y con buenas propiedades térmicas. Sector aeroespacial y automovilístico. Aleaciones de níquel Alta resistencia a tracción, fluencia y rotura. Resistente a calor y corrosión. Sector aeroespacial y automovilístico. Tabla 6: Comparativa de metales empleados en impresión 3D. [15] 2.5. Campos de aplicación Como se ha visto hasta ahora, las aplicaciones de la impresión 3D son variadas y numerosas. Los distintos ámbitos en los que se emplea esta tecnología en la actualidad son: - Medicina y salud (prótesis, implantes, tejido humano, material sanitario…) - Industria, en especial aeroespacial y automovilística (impresión de piezas y componentes metálico en menor tiempo y con menos costes…). - Ingeniería (diseño y creación de modelos y prototipos en distintos materiales para pruebas y ensayos). - Diseño y creación de objetos personalizados. - Construcción y arquitectura (elaboración de maquetas de edificios y estructuras). - Moda textil y joyería. - Cocina (moldes y cortes para repostería, modelos de chocolate…). Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 34 2.6. El futuro y la impresión 3D Ha sido tan considerable la evolución de la impresión 3D en los últimos años que en futuro próximo se espera que adquiera un mayor protagonismo incluso que las impresoras de tinta, debido a la infinita cantidad de posibilidades que ofrece. Sobre todo, en el campo de la medicina es donde más avances se prevén. Desde órganos totalmente funcionales y tolerables por el cuerpo humano, que supondrían el aumento de trasplantes y la reducción de tiempos de espera, hasta la posibilidad de imprimir huesos que puedan ser reabsorbidos de forma natural hasta que el organismo sea capaz de regenerar ese hueso. También se continúa investigando la creación de fármacos, que permitiría automatizar la fabricación de medicinas personalizadas. [16] Por otro lado, también se están explorando el uso de técnicas de fabricación aditiva aplicadas a la construcción de edificios y viviendas. Ya existe un sistema funcional que continúa desarrollándose y que permite “imprimir” un edificio empleando hormigón como insumo. Esto podría suponer la construcción de hogares en los países menos desarrollados a un bajo coste. [7] En conclusión, las posibilidades que se tienen en la actualidad gracias a la impresión 3D son únicamente la punta del iceberg. Dentro de veinte o treinta años, el uso industrial de esta tecnología puede alcanzar un poder disruptivo mayor incluso que el Big Data o el internet. Figura 8: El futuro de la impresión 3D en medicina. [17] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 35 3. MATERIAL DE LABORATORIO 3.1. Introducción “El laboratorio es un lugar dotado de los medios necesarios para realizar investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico, tecnológico o técnico, […] según la rama de la ciencia a la que se dedique.” [18] La principal importancia del laboratorio se basa en que las condiciones ambientales estén: 1. Controladas (puede asegurarse que no existen influencias extrañas a las previstas que puedan alterar el resultado). 2. Normalizadas (puede garantizarse que el experimento o medición es repetible obteniendo el mismo resultado). Existen varios tipos de laboratorio, en función de las labores que desempeñan. En general, podrían agruparse en tres grandes bloques: laboratorio de metrología, clínico y científico. Laboratorio de metrología La metrología se conoce como la ciencia cuyo objetivo es estudiar las unidades y las medidas de las magnitudes, así como las exigencias técnicas de métodos e instrumentos de medida. “Los laboratorios de metrología se clasifican jerárquicamente de acuerdo con la calidad de sus patrones. Aunque las estructuras pueden variar en cada país, por regla general existen tres niveles (las condiciones serán tanto más estrictas cuanto más alto el nivel del laboratorio).” [18] Figura 9: Científicos en un laboratorio. [19] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 36 Estos niveles citados anteriormente son: laboratorio nacional, que posee el patrón nacional y primario, así como los patrones nacionales de transferencia; laboratorio intermedio, de centros de investigación, universidades o similares; y laboratorio industrial, dentro de las instalaciones de una empresa, encargado de llevar a cabo las labores de control de calidad o ensayo de prototipos. [18] En función del tipo de mediciones que se realizan, independientemente del nivel al que pertenezcan, los laboratorios pueden ser clasificados en: metrología dimensional, ensayo de materiales, metrología eléctrica… Laboratorio clínico Los laboratorios clínicos realizan estudios de propiedades biológicas, ya sean humanas o animales, para el análisis, prevención, diagnóstico y tratamiento de problemas relacionados con la salud. Engloban distintas disciplinas como pueden ser la bioquímica, microbiología o inmunología. [18] Mediante la obtención y estudio de muestras clínicas, en el laboratorio clínico se llevan a cabo distintas tareas como: - Descubrir enfermedades en etapas subclínicas. - Ratificar un diagnóstico clínico. - Pronósticos de enfermedades. - Vigilar tratamientos o estudiar respuestas terapéuticas. - Precisar factores de riesgo. Figura 10: Instrumentos de calibración y patrones de un laboratorio de metrología dimensional. [20] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 37 Laboratorio científico Los resultados que se obtienen en estos laboratorios contribuyen al desarrollo y progreso de prácticamente todas las ramas de las ciencias naturales. Los más comunes son: - Laboratorios de biología. Emplean material biológico para el análisis experimental y el estudio de la estructura de los seres vivos, desde el nivel celular hasta el nivel de órganos o sistemas. - Laboratorios de química. Estudia compuestos, mezclas de sustancias o elementos mediante ensayos químicos para el análisis de teorías o postulados y para nuevos descubrimientos. Existen laboratorios de química física, análisis químico, de síntesis orgánica y de inorgánica. - Laboratorios de física. Experimentan con la eléctrica, electrónica, óptica, mecánica y relativos. - Laboratorios de suelos. Analizan las propiedades del suelo para la agricultura y ganadería con el objetivo de mejorar la calidad del suelo y agua. - Laboratorios de calidad de agua. Analizan el agua desde las perspectivas química y biológica para detectar contaminantes. Desempeñan un papel importante en las instalaciones de potabilización o plantas de tratamiento de aguas residuales. Figura 11: Análisis de muestras de sangre en un laboratorio clínico. [21] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 38 3.2. Del laboratorio antiguo al moderno “A lo largo de la historia, los laboratorios se han convertido en una parte fundamental tanto de la investigación como de la academia en general pues, si hay algo claro es que gracias al método experimental se han dado grandes avances en las ciencias de la naturaleza y de la salud. Cabe aclarar que, en la actualidad, existe una gran variedad de laboratorios y dependiendo su tipología o área de investigación se originaron en distintas épocas y se reglamentan de distinta manera.” [22] Es difícil determinar cuándo surge el primer laboratorio de la historia, dado que la experimentación se ha llevado a cabo en muchas circunstancias y con el transcurso del tiempo se ha ido estandarizando y reglamentando de acuerdo con aspectos de seguridad, higiene, control y normalización. No obstante, esto ha ayudado a definir y diferenciar lo que es un laboratorio. Tradicionalmente los laboratorios han estado ligados a la química, es por ello, que los orígenes de estos pueden remontarse mil años antes a su precursora, la alquimia. Los alquimistas eran estudiosos que tenían como objetivo convertir el plomo en oro, combinando elementos de la química, metalurgia, física, astrología, espiritualismo o arte. Los útiles que empleaban eran los mismos que los artesanos que fundían metales, fabricaban tintes o destilaban aceites aromáticos. Es por ello por lo que se vieron obligados a reducir las dimensiones de estos equipos artesanales con el fin de adaptarlos a sus necesidades; diseñaron hornos y vasos pequeños, crisoles, matraces y aparatos de destilación. [23] Figura 12: Muestras en un laboratorio de suelos. [21] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 39 Por otro lado, el nacimiento de nuevas necesidades, como la del control de calidad en el comercio, hizo que se requiriera de nuevos instrumentos. Al tratar con metales nobles como moneda de cambio, la falsificación estaba tan a la orden del día como en la actualidad. Era necesario el uso de balanzas con una alta sensibilidad para pesar cantidades de oro y plata y determinar su autenticidad. El origen de la balanza se remonta a los egipcios, por lo que puede considerarse como uno de los instrumentos de medida más antiguos que existe. Con el paso de los siglos, otros aparatos fueron haciendo su aparición, resultando altamente significativos para los avances que se fueron dando en el laboratorio, algunos tan simples como el soplete. En volumetría, la invención de Figura 14: Balanza de Berzelius. [23] Figura 13: El Alquimista, de Pietro Longhi. [24] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 40 la pipeta y la bureta (Descroizilles y Gay-Lussac) supuso un punto de inflexión, y con ella el laboratorio basado en la química llegó a su fin. “Todos los nuevos acontecimientos en los instrumentos y dispositivos para el análisis químico provienen de otros campos de la ciencia, sobre todo de la física […]” [23]. Algunos de ellos son el microscopio, el colorímetro o el espectroscopio. Los laboratorios contemporáneos poco tienen que ver con aquellas estancias usadas anteriormente por los químicos, fundamentalmente por la llegada de la analítica instrumental y la digitalización con los ordenadores. No obstante, aún se sigue teniendo en común el empleo de matrices, crisoles y frascos en muchas de las actividades rutinarias de un laboratorio, a pesar de los avances en tecnología y ciencia. 3.3. La micropipeta 3.3.1. Definición e historia La micropipeta es un instrumento de laboratorio empleado para recoger y transferir volúmenes pequeños de líquidos y permitir su manejo en las diversas técnicas científicas, aunque mayormente usado en los procedimientos de química analítica. [25],[26] Originalmente, aunque su uso sigue siendo común hoy en día, se empleaba la pipeta. Esto suponía un problema en la recolección de cantidades de muestras realmente pequeñas, hasta que, en 1957, el médico alemán y profesor en la universidad de Marburgo, Heinrich Schnitger, inventó el instrumento insignia de las investigaciones biológicas y médicas: la micropipeta. [27] Figura 15: Pipeta graduada de vidrio. [28] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 41 3.3.1.1. Estructura y componentes A pesar de que existen diversos tipos y clasificaciones de micropipetas, tal y como se expondrá más adelante, y además dependiendo del fabricante pueden darse unos formatos u otros, a grandes rasgos todas ellas comparten los mismos componentes. [29] La característica principal de las micropipetas es que se trata de una jeringa con un pistón que absorbe líquidos empleando puntas de plástico desechables. Su estructura cuenta con las siguientes partes: - Cuerpo o empuñadura. - Émbolo. Acciona el llenado y dispensado de líquidos mediante dos topes, que indican la presión a ejercer para llenar (primer tope) y descargar (segundo tope). - Rueda de ajuste de volumen. Aunque solo existe en las analógicas. Suele contar con un bloqueo para no desconfigurar el volumen seleccionado. - Indicador de volumen. Para las micropipetas de volumen variable. - Eje. Une la empuñadura con la punta desechable, y en ocasiones va unido a un eyector de puntas. - Soporte de la punta. En él se introduce la punta que se vaya a emplear. Figura 16: Partes de una micropipeta analógica. [30] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 48 Para facilitar su uso, los fabricantes han adaptado una serie de colores a cada rango de volúmenes con los que trabajan las micropipetas. En las de uso más general, estos colores coinciden con los de las puntas adecuadas para ellas. En la siguiente tabla, aparece el código de colores que se le asigna al volumen dispensado: VOLUMEN DISPENSADO COLOR Hasta 20 µl Gris 2 – 200 µl Amarillo 5 – 300 µl Gris 50 – 1000 µl Azul 50 – 1250 µl Gris 0,5 – 5 ml 1 – 10 ml Tabla 9: Código de colores para puntas de micropipeta. [41], [42] 3.3.2.2. Universalidad y compatibilidad Con las micropipetas y las puntas sucede a menudo algo similar al fenómeno “maquinilla de afeitar-cuchilla”. Mientras que el precio de la micropipeta puede rondar fácilmente los 1000€, el valor de todas las puntas que empleará durante su vida útil es un porcentaje insignificante al lado de su precio. [43] Algunos fabricantes de micropipetas han hecho todo lo posible por patentar geometrías del soporte de la punta que no se adaptan a las puntas de otros fabricantes, lo que genera un gran inconveniente en la compatibilidad entre marcas, así como en los costes de adquisición. No obstante, con intención de evitar el problema, muchos fabricantes de puntas han optado por modificar sus diseños añadiendo a sus puntas cabezales más flexibles que pueden adaptarse a la mayoría de las geometrías patentadas por otros fabricantes. La razón por la que las puntas de micropipeta son universales se debe al diseño de estas. Aunque existen diferentes marcas y tamaños, los diámetros interiores que encajan en los soportes se fabrican prácticamente del mismo Figura 26: Puntas de pipeta universales de diferentes fabricantes. [43] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 49 tamaño, con unas tolerancias realmente ajustadas. De esta manera, se garantiza que estas puntas tienen unos cabezales lo bastantemente similares como para que puedan encajar en las micropipetas de diferentes marcas que aceptan puntas universales. Existen diferentes marcas de micropipetas, como Gilson®, Eppendorf®, Nichiryo® o Biohit®, que cuentan con sus respectivos modelos para trabajar con determinados volúmenes. Para solucionar el problema de compatibilidad entre los volúmenes de trabajo de las micropipetas y las puntas que se van a emplear, se hace necesario que los fabricantes pongan a disposición tablas de compatibilidad. Las figuras 27 y 28 a continuación, muestran un ejemplo de dichas tablas: Figura 27: Tabla de compatibilidad de diferentes modelos de micropipetas y puntas. [44] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 50 3.3.2.3. Racks de puntas Generalmente en la manipulación de líquidos en un laboratorio, ya sea para análisis, estudios o ensayos, se trabaja con gran cantidad de muestras. Por esta razón, las puntas de micropipeta se distribuyen en los conocidos como racks de puntas. Los racks o gradillas son cajas de plástico que se emplean para acumular puntas de micropipeta de manera organizada. Dependiendo del tamaño de las puntas, la cantidad de ellas que podrá almacenar un rack variará. Figura 28: Tabla de compatibilidad entre volúmenes de puntas y marcas de micropipetas. [45] Figura 29: Racks para puntas de diferentes tamaños. [46] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 51 Las dimensiones de la gradilla son aproximadamente 120 mm de largo y 85 mm de ancho, aunque la altura varía según la longitud de las puntas. Normalmente, se emplean los racks de 96 huecos, distribuidos en 8 filas de 12 unidades. Esto guarda relación con las micropipetas multicanal, que como se explicó previamente, podían ser bien de 8 o 12 canales. Dichos racks son los que albergan las puntas de menor volumen, de hasta 300 µl, cuyo uso es el más general. No obstante, existen racks con menor número de posiciones, por ejemplo, de 60 para puntas de 1000 µl, o incluso de 28 para las de 5 ml. 3.3.2.4. Comercialización La distribución comercial de las puntas de micropipeta se realiza en diferentes formatos, de acuerdo con las necesidades o requerimientos del cliente. Las puntas con filtro tendrán siempre un precio más elevado que las normales, no obstante, los formatos de venta de ambas son iguales. De menor a mayor coste económico, aunque el rango de precios es variable de unos proveedores a otros, esos formatos son los siguientes [47],[48]: - En bolsas o paquetes de 1000 unidades. Para puntas de volúmenes mayores pueden ser bolsas de 200 o 500 unidades. - En racks o gradillas de 100, 96 o 60 puntas cada uno, dependiendo del volumen de las puntas. - En recambios para los racks. Requieren de cajas ya vacías. - En paquetes o blísteres esterilizados. Dependiendo del presupuesto de cada laboratorio, así como de las actividades que se desempeñen en el mismo (según nivel de precisión, esterilización…) será más conveniente un formato u otro. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 52 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 53 4. CONCEPCIÓN Y DISEÑO DE UN ORGANIZADOR DE PUNTAS DE MICROPIPETA PARA SU FABRICACIÓN POR IMPRESIÓN 3D 4.1. Conceptualización y justificación La parte práctica de este proyecto comprende concebir y diseñar un producto que pueda emplearse como material de apoyo en el laboratorio, y que además sea posible de desarrollar mediante impresión 3D, estudiando la viabilidad de su producción y un presupuesto estimado. Dicho producto consiste en un organizador de puntas de micropipetas, para facilitar su colocación en las gradillas y ahorrar tiempo de trabajo a la hora de emplear micropipetas de precisión. Como se ha expuesto previamente, para trabajar con micropipetas de precisión se requiere del uso de puntas desechables. De la misma manera, para el manejo de un número suficiente de muestras en una misma tarea, dichas puntas se colocan en gradillas. En relación con el apartado anterior de comercialización de las puntas de micropipetas, las dos formas más generales (y económicas) de adquirir dichas puntas son las siguientes: 1. Comprar racks o gradillas con puntas. 2. Comprar bolsas o paquetes de grandes cantidades de puntas y reutilizar racks vacíos que ya se habían adquirido anteriormente. Si bien la primera opción es la más cómoda (dado que las cajas ya vienen totalmente montadas), es la segunda de ellas la que resulta más económica. La compra de racks encarece un pedido, y puesto que una vez se vacían son totalmente reutilizables y pueden volverse a recargar de puntas, no es necesario adquirirlos de nuevo cada vez. Esto supone además un ahorro en el uso de plásticos. A continuación, dos comparativas de precios entre varios formatos de compra: FORMATO (puntas 100-1000 µl) CANTIDAD PRECIO Puntas sueltas en bolsa 10.000 uds. (10 bolsas) 121,96€ Rack 96 puntas 960 uds. (10 racks) 66€ Rack 96 puntas estériles 960 uds. (10 racks) 80,35€ Puntas sueltas con filtro en bolsa 10.000 uds. (10 bolsas) 1.400,12€ Rack 96 puntas con filtro 960 uds. (10 racks) 139,59€ Tabla 10: Comparativa de precios de distribución de puntas universales tipo Gilson. [49] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 54 FORMATO CANTIDAD PRECIO Puntas sueltas en bolsa (10 µL) 1000 uds. (1 bolsa) 41,90€ Puntas sueltas en bolsa (200-1000 µL) 1000 uds. (1 bolsa) 34,30€ Rack 96 puntas (10 µL) 960 uds. (10 racks) 75€ Rack 96 puntas (200-1000 µL) 960 uds. (10 racks) 63-67€ Gradillas recarga 96 puntas (200-1000 µL) 960 uds. (10 racks) 53-63€ Racks vacíos 2 racks 15€ Rack estéril 96 puntas con filtro (200-1000 µL) 960 uds. (10 racks) 185,80€ Tabla 11: Comparativa de precios de distribución de puntas PIPETMAN® DIAMOND Gilson. [46] En laboratorios en los que el presupuesto es más ajustado, se trabaja en condiciones extremas o en los que no requieren de un grado absoluto de esterilización a la hora de manipular muestras (laboratorios universitarios, de campaña, centros de investigación de menor rango…), el método más rentable de compra es el de bolsas con grandes cantidades de puntas, reutilizando racks antiguos. Partiendo entonces de esta base, que la forma más económica, rentable y sostenible (en cuanto a uso innecesario o excesivo de plásticos) para un laboratorio de abastecerse de puntas de micropipetas es el método citado en el párrafo superior, se plantea el problema práctico de este proyecto. A la hora de realizar una tarea que requiere del empleo de micropipetas, se requiere previamente haber rellenado de puntas la gradilla o gradillas que se necesiten de forma manual. De tratarse de un trabajo con volúmenes entre 5 y 10 ml, para los que estas gradillas son de 28 y 18 huecos, el hecho de rellenarlas no supondría una gran dificultad. Dado que los volúmenes de trabajo más comunes son bastante más pequeños, de 0,1 hasta 300 µl e incluso hasta 1000 µl, el número de huecos a rellenar se eleva hasta las 60 (para 1000 µl) y 96 unidades, y se multiplica por cada gradilla que se vaya a emplear. Suponiendo que una persona necesitase dos gradillas para una determinada tarea de manipulación de líquidos con micropipetas, se estaría hablando de colocar alrededor de 190 puntas en sus huecos manualmente. La consecuencia inmediata es la pérdida de tiempo considerable, y seguidamente la carga cognitiva añadida que supone una tarea tan repetitiva, que deriva al estado de fatiga del trabajador. Estos factores se traducen en un entorpecimiento del ritmo de trabajo. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 55 4.2. Prueba desarrollada Para realizar una estimación del tiempo que requiere rellenar una gradilla manualmente, se ha desarrollado una prueba grabada por vídeo (ver Anexo I). En esta prueba, una usuaria que desarrolla su trabajo en un laboratorio empleando micropipetas diariamente, debe colocar las puntas una a una en un rack de 60 huecos. Para completar la prueba, se emplea aproximadamente 1 minuto y 12 segundos por cada caja de 60 puntas, por lo que para una gradilla de 96 puntas podría estimarse el tiempo mediante un simple cálculo: 72 𝑠 60 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜𝑠 =1,2 𝑠 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 ; 1,2 𝑠 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜 ×96 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜𝑠 = 115,2 𝑠 = 1 min 55,2 𝑠 ≈ 2 𝑚𝑖𝑛 El objetivo entonces del desarrollo este organizador de puntas de micropipetas es el de amenizar esta tediosa tarea y reducir el tiempo empleado, para ello, en el siguiente punto se comenzará la búsqueda de soluciones mediante el bocetado de ideas. Una vez obtenida una solución final, esta se plasmará en formato tridimensional de manera que puedan obtenerse planos técnicos e incluso llevarse a la realidad mediante impresión 3D. 4.3. Búsqueda de soluciones Previamente a bocetar, se necesita saber cuántos y cuáles son los elementos de diseño necesarios para desarrollar el producto. La parte principal del organizador debe ser una caja que contenga las puntas una vez se viertan de la bolsa, y además se necesitan dos series de carriles perpendiculares que al unirse creen una cuadrícula, la cual debe coincidir con los huecos de la gradilla. El segundo problema es el de conseguir que el organizador sea útil para colocar puntas de diferentes tamaños, por lo que deberá contar con un diseño modular para estos carriles mencionados anteriormente, de manera que puedan manejarse racks de 60 y 96 huecos indistintamente. Para ello, se deben agrupar las puntas de diferentes volúmenes por rangos de tamaños y medidas. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 56 Como ejemplo para este caso práctico, se tomarán como puntas empleadas las del distribuidor Nichiryo. Las puntas que comercializa esta empresa pueden verse en las siguientes imágenes: Figura 31: Tabla de especificaciones de puntas desechables del catálogo de Nichiryo.[50] Figura 30: Gradillas para distintos tamaños de puntas de micropipeta (50-1000µl, 5-200µl, 1-20µl). [51] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 57 En ellas, las puntas aparecen catalogadas por referencia, formatos de venta, rango de volúmenes, color, unidades y compatibilidad con micropipetas. Por otro lado, en el catálogo también se muestran los planos técnicos de los diferentes tipos de puntas con sus respectivas medidas: Figura 33: Planos técnicos de puntas con filtro desechables del catálogo de Nichiryo. [50] Figura 34: Planos técnicos de puntas desechables del catálogo de Nichiryo. [50] Figura 32: Tabla de especificaciones de puntas con filtro desechables del catálogo de Nichiryo. [50] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 64 Una vez resueltos los problemas de diseño planteados ya puede concretarse la solución final y comenzar con el modelado tridimensional del producto. 4.3.2. Definición del diseño final El diseño final que satisface los requisitos funcionales de la necesidad planteada será el siguiente: - Una estructura principal (caja) que será el soporte del resto de elementos del diseño, y cuyas dimensiones estarán ajustadas al tamaño de los racks que se vayan a emplear. Debe constar también de dos pequeñas asas que faciliten su manipulación. - Un primer módulo, acoplable mediante un sistema de guías de deslizamiento, que organizará las puntas por filas. Contará con variables de distintos carriles según el número de huecos en la gradilla. - Un segundo módulo, acoplable también mediante el mismo sistema de guías de deslizamiento y que se colocará perpendicularmente al anterior para bloquear las puntas en una cuadrícula que coincidirá con los huecos de la gradilla. Existirán a su vez variables en el número de carriles. Ilustración 7: Boceto del esquema de dimensiones del organizador. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 65 - Una compuerta que dará salida a las puntas una vez estén dispuestas en cuadrícula. El movimiento de esta compuerta será por actuación de un mecanismo de bisagras. El bloqueo de la compuerta mientras se estén colocando las puntas lo realizará un sistema de pestañas. Explicado el diseño, puede intuirse a su vez el que será el funcionamiento del organizador de puntas: - Colocar primer módulo, que permanecerá fijo mientras se trabaje con el mismo tipo de rack. - Verter las puntas. - Sacudir ligeramente la caja, de manera que las puntas se ordenen en los carriles. - Una vez ordenadas las puntas, acoplar el siguiente módulo perpendicular para bloquear la posición de las puntas. - Colocar la caja encima del rack, de manera que cada punta encaja en su correspondiente hueco. - Retirar el módulo perpendicular. - Ejerciendo una fuerza leve, retirar la caja hacia atrás de manera que se suelten las pestañas de la compuerta y se dé salida a las puntas ya colocadas en la gradilla. A continuación, se procede a la realización de los modelos tridimensionales de los distintos elementos del producto, mediante el software de modelado 3D Catia. 4.4. Modelado tridimensional del producto Durante la fase de modelado se irán dimensionando y adaptando los diferentes elementos de diseño. Las soluciones propuestas para el desarrollo del producto se incorporarán y de ser necesario, se modificarán para optimizar la solución final. En primer lugar, se comenzará con el modelado de la caja, ya que es la estructura principal que soporta el resto de los elementos. Las dimensiones de las paredes interiores deben coincidir con las de la gradilla, y se debe proporcionar espacio suficiente para albergar puntas de sobra, así como un grosor en las paredes suficiente para que la estructura sea consistente. Adicionalmente, se le añadirán un par de asas para facilitar su manipulación. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 66 En la Figura 36 pueden verse los pasadores para el eje que ejercerá de charnela una vez se acople la compuerta. Asimismo, en la parte inferior se sitúan los pasantes para el módulo 2. Por otro lado, se modificó el sistema de cierre propuesto para la compuerta, por lo que se acoplaron dos pequeños perfiles redondeados en los salientes de la cara frontal. De esta manera, el movimiento de la compuerta solo será posible ejerciendo cierta presión, de otra manera permanecerá bloqueada en la posición de cierre. A continuación, se procede al modelado de ambos módulos. En primer lugar, el módulo 1 se debe dimensionar de manera que se deslice por las guías de la caja y quede fijado con un ajuste por apriete. Para los carriles, se establecerán una Figura 35: Captura de pantalla de la perspectiva frontal de la caja. [Elaboración propia] Figura 36: Captura de pantalla de la perspectiva trasera de la caja. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 67 serie de parámetros de valores múltiples que podrán modificarse según sea necesario. Estos parámetros son los siguientes: • Número de carriles: 12; 10 • Diámetro: 4,54mm; 5,8mm; 7,3mm; 8,4mm • Diámetro superior: 6,2mm; 7,7mm; 8,8mm; 9,3mm Los valores de los parámetros Diámetro y Diámetro superior son respectivos, y hacen referencia a las dimensiones de puntas de hasta 10µl, 200µl, 1000µl (rack de 96) y 1000µl (rack de 60), respectivamente. En la Figura 37 se muestra la selección de puntas del catálogo de Nichiryo que se han tomado para configurar los distintos valores de los parámetros empleados para el diseño de los módulos. Una vez establecidas las puntas con las que se va a trabajar, se pueden definir los parámetros en Catia. Figura 37: Puntas escogidas para el diseño del organizador. [50] Figura 38: Captura de pantalla de los parámetros definidos para diseñar el módulo 1. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 68 Tal y como quedó definido en los bocetos, los carriles del módulo 1 tendrán estructura de L y L invertida, variando las medidas en función de los diámetros y carriles seleccionados. En las siguientes figuras, se puede ver la comparativa entre dos variantes del módulo 1 para dos tamaños de puntas: Figura 40: Captura de pantalla del módulo 1 con 10 carriles para puntas de hasta 1000µl (Ø8,4mm). [Elaboración propia] Por último, en la parte posterior se le añadirá un asa para facilitar en ensamblado y desensamblado entre el módulo y la caja. Para el módulo 2, se emplearán los mismos parámetros, a excepción del diámetro superior, ya que para este elemento es innecesario. Para el parámetro Carriles los valores serán de 8 y 6, en dependencia del tipo de rack (96 o 60 huecos) que se vaya a emplear. Figura 39: Captura de pantalla del módulo 1 con 12 carriles para puntas de hasta 10µl (Ø4,54mm). [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 69 La primera guía será fija y de ancho invariable, puesto que únicamente sirve para sostener la primera fila de puntas. Por otro lado, se realizará un corte diagonal para “afilar” el inicio de los carriles y favorecer el empuje hacia la fila posterior una vez esté completa la fila previa. El módulo 2 contará también de un asa para facilitar la extracción, que a su vez ejerce de final de carrera. En las figuras 41 y 42 puede verse una comparativa entre las dos variantes de carriles, así como los detalles explicados anteriormente. Finalmente, se procede a modelar el sistema de compuerta de salida. Como primera parte, se requiere de un eje para hacer funcionar el mecanismo de bisagra que permitirá el giro de la compuerta para abrirse o cerrar. Este componente puede tanto modelarse e imprimirse tridimensionalmente como Figura 41: Captura de pantalla del módulo 2 con 6 carriles para puntas de hasta 10000µl (Ø8,4mm). [Elaboración propia] Figura 42: Captura de pantalla del módulo 2 con 8 carriles para puntas de hasta 10µl (Ø4,54mm). [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 70 obtenerse comercialmente en más materiales y tamaños (ver Anexo IV). No obstante, también se ha modelado en Catia. En segundo y último lugar, se ha modelado la compuerta. Para el mecanismo de bisagra, se ha extendido el pasante del eje en la máxima extensión posible para evitar posibles roturas por uso, y además se le ha añadido más grosor que al resto de la estructura. Por otro lado, para evitar el movimiento de la primera fila de puntas hacia delante y fijar su posición siempre, se ha reforzado la parte posterior, internando ligeramente la cara dentro de la caja. Figura 43: Captura de pantalla del eje. [Elaboración propia] Figura 44: Captura de pantalla de una perspectiva posterior de la compuerta. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 71 Para el sistema de cierre, al igual que con la caja, la compuerta cuenta con un pequeño perfil redondo de menor tamaño, que asegurará el bloqueo mientras se esté empleando el organizador. Una vez están diseñados todos los elementos que componen el organizador, se procede al ensamblado. Se han empleado diferentes colores en cada modelo para facilitar su diferenciación. En la Figura 47 muestra el detalle del funcionamiento del sistema de bloqueo de la compuerta con la caja, que abrirá y cerrará únicamente mediante la aplicación de presión para empujar hacia fuera o hacia dentro. Figura 45: Captura de pantalla del detalle de la compuerta para bloquear el cierre. [Elaboración propia] Figura 46: Captura de pantalla del producto ensamblado. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 72 A modo de apoyo, se ha diseñado también una gradilla, que cuenta de igual forma con tres parámetros: Diámetro, Columnas (carriles del módulo 1) y Filas (carriles del módulo 2), para poder hacer las comprobaciones de coincidencia entre los parámetros de ambos módulos, así como de la cuadrícula que deben conformar para albergar las puntas. Una vez montado el producto final, se procede a la realización de renders para una mejor visualización del resultado. Figura 47: Captura de pantalla del sistema de bloqueo de la compuerta con la caja. [Elaboración propia] Figura 48: Captura de pantalla de la gradilla, con 96 huecos para puntas de hasta 10µl (Ø4,54mm). [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 73 4.5. Renders del resultado final El renderizado del producto acabado se ha realizado con el software de modelado Rhino 7. En primer lugar, la Figura 49 muestra un explosionado del organizador en el que permite ver los diferentes componentes: Para poder apreciar la comparativa entre diferentes variables de los módulos en cuanto a carriles y diámetros, dependiendo del tamaño de las puntas a usar, se han incluido la Figura 50, en la que aparecen ambos organizadores desensamblados; y la Figura 51, en la que pueden verse con las puntas ya organizadas en su interior. Figura 49: Explosionado del organizador para puntas de micropipeta. [Elaboración propia] Figura 50: Comparativa entre módulos para puntas de 1000µl y 200µl. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 80 - La fabricación física de un prototipo funcional del organizador para puntas, para estudiar posibles fallos, modificaciones o mejoras. - Estudiar también la producción de este organizador en otro tipo de impresora 3D, como puede ser la de resina también barajada en el Anexo IV. - Diseñar y desarrollar de la misma manera otros útiles para el laboratorio. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 81 6. NORMATIVA APLICADA - UNE 157001:2014. Criterios generales para la elaboración formal de - los documentos que constituyen un proyecto técnico. - UNE-ISO 999:2014. Información y documentación. Directrices sobre - el contenido, la organización y presentación de índices. - UNE-ISO 690:2013. Información y documentación. Directrices para la - redacción de referencias bibliográficas y de citas de recursos de - información. - UNE 50103:1990. Resúmenes. - UNE 50132:1994. Documentación. Numeración de las divisiones y - subdivisiones en los documentos escritos. - UNE-EN 62023:2002. Estructuración de la información y documentación técnicas. - UNE 50136: Documentación. Presentación de tesis y documentos similares. - UNE-EN ISO 7200:2004. Bloque de Títulos. - UNE-EN ISO 7200. Campos de datos. - UNE 1-035-95. Cuadro de rotulación. - UNE 1-026-83-2. Formato de planos. - UNE-EN ISO 3098-0. Escritura normalizada. - UNE-EN ISO 5455:1996. Escalas. - UNE 1-032-82-4. Cortes, secciones y roturas. - UNE 1-032-82. Principios generales de representación. - UNE 1032-1982. Espesor de líneas. - UNE 1-039-94. Acotación. - UNE 1100:1983. Marcado de piezas. - UNE 1-035-92. Lista de piezas. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 82 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 83 7. BIBLIOGRAFÍA 1. ¿Qué es la impresión 3D? | Programa para impresora 3D | Autodesk. (n.d.). Retrieved May 31, 2022, from https://latinoamerica.autodesk.com/solutions/3d-printing 2. Ventajas y desventajas de la impresión 3D | BBVA Suiza. (n.d.). Retrieved June 1, 2022, from https://www.bbva.ch/noticia/ventajas-y- desventajas-de-la-impresion-3d/ 3. Ventajas y Desventajas de la impresión 3D - web de diseño y impresion 3D. (n.d.). Retrieved June 1, 2022, from https://sites.google.com/site/webdedisenoyimpresion3d/ventajas-y- desventajas-de-la-impresion-3d 4. Breve Historia de la impresión 3D - impresoras3d.com. (n.d.). Retrieved June 3, 2022, from https://www.impresoras3d.com/breve-historia-de-la- impresion-3d/ 5. La historia de la impresora 3D: los orígenes de las primeras máquinas. (n.d.). Retrieved June 3, 2022, from https://abax3dtech.com/2020/07/24/historia-de-la-impresora-3d/ 6. Vasos sanguíneos impresos en 3D con un equipo comerial. (n.d.). Retrieved June 3, 2022, from https://impresiontresde.com/vasossanguineos-impresos-en-3d-con-un-equipo-comerial/ 7. Prusa, J. (n.d.). PRINCIPIOS BÁSICOS DE IMPRESIÓN 3D. 8. Tipos de impresoras 3D: las 7 technologías de impresión 3D | All3DP. (n.d.). Retrieved May 31, 2022, from https://all3dp.com/es/1/tipos-de- impresoras-3d-tecnologia-de-impresion-3d/ 9. Métodos de Impresión 3D – Proyecto Recicla 3D (Plabs 3D). (n.d.). Retrieved May 31, 2022, from https://recicla3dplabs.wordpress.com/2014/09/26/metodos-de- impresion-3d/ 10. Comparación de tecnologías de impresión 3D: FDM, SLA o SLS. (n.d.). Retrieved June 6, 2022, from https://formlabs.com/es/blog/fdm-sla-sls- como-elegir-tecnologia-impresion-3d-adecuada/ 11. Impresoras 3d FDM – Impresoras 3d. (n.d.). Retrieved June 6, 2022, from https://impresoras3d.org.es/impresoras-3d-fdm/ 12. Tipos de impresoras 3D que existen y sus usos - Servitec3D. (n.d.). Retrieved June 6, 2022, from https://servitec3d.com/blog/tipos-de- impresoras-3d/ Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 84 13. Stereolithography (SLA) printer. | Download Scientific Diagram. (n.d.). Retrieved June 6, 2022, from https://www.researchgate.net/figure/Stereolithography-SLA- printer_fig4_319987351 14. Primary 3D Printing Processes. (n.d.). Retrieved June 7, 2022, from https://www.printspace3d.com/3d-printing-processes/ 15. Guía de materiales de impresión 3D: Tipos, aplicaciones y propiedades. (n.d.). Retrieved May 31, 2022, from https://formlabs.com/es/blog/materiales-impresion-3d/ 16. Impresión 3D: qué es, métodos, aplicaciones, materiales e impresoras 3D. (n.d.). Retrieved May 31, 2022, from https://www.adslzone.net/reportajes/tecnologia/impresion-3d/ 17. Future 3D Additive Manufacturing - Pioneering Minds. (n.d.). Retrieved June 16, 2022, from https://www.pioneeringminds.com/future-3d- additive-manufacturing/ 18. Laboratorio - Wikipedia, la enciclopedia libre. (n.d.). Retrieved June 15, 2022, from https://es.wikipedia.org/wiki/Laboratorio 19. Laboratorio de desarrollo farmacéutico | Tecnalia. (n.d.). Retrieved June 16, 2022, from https://www.tecnalia.com/infraestructuras/laboratorio-de- desarrollo-farmaceutico 20. CALIBRACIÓN | Laboratorio de Dimensional. (n.d.). Retrieved June 21, 2022, from https://www.inta.es/METROLOGIA/es/organizacion/laboratorio-de- dimensional/# 21. El análisis de suelo | Cropaia. (n.d.). Retrieved June 21, 2022, from https://cropaia.com/es/blog/el-analisis-de-suelo/ 22. Laboratorios: Su origen y reglamentación. (n.d.). Retrieved June 15, 2022, from https://www.brainlatam.com/blog/laboratorios-su-origen-y- reglamentacion-330 23. Historia del material de un laboratorio químico - Orbitales Moleculares. (n.d.). Retrieved June 15, 2022, from https://www.orbitalesmoleculares.com/historia-del-material-laboratorio- quimico/ 24. Alquimia - Wikipedia, la enciclopedia libre. (n.d.). Retrieved July 1, 2022, from https://es.wikipedia.org/wiki/Alquimia Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 85 25. Pipeta y Micropipeta: ¿Cuál es la diferencia? - Cromtek. (n.d.). Retrieved May 24, 2022, from https://www.cromtek.cl/2021/06/09/pipeta-y- micropipeta-cual-es-la-diferencia/ 26. MICROPIPETAS (DEFINICION, USOS Y TIPOS). (n.d.). Retrieved May 26, 2022, from https://www.equiposylaboratorio.com/portal/articuloampliado/micropipetas-(definicion-usos-y-tipos) 27. Micropipeta - ¿Qué es, cómo funciona y para qué sirve? . (n.d.). Retrieved May 26, 2022, from https://materialeslaboratorio.com/micropipeta/ 28. Pipeta graduada de vidrio clase A Premium Line - Labbox España. (n.d.). Retrieved July 1, 2022, from https://esp.labbox.com/producto/pipetagraduada-de-vidrio-clase-a-premium-line/ 29. López, F. (n.d.). Manejo de micropipetas. 30. Micropipetas ➡️ TodoPipetas.com. (n.d.). Retrieved July 4, 2022, from https://todopipetas.com/micropipetas/ 31. MICROPIPETAS (OPERACION Y MANEJO). (n.d.). Retrieved May 26, 2022, from https://www.equiposylaboratorio.com/portal/articuloampliado/micropipetas-(operacion-y-manejo) 32. PIPETAS AUTOMÁTICAS pipetas de volumen fijo y pipetas de volumen variable pipetas manuales y electrónicas - PDF Free Download. (n.d.). Retrieved May 24, 2022, from https://docplayer.es/57719984-Pipetas- automaticas-pipetas-de-volumen-fijo-y-pipetas-de-volumen-variable- pipetas-manuales-y-electronicas.html 33. Acura® manual 825 - micropipeta automática. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://www.socorex.com/es/laboratorio/pipetasautomaticas/acura-manual/825-micropipeta-automatica 34. Micropipeta electrónica, Micropipeta digital - Todos los fabricantes de dispositivos médicos. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://www.medicalexpo.es/fabricante-medical/micropipetaelectronica-16041.html 35. Acura® electro - 956 micropipeta multicanal. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://www.socorex.com/es/laboratorio/pipetaselectronicas/acura-electro/956-micropipeta-multicanal 36. Micropipeta de volumen fijo EASY 30+ - Labbox España. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://esp.labbox.com/producto/micropipeta-de-volumen-fijo-easy-30/ Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 86 37. Micropipeta de volumen variable EASY 40+ - Labbox España. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://esp.labbox.com/producto/micropipeta-de-volumen-variable- easy-40/ 38. Micropipetas de volumen fijo ➡️ TodoPipetas.com. (n.d.). Retrieved May 26, 2022, from https://todopipetas.com/micropipetas/volumen-fijo/ 39. Micropipetas Automaticas de Rango Variable | Astra Medical E.I.R.L. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://www.astramedical.com/product/micropipetas-automaticas-de-rango-variable/ 40. Punta amarilla 200 uL, 10xR/96 - Material de Laboratorio. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://www.auxilab.es/es/productoslaboratorio/punta-amarilla-200-ul-10xr-96/ 41. Pipette tips and filter tips. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from www.brand.de 42. PUNTAS PARA MICROPIPETAS 0.5-10 UL – Quios. (n.d.). Retrieved July 8, 2022, from https://quios.com.co/producto/puntas-para- micropipetas-0-5-10-ul/ 43. Qué hace que una punta de pipeta sea universal. (n.d.). Retrieved May 24, 2022, from https://www.pipettipfinder.com/Topics/What-Makes-A- Pipet-Tip-Universal.aspx 44. How We Determine What Tip Fits On Your Pipettor. (n.d.). Retrieved May 24, 2022, from https://www.pipettipfinder.com/Topics/How-We- Determine-What-Tip-Fits-On-Your-Pipettor.aspx 45. Plastic & Glass Transfer Pipettes | Sterile Pipette Tips. (n.d.). Retrieved May 24, 2022, from https://www.intscientific.com/pipettes-and-pipette- tips/ 46. Puntas PIPETMAN® DIAMOND Gilson - Puntas Gilson - Micropipetas - Puntas - DD Biolab - Instrumentacione para Laboratorio. (n.d.). Retrieved July 12, 2022, from https://www.ddbiolab.com/frontoffice/product?produitId=0G-25-01 47. H I G H-T E C H D I S P O S A B L E S and Filter Tips. (n.d.). Retrieved September 14, 2022, from www.brand.de 48. Puntas para micropipetas con filtro, 100 µl, High Quality, 1000 uds/bolsa - Material de Laboratorio. (n.d.). Retrieved September 14, 2022, from https://www.auxilab.es/es/productos-laboratorio/puntas-para- micropipetas-con-filtro-100-l-high-quality-1000-uds-bolsa/ Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 87 49. Puntas de pipeta Gilson 100-1000 uL, plástico DELTALAB® | LABOQUIMIA. (n.d.). Retrieved September 19, 2022, from http://www.laboquimia.es/catalogo/producto.php?codigo=23022000801 &sub_amarillo=yes 50. Unit Catalog in PDF | PIPETTE / DISPENSER / CUSTOM MADE & OEM NICHIRYO. (n.d.). Retrieved October 25, 2022, from https://www.nichiryo.co.jp/en/technical/catalog.html 51. Pipette Tips | Pipettor Tips | Liquid Handling Tips. (n.d.). Retrieved October 26, 2022, from https://www.universalmedicalinc.com/allproducts/laboratory/liquid-handling/pipette-tips.html Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 88 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 89 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior de Sevilla Trabajo Fin de Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo del Producto LA IMPRESIÓN 3D EN EL LABORATORIO: DISEÑO DE UN ORGANIZADOR PARA PUNTAS DE MICROPIPETAS DE PRECISIÓN ANEXO III PLANOS Autor: M.ª del Carmen Muñoz Borrego Tutora: Dra. M.ª del Carmen Morón Romero Departamento de Física Aplicada I Sevilla, febrero 2023 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 96 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 98 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 100 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 102 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 104 1 R0,3 2 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 112 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 113 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Comparativa de especificaciones para los modelos de impresoras FDM ............................................................................. 122 Figura 2: Comparativa de especificaciones de los modelos de la serie Photon Mono (LCD) ........................................................................ 123 Figura 3: Comparativa de especificaciones de los modelos de la serie Photon M3 (LCD) ............................................................................ 123 Figura 4: Especificaciones técnicas de la impresora Anycubic Vyper ........................................................................................................ 125 Figura 5: Especificaciones técnicas de la impresora Anycubic Photon M3 Plus ........................................................................................... 126 Figura 6: Especificaciones técnicas de la máquina de lavado y curado Wash & Cure Plus .......................................................................... 126 Figura 7: Distribución para la impresión del grupo 1 ........................ 130 Figura 8: Distribución para la impresión del grupo 2 ........................ 131 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 114 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 115 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Precio para cada modelo de impresora FDM ..................... 122 Tabla 2: Precio para cada modelo de impresora de resina .............. 124 Tabla 3: Especificaciones de los modelos de máquina de lavado y curado ............................................................................................. 124 Tabla 4: Comparativa de precio de venta para cada filamento ........ 127 Tabla 5: Comparativa de precio de venta para cada resina ............. 127 Tabla 6: Presupuesto para la opción de impresión por filamento ..... 128 Tabla 7: Presupuesto para la opción de impresión de resina ........... 128 Tabla 8: Desglose de tiempo, material y precio para cada grupo y total de impresión ................................................................................... 132 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 116 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 117 7. INTRODUCCIÓN En este anexo se recoge el estudio realizado para producir mediante impresión 3D el organizador para puntas de micropipeta diseñado durante el proyecto. Para ello, se expondrán primeramente las condiciones necesarias para fabricar este producto, teniendo en cuenta los dos factores clave que son el tipo de impresora y el material que se va a emplear. Posteriormente y una vez seleccionadas la o las posibles alternativas, se procederá a realizar un presupuesto desglosado de cada apartado a tener en cuenta, resumiéndolo finalmente en un presupuesto global para decidir la solución final. En el último apartado, se estudiará la fabricación del organizador con la impresora propuesta. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 118 Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 119 8. PLIEGO DE CONDICIONES Previamente a la realización de un presupuesto, se requiere analizar las posibles opciones que existen a la hora de implementar una impresora 3D en el laboratorio. Para ello, en los siguientes puntos se realizará un estudio de dichas opciones atendiendo a varios factores. 8.1. Impresoras 3D Existe una numerosa gama opciones a la hora de escoger una impresora 3D, por lo que nunca será una la solución final que resuelva los requisitos del cliente. En el documento Memoria, se expone la clasificación de las tecnologías de impresión tridimensional que se emplean actualmente, siendo las principales y más utilizadas las tres siguientes: - Modelado por deposición fundida (FDM) o fabricación por filamento fundido (FFF). - Estereolitografía (SLA). - Sinterizado selectivo por láser (SLS). En cuanto a la implementación de una impresora de sinterizado selectivo por láser, el primer obstáculo que se presenta es el de que esta tecnología es todavía notablemente más costosa en comparación a los otros dos métodos. Además, debido a sus dimensiones, requiere de un espacio considerable. No obstante, esta tecnología es la que mejores acabados ofrece. Por otro lado, la estereolitografía permite también buenos acabados, ideales para pequeñas piezas o formas muy complejas. En cuanto a precio y tamaño, estas impresoras resultan más asequibles. Sin embargo, requieren de una máquina adicional para el lavado y curado de las piezas. El modelado por deposición fundida es hoy en día la tecnología de impresión tridimensional más accesible y asequible en el mercado. A pesar Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 120 de que los acabados que proporciona no resultan tan buenos como las otras dos tecnologías, es óptima para piezas mecánicas y funcionales. Una vez barajadas las tres opciones, se descarta la sinterización selectiva por láser, de manera que para realizar posteriormente el presupuesto se tendrán en cuenta tanto FDM como SLA. 8.2. Materiales Al igual que con las tecnologías de impresión, la clasificación de materiales que se pueden emplear se encuentran también en la memoria del proyecto. En primer lugar, se analizará qué tipo de filamentos (para FDM) resultan aptos para su uso en este proyecto, así como en el desarrollo de otros materiales de apoyo y herramientas de laboratorio. Teniendo en cuenta que se requiere de un material fácilmente imprimible y con cierto nivel de resistencia mecánica para soportar su uso repetido en las diferentes tareas, las opciones más viables para emplear como filamentos son tanto el ABS (acronitrilo butadieno estireno) como el PLA (ácido poliláctico). No obstante, será preferible el uso de ABS ya que se trata de un material mecánicamente más resistente, a diferencia del PLA que es más rígido y quebradizo. Por otro lado, en cuanto al uso de polvos para la impresión mediante estereolitografía, el abanico de opciones se ve más reducido, debido a las características tan específicas que posee cada tipo de resina. Por tanto, la única opción viable es la de emplear una resina estándar. Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 121 9. PRESUPUESTO Una vez expuesto el pliego de condiciones necesarias para la implementación de una impresora 3D en el laboratorio para la fabricación de material de apoyo y herramientas, se procede a realizar un estudio de las distintas opciones que serían válidas para este proyecto, haciendo un desglose de especificaciones técnicas y costes. Cuando se hayan analizado tanto la impresora como el material, se procederá a elegir de entre las opciones propuestas la más viable de ellas. 9.1. Elección de impresora 3D En el pliego de condiciones se concluyó que las dos soluciones posibles para implementar en laboratorio eran la impresión por deposición fundida y la estereolitografía. Las marcas de impresoras 3D disponibles en el mercado son muy numerosas, y aunque muchas de ellas también cumplirían con los requisitos exigidos, la marca seleccionada para la realización de este presupuesto será Anycubic (www.anycubic.es). Esta elección se debe a que Anycubic ofrece dentro de su catálogo tanto impresoras FDM como SLA, así como los dispositivos auxiliares que se requieren, repuestos y materiales. Además, es compatible con el software de impresión CuraMaker, empleado para este proyecto. [1] En primer lugar, se analizarán las alternativas para FDM. Atendiendo a criterios como tamaño, peso, volumen de impresión y precio, en la página web disponen de tres impresoras que se adaptan a los requisitos para este proyecto. En la Figura 1, aparece una tabla comparativa de las especificaciones de las tres opciones mencionadas: Anycubic Kobra, Anycubic Kobra Max y Anycubic Viper. [2], [3] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 128 9.3. Comparativa de presupuestos Tras analizar las dos alternativas para implementar la impresión tridimensional en el laboratorio, se resumirán a continuación ambos presupuestos y se valorarán ventajas y desventajas de cada opción, de manera que se concluirá con una solución final que se considerará como la óptima para llevar a cabo. En cuanto a impresión por filamento, la siguiente tabla recoge el precio final de esta opción, teniendo en cuenta tanto la impresora como el material, siendo la escogida de las dos variantes la columna en verde: IMPRESORA Anycubic Vyper MATERIAL 5 kg ABS 5 kg PLA (Amazon) PRECIO TOTAL 442,95€ 439,45€ Tabla 18: Presupuesto para la opción de impresión por filamento. [Elaboración propia] Por otro lado, para la impresión de resina, los presupuestos teniendo en cuenta varios materiales se recogen de la misma manera en la tabla a continuación: IMPRESORA Anycubic Photon M3 Plus COMPLEMENTOS Wash & Cure Plus Machine Estuche de limpieza (28€) MATERIAL 3 kg Resina Estándar+ 3 kg Resina ABS Pro PRECIO TOTAL 746€ 808€ Tabla 19: Presupuesto para la opción de impresión de resina. [Elaboración propia] La primera ventaja de la impresión por filamento es su coste más económico. Además, los materiales (filamentos) que emplea, resultan muy diversos y fáciles de adquirir, y a un menor precio. La compra de repuestos, tanto universales como de la misma marca es más amplia y asequible. Este proceso de impresión es también mucho más rápido y potente que la Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 129 impresión de resina, y por supuesto menos dificultoso para usuarios principiantes o menos expertos. Como desventaja cabe mencionar que los acabados no resultan tan buenos, dado que las capas son visibles, por lo que en ocasiones requieren de un proceso posterior de mecanizado. La impresión por resina permite unos acabados con mucha más calidad que por FDM, además de una mayor resistencia en el producto final tras someterlo al proceso de curado. Como inconvenientes, el primero de ellos es su precio elevado, ya que requiere de elementos auxiliares como máquinas de lavado y curado, y utensilios para su limpieza y retirada de elementos de soporte; así como la adquisición de resinas, que es generalmente más costosa que los filamentos. Es un proceso más lento, que requiere de varias fases posteriores que suman un tiempo considerable a la producción. Además, se requiere cierta precaución en el manejo de estas impresoras dada la toxicidad de las resinas. También se debe tener en cuenta que para la fase de lavado se requiere del uso de alcohol, a excepción de las resinas lavables, que permiten emplear agua en su lugar. Por tanto, una vez analizadas y comparadas ambas opciones, la solución final escogida para implementar en el laboratorio será el modelado por deposición fundida (FDM). 9.4. Estudio de producción del organizador para puntas de micropipetas de precisión A continuación, tras haber seleccionado la impresión por filamento como opción para incorporar al laboratorio para la fabricación de material y útiles, se procederá a estudiar la producción del organizador para puntas de micropipetas de precisión diseñado en este proyecto. Para ello, se empleará el software de impresión 3D Ultimaker Cura, ya que es totalmente gratuito y fácil de usar, además de compatible con la impresora seleccionada. [14] En primer lugar, se necesita pasar los archivos de Catia de cada pieza a archivos STL. Una vez realizado ese paso, se carga en Ultimaker el modelo de impresora que se va a emplear y se selecciona el material, en Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 130 este caso personalizado para poder introducir sus especificaciones (peso, densidad, precio y diámetro de filamento). A continuación, se cargan la pieza o piezas en el software y se optimiza su posición en la base de la impresora, es decir, de forma que se requieran menos estructuras de soporte (para voladizos o perfiles estrechos), ya que suponen gasto innecesario de material y tiempo. El listado de componentes del organizador es el siguiente: - Caja - Módulo 1, 12 carriles - Módulo 1, 10 carriles - Módulo 2, 8 carriles - Módulo 2, 6 carriles - Compuerta - Eje La distribución de los elementos para realizar la impresión se realizará en tres grupos: - Grupo 1: caja + eje (2 unidades) + compuerta (2 unidades). De esta manera se tendrá una pareja de repuesto de los dos elementos más propensos a rotura. - Grupo 2: módulo 1 y 2 para rack de 96 puntas (12 y 8 carriles). - Grupo 3: módulo 1 y 2 para rack de 60 puntas (10 y 6 carriles). Figura 61: Distribución para la impresión del grupo 1. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 131 Estos dos últimos grupos, al ir separados, podrán imprimirse en filamento de diferentes colores, para facilitar su identificación y agrupación a la hora de emplearlos. La Figura 8 muestra la distribución del grupo 2, que es idéntica a la del grupo 3. Una vez se tienen las piezas distribuidas, se procede a realizar la segmentación, que consiste en la partición de cada modelo en capas de una altura predeterminada. Para este proyecto, los parámetros de impresión serán los siguientes: - Altura de capa: 0,15 mm (resolución normal). - Relleno: 20 % en rejilla. - Soporte y adherencia: activados. Al realizar la segmentación de cada uno de los tres grupos, el software mostrará una previsualización de las capas en las que se descompone cada modelo, el tiempo total de impresión junto con un desglose en porcentajes del tiempo empleado para cada parte, y el precio total de la impresión. La tabla a continuación recoge el tiempo, cantidad (en gramos y metros) de filamento empleado y precio para cada grupo de impresión: Figura 62: Distribución para la impresión del grupo 2. [Elaboración propia] Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 132 GRUPO TIEMPO TOTAL CANTIDAD DE MATERIAL PRECIO 1 14 h 30 min 143 g 54,05 m 3,26 € 2 14 h 2 min 133 g 50,19 m 3,03 € 3 11 h 36 min 114 g 42,94 m 2,59 € TOTAL 40 h 8 min 390 g 147,18 m 8,88 € Tabla 20: Desglose de tiempo, material y precio para cada grupo y total de impresión. [Elaboración propia] 10. BIBLIOGRAFÍA 1. Anycubic Tienda oficial | Impresora 3D | Resina | Filamento – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/ 2. Serie de Kobra – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/serie-de-kobra 3. Anycubic Vyper - Impresora 3D FDM | Nivelación automática | Impresión 3D Anycubic – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/products/vyper 4. Serie de Photon – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/photon-series 5. Serie de DLP – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/impresora-dlp 6. DLP vs LCD 3D Printer: The Main Differences | All3DP. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://all3dp.com/2/lcd-vs-dlp-3d- printing-technologies-compared/ 7. Wash & Cure Machine – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/wash-and-cure- station-1 8. Anycubic Photon M3 Plus - Impresora 3D Resina | Monocromática 6K | Relleno de resina inteligente | Velocidad Rápida de impresión | Impresión 3D Anycubic – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/products/photon-m3- plus?variant=41497563005104 9. Anycubic Wash & Cure PLus Machine - Adecuado para modelos de resina de impresión 3D LCD/DLP/SLA | Impresión 3D Anycubic – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 12, 2023, from https://www.anycubic.es/products/wash-cure-plus-machine Universidad de Sevilla Escuela Politécnica Superior 134 10. Filamentos – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 16, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/filaments 11. Amazon Basics - Filamento para impresora 3D, ácido poliláctico (PLA), 1.75 mm, cinta de 1 kg, amarillo: Amazon.es: Industria, empresas y ciencia. (n.d.). Retrieved January 16, 2023, from https://www.amazon.es/AmazonBasics-Filamento-impresora- polil%C3%A1ctico- amarillo/dp/B07RZTF5Q7/ref=sr_1_1_sspa?crid=36PK4HAJM2B1J &keywords=pla+1.75+1kg&qid=1673873084&s=industrial&sprefix= pla+%2Cindustrial%2C104&sr=1-1- spons&sp_csd=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&psc=1 12. Amazon Basics - Filamento para impresora 3D, plástico ABS, 1,75 mm, cinta de 1 kg, azul: Amazon.es: Industria, empresas y ciencia. (n.d.). Retrieved January 16, 2023, from https://www.amazon.es/dp/B07SZLYHTW/ref=twister_B07VC38BW X?_encoding=UTF8&th=1 13. Resina – ANYCUBIC. (n.d.). Retrieved January 16, 2023, from https://www.anycubic.es/collections/uv-resin 14. Ultimaker Cura: software de impresión 3D potente y fácil de usar | Ultimaker. (n.d.). Retrieved January 17, 2023, from https://ultimaker.com/es/software/ultimaker-cura