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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria enIngenierıa y Tecnologıas Avanzadas

Trabajo Terminal II

Sistema bidimensional para inyeccionde polımeros semiconductores en sustrato flexible

Que para obtener el tıtulo de

“Ingeniero en Mecatronica”

Presenta:

Burgoa Gonzalez Jose Miguel

Perez Resendiz Ana Paola

Rosas Vilchis Adonai Joshua

Asesores:

M. en C. Ramon Gomez Aguilar

D. en C. Adrian Antonio Castaneda Galvan

D. en C. Jose de Jesus Silva Lomelı

Mexico D. F., Junio de 2013

Agradecimientos

Jose Miguel Burgoa Gonzalez

Gracias a Dios por haberme brindado salud, sabidurıa, direccion y entendimiento para al-

canzar mis metas. Y porque cada paso es una invitacion a conocerle mas y seguir los anhelos de

mi corazon con valentıa.

A mis padres por su alentadora y siempre motivadora actitud, que me invita cada dıa a

esforzarme, prepararme y perseverar en todos los aspectos de mi vida con decision y honestidad.

A mis hermanos, tan geniales, sutiles, inspiradores y guerreros por naturaleza. Son mi espejo,

mi espada y mi escudo incondicional. Que con entusiasmo llenan mi vida.

Al par de locos amigos; Paola y Joshua, porque esto no habrıa sido posible de no haber

sacado los guantes cada vez que no estabamos de acuerdo. Y por todas aquellas locuras durante

la carrera.

A todos aquellos queridos amigos, que con su vida, ejemplo y companıa me han ensenado a

tener fe y a creer que todo es posible.

Gracias a mı querida escuela y sus profesores.

Que Dios los acompane y guie a cada uno por permitirme vivir un pedacito de vida a su lado.

Busca siempre mejorarte para servir mejor a tu proposito.

Pidan, y se les dara; busquen, y

encontraran; llamen, y se les abrira.

Porque todo el que pide, recibe; el que

busca, encuentra; y al que llama, se le abre.

Lc 11:9-13 (RVC).

Ana Paola Perez Resendiz

A ti mama, por madrugar y desvelarte junto a mi, por tu apoyo incondicional, porque sin

tus reganos y tus palabras de aliento no estarıa donde estoy ahora, por ser el pilar de mi vida

y por amarme tanto como nunca nadie lo hara. Gracias tambien para ti Karlita, por cada vez

que has secado mis lagrimas, por cada pelea, por cada abrazo, por cada mirada que solo tu y yo

sabemos comprender, porque eres mi companera de vida.

A la Rusa y al Moncho, que siempre confiaron en mı, para quienes siempre he sido su numero

uno, porque ellos tienen en sus manos mi infancia.

Miguel y Joshua, por cada momento de desesperacion, por cada discusion, por cada exito y

por cada alegrıa, sin ustedes esto no hubiera sido posible.

Al Instituto Politecnico Nacional, a la UPIITA, a mis asesores, por permitirme robar un

poco de su conocimiento, gracias. Le agradezco a Dios por haberme acompanado y guiado a lo

largo de mi carrera, por brindarme fe y esperanza.

Cada persona en su existencia,

puede tener dos actitudes: construir o plantar.

Los constructores un dıa terminan aquello que estaban haciendo

y entonces les invade el tedio.

Los que plantan, a veces sufren con las tempestades y las estaciones,

pero el jardın jamas para de crecer.

Paulo Coelho

Adonai Joshua Rosas Vilchis

El presente trabajo es dedicado a la persona que me enseno y motivo mi gusto por los robots,

computadoras y buscar siempre lo mejor de las cosas, a mi Padre.

El me enseno a ser perseverante y no rendirme, sus ensenanzas han sido reflejadas a traves

de mi carrera y especialmente en este punto de entregar el trabajo con el cual me titulo.

Gracias papa por todo.

Agradezco a mi familia por el apoyo que me ha dado desde el inicio de la licenciatura, a mi

mama Norma Vilchis Salcedo y a mi hermana Ada M. Rosas Vilchis, quienes me han dado todo

lo necesario para llegar a cumplir esta meta.

Gracias a mis companeros y amigos Ana Paola Perez Resendiz y Jose Miguel Burgoa

Gonzalez, que siempre han estado ahı para ayudarme a superarme y ser una mejor persona,

sin ellos este trabajo no se hubiera realizado.

Gracias a Dios por todos los retos y problemas que tuvimos para desarrollar el trabajo,

porque sin ellos no se habrıan logrado los aprendizajes necesarios para ser ingenieros.

Y todo lo que haceis, sea de palabra o de hecho,

hacedlo todo en nombre del Senor Jesus,

dando gracias a Dios Padre por medio de el.

Colosenses 3:17

Indice general

Resumen I

Abstract II

Justificacion III

Objetivos V

I Panorama general 1

1. Antecedentes 2

1.1. Introduccion al OLED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Metodos de deposito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1. Deposicion por centrifugado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.2. Deposicion por vaporizacion en vacıo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.3. Deposicion por bombardeo con partıculas atomicas (sputtering) . . . . . . 4

1.2.4. Tecnologıas basadas en impresion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Impresion por inyeccion de tinta (ink-jet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Estado del arte 6

2.1. Productos para impresion OLED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3. Planteamiento del problema 9

3.1. Especificaciones de diseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

II Desarrollo 12

4. Descripcion general 13

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN vii

Indice general

5. Diseno mecanico 15

5.1. Mecanismo de activacion del inyector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.1.1. Validacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.2. Mecanismo de movimiento longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.3. Mecanismo de movimiento transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6. Diseno electronico y de control 24

6.1. Unidad de control central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.2. Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.2.1. Motores de corriente directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.2.2. Servomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.3. Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.3.1. Seccion de impresion transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.3.2. Deteccion y posicion de sustrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.4. Etapa de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.4.1. Motores longitudinal y transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.4.2. Subsistema de fijacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.5. Control de posicion longitudinal por PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6.5.1. Sintonizacion del controlador PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.6. Posicionamiento transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6. Interfaz usuario-sistema 40

6.1. Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7. Resultados 43

8. Conclusiones 45

Anexo 46

A. Calculo de velocidades en el gatillo 47

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN viii

Indice general

B. Obtencion experimental de la funcion de transferencia de un motor de CD 49

C. Analisis de mecanica de fluidos en el inyector. 53

D. Pseudocodigo 60

D.1. Maestro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

D.1.1. Programa principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

D.1.2. Subrutina: HOME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

D.1.3. Subrutina: Recepcion de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

D.1.4. Subrutina: Paso de impresion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

D.1.5. Subrutina: Interrupciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

D.2. Esclavo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

D.2.1. Programa principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

D.2.2. Subutina: Interrupciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

E. Propiedades fısicas y quımicas de los materiales 65

F. Cotizacion del sistema 67

G. Diagramas mecanicos 68

H. Diagramas electricos 87

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN ix

Indice de figuras

1.1. Estructura multicapa de un dispositivo OLED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Deposicion por centrifugado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3. Deposicion por vaporizacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4. Deposicion por sputtering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5. Deposicion por inyeccion de tinta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1. Cabezal KM128SNG-MB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2. Dimatix DMP-3000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.3. IJDAS-300. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.1. Diagrama de bloques del mecanismo para inyeccion de polımeros. . . . . . . . . . 10

4.1. Epson Stylus T22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.2. Representacion general del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.3. Despiece del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.1. Pulverizador K9400-TR2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.2. Mecanismo para activacion del inyector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3. Medicion de fuerza requerida para activar el gatillo. . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.4. Tension de von Mises del mecanismo biela-manivela . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.5. Deformacion unitaria el mecanismo biela-manivela . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.6. Descomposicion de fuerzas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.7. Diagrama de distribucion de engranes Epson Stylus T22. . . . . . . . . . . . . . . 20

6.1. Monitoreo y control del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.2. Unidad de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.3. Respuesta al escalon del motor de CD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN x

Indice de figuras

6.4. Grafica de ln(z(t)) para el calculo del polo 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.5. Respuesta al escalon del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.6. Polos en lazo cerrado de motor de CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.7. PWM para control de posicion de servo motor. a) Senal teorica b) Senal practica. 30

6.8. Conexion de SSM-3142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.9. Conexion de fotointerruptor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.10. Etapa de potencia para motores de CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6.11. Diagrama de conexiones puente H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.12. Diagrama de conexiones puente H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6.13. Control PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

6.14. a) Funcion de transferencia. b) Control PID. c) Integracion motor-PID . . . . . . 37

6.15. Respuesta al escalon unitario del motor de CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

6.1. Interfaz usuario-sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

6.2. Conexion del Sistema-Interfaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7.1. Impresion con PEDOT:PSS, velocidades: a) baja; b) media; c) alta. . . . . . . . 43

7.2. Impresion con PEDOT:PSS, velocidades: a) baja; b) media; c) alta. . . . . . . . 44

A.1. Mecanismo biela-manivela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

B.1. Descomposicion de la respuesta al escalon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

B.2. Grafica z(t) vs t. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

C.1. Consideraciones geometricas del inyector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

C.2. Relacion de areas en la salida del inyector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

C.3. Relacion de alturas en el inyector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN xi

Resumen

Sistema bidimensional para inyeccion de polımeros semiconductores en

sustrato flexible

Palabras clave: Polımero semiconductor, deposicion, impresora ink-jet, Mecatronica

En este proyecto se implementa el mecanismo de transmision de movimiento longitudinal y

transversal de una impresora Epson Stylus T22 para la inyeccion de polımeros semiconductores

sobre un sustrato flexible de manera continua y uniforme. Para lograr el objetivo se emplearon

dos motores de corriente directa a los cuales se les implemento un control PID y un control por

conteo de pulsos respectivamente ademas de un servomotor que permite variar la apertura del

inyector de un aerografo para el deposito de las soluciones sobre el sustrato.

El movimiento bidimensional del mecanismo cuenta con precisiones milimetricas de ±2mm ,

la interfaz permite realizar lıneas con longitudes y velocidades determinadas por el usuario. En

una etapa posterior el sustrato se somete a radiacion UV para lograr la fijacion del polımero.

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN I

Abstract

Sistema bidimensional para inyeccion de polımeros semiconductores en

sustrato flexible

This project implements the longitudinal and transverse movement mechanism of an Epson

Stylus T22 for the ink-jet printing of semiconducting polymers over a flexible substrate in a con-

tinuous and uniform way. To achieve this objective we used two direct current motors to which

were implemented a PID control and a pulse count control respectively, a servomotor allows

varying the opening of an airbrush injector in order to make de deposition of the solutions in

the substrate.

The two-dimensional motion of the mechanism has millimeter precision of ±2mm and the

interface allow the creation of lines with user-determined speed and length. At a lager stage the

substrate is subjected to UV radiation to achieve the fixation of the polymer.

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN II

Justificacion

Hoy en dıa la mayorıa de los dispositivos electronicos comerciales se fabrican utilizando se-

miconductores inorganicos como el silicio, obteniendose prestaciones electronicas excelentes. No

obstante, en los ultimos anos ha habido un gran interes en la obtencion de dispositivos utilizan-

do semiconductores organicos para su aplicacion en sistemas electronicos que requieren grandes

areas y prestaciones electronicas no muy exigentes. Actualmente es posible fabricar dispositivos

tan diversos como celulas solares, transistores de capa delgada o diodos emisores de luz utili-

zando semiconductores organicos. El uso de la electronica organica es una ventaja, debido a que

el costo de produccion se reduce en comparacion con los caros y especializados procedimientos

actuales utilizados en la fabricacion de componentes electronicos a base de silicio, que requieren

espacios ambientales limpios, altas temperaturas y procesos fotolitograficos complejos.

Dada la importancia de esta naciente area de la electronica es necesario comenzar a generar

tecnologıa para su desarrollo. En la actualidad la mayorıa de los centros de investigacion y uni-

versidades, sobre todo en Estados Unidos, Corea, Inglaterra, Japon y Alemania estan apostando

por la tecnologıa de impresion de ultima generacion para la fabricacion de estos dispositivos[1],

mediante el diseno de cabezales de impresion de alta precision para la deposicion de los polmeros,

abriendo un nuevo mercado de tecnologıas alternativas a las actuales aplicaciones inorganicas o

de silicio.

Se propone un sistema de inyeccion, porque las propiedades de los compuestos polimericos

usados nos permiten emplear de manera adecuada esta tecnica. Un punto clave en la imple-

mentacion de este trabajo radica en el uso correcto del polımero por medio de una dosificacion

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN III

. Justificacion

controlada, que a su vez es un factor indispensable para lograr los espesores que se necesitan.

Las principales mejoras de la impresion como metodo de deposicion incluyen la alta velocidad

de fabricacion, regulacion en el desperdicio de material, tecnicas establecidas de deposicion, la

posibilidad de modelar directamente las pelıculas impresas y las temperaturas de procesamiento

que permiten la rapida adhesion con el uso de sustratos flexibles.

Es con la finalidad de reducir costos y tiempos en la elaboracion de estos dispositivos, que se

pretende automatizar los sistemas de deposito y distribucion de los polımeros en capas finas con

la modalidad de una impresora de inyeccion, ya que, al igual que las impresoras convencionales

facilitara la produccion a gran escala gracias a sus altas velocidades.

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN IV

Objetivos

Objetivo general

Implementar y automatizar un sistema bidimensional de inyeccion para el deposito de soluciones

de polımeros semiconductores (pelıculas delgadas) en solventes aromaticos tales como clorofor-

mo, clorobenceno y tetrahidrofurano.

Objetivos especıficos

Implementar un sistema bidimensional procurando precisiones milimetricas.

Seleccion e implementacion del sistema de inyeccion.

Implementar el sistema de fijacion para las pelıculas de los polımeros.

Desarrollo del software para el manejo de los parametros de deposicion.

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN V

Parte I

Panorama general

Ing. Mecatronica UPIITA-IPN 1

CAPITULO 1

Antecedentes

1.1. Introduccion al OLED

Un diodo organico emisor de luz, tambien conocido como OLED (Organic Light Emitting

Diode), consiste en una serie de pelıculas organicas, situadas entre dos electrodos, que reaccionan

a una determinada estimualcion electrica emitiendo luz [2], a este fenomeno se le conoce como

electroluminiscencia. El electrodo negativo, catodo, esta constituido por un metal o aleacion de

metales, mientras que el anodo o electrodo positivo es un conductor opticamente transparente,

de forma que la luz generada por el dispositivo pueda percibirse a traves de su superficie.

Figura 1.1: Estructura multicapa de un dispositivo OLED.

1.2. Metodos de deposito

El metodo para aplicar un recubrimiento organico a una superficie depende de varios factores

como la composicion de la solucion para el recubrimiento, el espesor requerido, la velocidad de


Capıtulo 1. Antecedentes

produccion y consideraciones de costo, tamano de partes y requerimientos ambientales. Para

cualquiera de los metodos de aplicacion es de vital importancia que la superficie se prepare de

forma conveniente; en algunos casos se aplican varios recubrimientos sucesivos a la superficie

del sustrato para obtener el resultado deseado. De manera particular, para la fabricacion de

dispositivos emisores de luz organicos existen los siguientes metodos de deposito.

1.2.1. Deposicion por centrifugado

Figura 1.2: Deposicion por centrifugado.

Un proceso tıpico de deposicion por centrifugado

(spin coating) consiste en depositar una pequena gota

de la solucion con el material organico, mediante una

jeringa, sobre el centro de un sustrato que posterior-

mente se somete a rotacion, las fuerzas centrıpetas

distribuyen el lıquido en la superfice, dando como re-

sultado una pelıcula; el espesor y otras propiedades

estan determinadas por la viscosidad de la solucion,

la velocidad y duracion del centrifugado (spin).

1.2.2. Deposicion por vaporizacion en vacıo

Figura 1.3: Deposicion por vaporizacion.

Este es un proceso para la deposicion de pelıculas

delgadas sobre una superficie, la tecnica consiste en

disminuir la presion dentro de una camara de vacıo y

calentar el material que se desea evaporar para pro-

ducir un flujo de vapor que se deposite en el sustra-

to a tratar. En las tecnicas de evaporacion termica,

el calentamiento del material puede llevarse a cabo

por dos metodos: calentamiento mediante resistencia

o calentamiento mediante haz de electrones.



1.2.3. Deposicion por bombardeo con partıculas atomicas (sputtering)

Figura 1.4: Deposicion por sputtering.

Si la superficie de un solido se bombardea me-

diante partıculas atomicas de energıa suficientemente

alta, los atomos individuales de la superficie pueden

adquirir suficiente energıa debido al choque, de modo

que se proyecten de la superficie mediante la trans-

ferencia de momento. Este es el proceso conocido co-

mo sputtering [3]. El sustrato debe colocarse cerca del

catodo y, por lo general, se calienta para mejorar la

union de los atomos del recubrimiento.

1.2.4. Tecnologıas basadas en impresion

Ofrecen una productividad sustancialmente mayor que las tecnicas basadas en deposicion

por vapor ya que permiten velocidades mayores y generalmente requieren inversiones en mano

de obra mucho menos especializadas. La contrapartida es una menor resolucion y pureza del

material. Algunos de estos metodos son: impresion por inyeccion de tinta (ink-jet), serigrafiado,

impresion offset, flexografıa y litografıa.

La impresion por inyeccion de tinta y el serigrafiado utilizan superficies con permeabilidad

selectiva, donde la tinta de impresion o, en nuestro caso, la solucion de polımero a depositar,

pasa a traves de aperturas en una superficie, un cabezal de impresion o una pantalla. En la

siguiente seccion se profundiza sobre la impresion por inyeccion de tinta,debido a que es la base

de estudio del presente trabajo.

1.3. Impresion por inyeccion de tinta (ink-jet)

Se basa en la impresion de los materiales organicos como si fuesen puntos de tinta en un

papel, es decir, se depositan pequenas gotas de lıquido en posiciones definidas. Se trata de una



tecnologıa que puede ser utilizada en condiciones atmosfericas diversas, por lo que es de bajo

costo y aporta facilidad de fabricacion. Para lograr la alta precision requerida se han desarro-

llado procesos que determinan las cantidades de polımero lıquido que debe liberar la impresora

en cada posicion, ademas de garantizar la correcta impresion independientemente del grosor del

sustrato y el tipo de polımero empleado.

Figura 1.5: Deposicion por inyeccion de tinta.

Este sistema de impresion ofrece diversas ven-

tajas pues es significativamente mas facil de apli-

car, por lo que es mayormente utilizado por al-

gunas de las companıas mas importantes, como

Seiko, Epson, Philips, DuPont, Mitsubishi, Uni-

versal Display y Toshiba [1]. En el esquema mos-

trado a la derecha se ejemplifica un sistema de

impresion por chorro de tinta.


CAPITULO 2

Estado del arte

Hoy en dıa existen varios dispositivos comerciales (cuyo uso no solo se limita a los materiales

organicos) con los cuales se pueden realizar depositos con caracterısticas similares a las del siste-

ma propuesto, algunas de las empresas que desarrollan tecnologıa orientada a estas aplicaciones

son: FUJIFILM, Konica-Minolta y Kunshan Hisense Electronics.

2.1. Productos para impresion OLED

A continuacion se muestran algunos de los dispositivos que es posible encontrar actualmente

en el mercado.

Cabezal de impresion KM128SNG-MB

Figura 2.1: Cabezal KM128SNG-MB.

Gracias al uso de sistemas microelectromecanicos

(MEMS), la empresa Konica Minolta diseno un cabezal

para impresion por inyeccion de tinta de alta precision

capaz de descargar gotas de tamanos micrometricos, el

cabezal de impresion es resistente a varios tipos de tin-

tas que son requeridas en aplicaciones industriales y que

cuentan con valores de viscosidad bajos. Algunas de las

aplicaciones especıficas de este sistema incluyen la im-

presion de OLEDs para iluminacion y para pantallas de

alto valor anadido en telefonos inteligentes [4].


Capıtulo 2. Estado del arte

Las principales caracterısticas del KM128SNG-MB son:

I Operacion estable, de alta precision.

I 128 boquillas de impresion colocadas en una fila.

I 300 um de distancia entre boquillas.

I Soporta a fluidos de baja viscocidad.

I Frecuencia maxima de trabajo de 15kHz.

Dimatix Material Printer-3000

La empresa FUJIFILM Dimatix ha aprovechado su tecnologıa de inyeccion de tinta por piezo

electrico para producir la DMP-3000, un sistema para la deposicion de fluidos que, gracias a sus

cartuchos intercambiables, soporta una gran cantidad de soluciones.

Esta impresora funciona tanto en papel como en pelıculas flexibles, ceramicos y sustra-

tos textiles, aplicando tintas con propiedades conductoras o polımeros organicos para producir

circuitos electronicos, estructuras fotovoltaicas, RFIDs, etiquetas inteligentes, secuencias de ma-

terial genetico o sensores quımicos y biologicos entre otras muchas aplicaciones. Sus principales

caracterısticas son [5]:

Figura 2.2: Dimatix DMP-3000.

I Area de impresion de 300x300 mm.

I Sustratos con espesores de hasta 30 mm.

I Temperatura ajustable.

I Sistema de cartuchos intercambiables.

I Impresion por piezoelectrico.

I Sistema de generacion de vacıo incluido.

I Interfaz grafica de usuario.


Capıtulo 2. Estado del arte

Kunshan Hisense Electronics IJDAS-300

Kunshan Hisense Electronics, empresa dedicada a la produccion tanto de tintas conducto-

ras como de sistemas industriales de impresion por inyeccion, desarrollo la IJDAS-300 cuyas

caracterısticas se listan a continuacion [6]:

Figura 2.3: IJDAS-300.

I Area de impresion de 210x300 mm.

I Sustratos con espesores de hasta 30 mm.

I Temperatura ajustable.

I Sistema de cartuchos intercambiables.

I Sistema de generacion de vacıo incluido.

I Sistema de previsualizacion de gota incluido.

I Ajuste de presion para inyeccion.


CAPITULO 3

Planteamiento del problema

El objetivo principal del sistema es lograr la deposicion de polımeros semiconductores en

superficies grandes debido a que gran parte de los procedimientos actuales de recubrimiento no

contemplan areas de tamano suficiente para realizar aplicaciones industriales.

El diseno contara con un mecanismo de posicionamiento en el plano ’xy’, que permita el

desplazamiento de un dispositivo de inyeccion dentro de un area de trabajo previamente definida,

este dispositivo sera el encargado de realizar la deposicion del polımero semicoductor y debera,

en conjunto con el mecanismo de posicionamiento, asegurar una pelıcula uniforme. A la salida

de la impresion es necesario contemplar un subsistema de fijacion para lograr la adhesion del

polımero sobre el substrato. El sistema tendra una interfaz usuario-computadora que permita

especificar algunas caracterısticas de impresion, como tamano, posicion y velocidad de impresion.

3.1. Especificaciones de diseno

Una vez que se ha planteado el problema y han sido identificados los objetivos es necesario

determinar las caracterısticas primarias y secundarias del proyecto que incluyen una descripcion

detallada de las especificaciones: dimensiones, temperatura de operacion y funcionalidad; las

cuales se pueden observar en el Cuadro 3.1 y fueron realizadas mediante el metodo de especifi-

cacion de rendimiento desarrollado por Nigel Cross [7].


Capıtulo 3. Planteamiento del problema

Especificaciones de diseno- Area de trabajo maxima de 2000cm2

- Peso maximo del sistema 10kg- Presion de trabajo mınima 5psi- Espesor de sustratos maximo de 1,5mm- Desviacion en posicionamiento de eje de impresion de ±2mm- Capacidad mınima del deposito de inyeccion de 1,5ml- Temperatura de operacion de 15- 50- Alimentacion 100-120 VAC 50/60 Hz- Sistema de inyeccion resistente a solventes aromaticos (clorobenceno y tetrahidrofurano).

Cuadro 3.1: Especificaciones de rendimiento del sistema.

De manera general el mecanismo debe contar con los bloques mostrados en el siguiente

esquema.

Figura 3.1: Diagrama de bloques del mecanismo para inyeccion de polımeros.


Capıtulo 3. Planteamiento del problema

Para llevar a cabo el diseno propuesto se emplearan los siguientes componentes:

I Sistema de inyeccion: Pulverizador.

I Mecanismo de posicionamiento: Sistema posicionador por ejes y riel.

I Sistema de fijacion: Lampara UV.


Parte II

Desarrollo


CAPITULO 4

Descripcion general

Figura 4.1: Epson Stylus T22.

Debido a que es una implementacion, se ha resuel-

to usar recursos disponibles en el mercado, lo que nos

ayudara a reducir costos de maquinado y produccion

de algunos mecanismos. Es de esta manera que se em-

plearan algunos componentes mecanicos de una impre-

sora Epson Stylus T22 por ser un modelo compacto y

adecuado. Asimismo, cumple con algunas de las carac-

terısticas del sistema propuesto, como lo son los rieles,

guıas y el carro del mecanismo de inyeccion, ası como el modulo de ejes, engranes y goma para

el transporte y adquisicion del sustrato.

Los dispositivos concernientes al mecanismo de posicionamiento se adaptaran a una base que

llevara las operaciones de maquinado necesarias para dar el soporte y la adecuada disposicion de

cada uno de los modulos de la impresora, los circuitos de control y comunicacion, el sistema para

la fijacion y la cubierta, los actuadores previamente acoplados al sistema de riel y rodillos. Los

ejes se colocaran debajo del sustrato para su desplazamiento longitudinal, los rodillos de goma

ejerceran presion entre la base y el sustrato desde la parte superior y los inyectores viajaran

dentro del carro a lo largo del eje.

En cuanto al mecanismo de inyeccion, se emplearan pulverizadores comerciales, previamen-

te calibrados y adaptados al sistema por medio de la automatizacion, debido a que se trata

de aerografos de uso manual. Se realizara una construccion del mecanismo de arranque y paro


Capıtulo 4. Descripcion general

de inyeccion. El mecanismo de inyeccion en conjunto con el riel se dispondra transversalmente

respecto al area de impresion cuyo formato es del de una hoja tamano carta convencional. Final-

mente la lampara UV sera colocada despues del mecanismo de inyeccion, previo a la salida del

sustrato. La cubierta debe tener un sensor de estado que permita saber si esta en su posicion, ya

que la luz UV es perjudicial a la vista. A continuacion se muestra un modelo general del sistema:

Figura 4.2: Representacion general del sistema.

Figura 4.3: Despiece del sistema


CAPITULO 5

Diseno mecanico

El diseno mecanico consiste en la seleccion y definicion de las piezas, estructuras, mecanismos,

maquinas y dispositivos que se emplearan para proveer soporte o transmitir movimiento al

sistema. En las secciones siguientes se analizaran y describiran cada uno de estos elementos.

5.1. Mecanismo de activacion del inyector

Figura 5.1: Pulverizador K9400-TR2.

Para llevar a cabo la tarea de inyeccion del polıme-

ro se emplea un pulverizador modelo K9400-TR2

de Iwata Kustom Revolutions, que es un sistema

manual con copa lateral y gatillo para su activa-

cion.

Para su automatizacion y adaptacion se requiere

de un actuador capaz de vencer la fuerza en el gatillo;

la funcion de este dispositivo es generar el movimien-

to para que el mecanismo de activacion del inyector

permita la salida del polımero, mediante el control de la posicion en el eje de salida con un par

y velocidad especıficos. Para lograr estos movimientos se utiliza un servo Hitec HS-311 con las

siguientes caracterısticas:

I Voltaje de operacion: 4.8-6.0 V.

I Velocidad de operacion: (4.8-6.0 V): [0.19sec/60]-[0.15sec/60], sin carga.

I Torque (4.8-6.0 V): [3 kg/cm]-[3.7 kg/cm], sin carga.


Capıtulo 5. Diseno mecanico

I Corriente de operacion (4.8-6.0 V): [7.4mA/idle, 160mA]-[7.7mA/idle, 180mA].

I Temperatura de operacion: -20 a 60 C.

La transmision de la fuerza del servomotor al gatillo, se lleva a cabo mediante un mecanismo

biela-manivela con la siguiente configuracion:

Figura 5.2: Mecanismo para activacion del inyector.

Figura 5.3: Medicion de fuerza requerida para

activar el gatillo.

A partir de un ensayo practico con un dinamome-

tro se concluye que la fuerza mınima requerida pa-

ra accionar el gatillo es de 1.5 kg, por lo que para

cumplir con los requisitos de activacion el meca-

nismo biela-manivela debe proporcionar un valor

igual o superior a este.

La fuerza resultante final de los eslabones del mecanismo esta dada por la relacion entre el

par maximo del servomotor a 4.8 V (voltaje de alimentacion) sobre la distancia de la manivela,

y se obtiene de la siguiente manera:

τ = Fd (5.1)



por lo tanto:

F =τ

d=

3 [kg/cm]

1,7 [cm]= 1,7647 kg

De este ultimo resultado se observa que la fuerza ejercida al final de la manivela cumple con

los requisitos de activacion.

Para conocer los tiempos en que el gatillo debe accionarse o desactivarse es necesario calcular

la velocidad lineal del mismo, realizando un analisis (vease anexo A) se concluye que la velocidad

de este es: Vgatillo = 87,7 [mm/s]

El mecanismo biela-manivela utilizado para la activacion tiene las siguientes caracterısticas:

5.1.1. Validacion

El siguiente analisis (realizado en el paquete de simulacion de Solid Works) nos muestra los

esfuerzos y deformaciones maximas que sufrira el mecanismo biela-manivela en funcion de las

cargas maximas a las que estara sometido.



Figura 5.4: Tension de von Mises del mecanismo biela-manivela

Figura 5.5: Deformacion unitaria el mecanismo biela-manivela

Comparando los valores obtenidos en la simulacion contra las propiedades del material puede

concluirse que no existen deformaciones ni esfuerzos crıticos que puedan afectar el funcionamien-

to del sistema de impresion



5.2. Mecanismo de movimiento longitudinal

El mecanismo de posicionamiento longitudinal requiere de rodillos que, por presion, permitan

el desplazamiento del sustrato. Para estudiar este mecanismo se sabe que, durante el movimiento

de un objeto respecto a la superficie en la que se encuentra, interactua una fuerza aplicada, que

a la vez tiene una fuerza de oposicion (3a ley de Newton), que se conoce con el nombre de fuerza

de friccion. Para definir el par del motor a utilizar es necesario realizar un analisis de esta fuerza.

Figura 5.6: Descomposicion de fuerzas.

Como se puede observar en la figura, y como

se describio anteriormente, la fuerza de friccion

esta en sentido contrario a la fuerza aplicada y

no depende del tamano de la superficie de con-

tacto entre los dos cuerpos sino de la naturaleza

de la misma, conocida como rugosidad, y se debe

a los materiales con que esta formado cada ob-

jeto. La magnitud de la fuerza de friccion entre

dos cuerpos en contacto es proporcional a la componente perpendicular de la fuerza de contacto

(normal) entre ellos:

Fr = µN (5.2)

donde:

Fr = Fuerza de friccion.

µ = Coeficiente de friccion.

N = Normal entre dos cuerpos.

El coeficiente de rozamiento entre el sustrato y el riel es de 0.88 por lo que la fuerza necesaria

para mover el sustrato esta dada por:

F = (0,88)(9,2x10−3) = 8,096x10−3kg (5.3)



Recordemos que la disposicion de los rodillos en un sistema de posicionamiento de este tipo,

depende de las aplicaciones y el material que se transportara a traves de ellos. Nuestra aplicacion

requiere que el sustrato no se desplace demasiado y este constantemente tenso, por lo que se

agregan juegos de rodillos y guıas, para la adquisicion, transporte y salida del material. Dado

que algunos de los compuestos son corrosivos y el uso de rodillos plasticos o de goma bajo los

inyectores no es posible, es necesario un juego de rodillos provisto por un eje metalico resistente

a la corrosion bajo los inyectores. La impresora Epson Stylus T22 cuenta con una configuracion

de rodillos con un eje central metalico y uno plastico en la bandeja de salida.

Se realizo un estudio del sistema de transmision de esta impresora en el que se contaron los

dientes y se midieron los diametros de los engranes a fin de obtener las relaciones de velocidad

y fuerza en cada eje, a continuacion se presentan los resultados:

Figura 5.7: Diagrama de distribucion de engranes Epson Stylus T22.

Engrane Diametro exterior Diametro a la base del diente Numero de dientes Angulo Alpha

1 46.3 mm 44.3 mm 85 26.572 10 mm 8 mm 17 26.573 19 mm 17 mm 34 26.574 50.5 mm 48.5 mm 93 26.57

Cuadro 5.1: Tren de engranes helicoidales.



Para calcular el par que debe suministrar el motor es necesario determinar primero el par

mınimo requerido en el eje metalico para desplazar al sustrato, el cual queda expresado como:

Mteje = Ftr = (8,96x10−3)(0,5) = 0,0448 [kg − cm] (5.4)

donde:

Ft = es la fuerza mınima para mover al sustrato.

r = es el radio del eje metalico.

Posteriormente se calcula la relacion de velocidades del sistema de engranes, para la primer

pareja (1-2):

ρ1 =n2

n1=

85

17= 5 (5.5)

Conociendo esta relacion es posible calcular el par mınimo del motor:

Mtmotor =Mtejeρ1

=0,0448

5= 8,96 [gr − cm] (5.6)

Para reducir los costos del proyecto se utilizara un motoreductor 29:1 de la companıa Pololu

Robotics and Electronics que fue adquirido previamente; con las siguientes caracterısticas:

I Velocidad en vacıo: 256rpm a 6V.

I Corriente sin carga: 250mA a 6V.

I Corriente con rotor parado: 2500 mA a 6V.

I Par especıfico: 16 gr-cm a 12V.

Como se observa, el motor cuenta con un par de 8 kg-cm a la salida de la caja reductora,

debido a que esta caja se retira del sistema, se requiere conocer el par del motor sin ella, para

lo cual es necesario calcular la relacion de velocidades:

ρ =n1n2

=MT2

MT1=D2

D1(5.7)



Donde:

n1 : Es la velocidad de entrada.

n2 : Es la velocidad de salida.

MT2 : Es el par torsor al final de la caja reductora.

MT1 : Es el par torsor al inicio de la caja reductora.

D2 : Es el diametro del segundo engrane.

D1 : Es el diametro del primer engrane.

Con los datos anteriores se puede determinar el par del motor sin reduccion. Dado que

tenemos una relacion de 100:1 y un par al final de la caja de 16 Kg-cm, se tiene que:

MT1 =MT2

ρ=

16 [Kg − cm]

100= 0,160[Kg − cm] = 160[gr − cm] (5.8)

Al comparar el par suministrado por el motor con el par mınimo necesario para mover el sustrato

es posible asegurar que el motor elegido cumple con los requisitos de diseno para el movimiento

longitudinal.

5.3. Mecanismo de movimiento transversal

Para el movimiento del sistema de inyeccion sobre el riel se empleara un motor de la misma

marca pero que cuenta con una reduccion 29:1 y un par de 8 kg-cm (el actuador se habıa ad-

quirido previamente).

La implementacion del motor en el sistema mecanico se lleva a cabo mediante una banda que

genera el movimiento transversal, la rueda dentada que transporta esta banda tiene un diametro

de 7mm y el sistema de inyeccion completo pesa 800 gr. Teniendo estos datos es posible calcular

la fuerza que el motor ejerce para mover el contenedor como se muestra a continuacion:

F =8[kg − cm]

0,35[cm]= 22,85Kg (5.9)



Al comparar el peso del sistema de inyeccion y la fuerza calculada, se concluye que el motor

cumple con los requerimientos de diseno para este movimiento.


CAPITULO 6

Diseno electronico y de control

Una vez que se cuenta con el diseno mecanico y se han comprobado su resistencia y movilidad,

es necesario plantear una etapa que permita comunicar a los actuadores con una unidad de

control, y otra que brinde la potencia necesaria para dar movimiento al sistema. Ambas deben

trabajar en coordinacion para posicionar correctamente el cabezal de impresion, la figura 6.1

muestra las etapas para monitoreo y control del sistema.

Figura 6.1: Monitoreo y control del sistema.

6.1. Unidad de control central

Esta unidad se encarga de coordinar a todos los dispositivos de forma centralizada y realizar

el control sobre los actuadores, de manera tal que el proceso de impresion pueda ser llevado

a cabo; como se puede observar en la figura 6.2 todos los dispositivos se comunican con esta

unidad, ya sea unidireccional o bidireccionalmente.


Capıtulo 6. Diseno electronico y de control

Figura 6.2: Unidad de control

Como unidad de control central se utilizaran dos microcontroladores PIC18F4520 en confi-

guracion maestro-esclavo, algunas de las caracterısticas de estos dispositivos son las siguientes:

I 10 millones de instrucciones por segundo.

I Arquitectura RISC.

I 2 salidas de PWM.

I Memoria de programacion de 32 KB.

I 1536 bytes de memoria RAM.

I 256 bytes en EEPROM.

I ADC de 10 bits.

I Temperatura de operacion de -40 a 125 C.

I Voltaje de operacion de 2 a 5.5 V.

6.2. Actuadores

Son elementos mecanicos cuya funcion es proporcionar fuerza para realizar una accion o

modificar el estado de un dispositivo. A continuacion se mencionan los actuadores utilizados

para llevar a cabo el presente proyecto.



6.2.1. Motores de corriente directa

Parte fundamental del sistema son los motores de corriente directa (CD) encargados de los

movimientos transversales y longitudinales para la impresion por lo que, en la siguiente seccion

se procede a realizar un analisis para su control.

Funcion de transferencia

Para aplicar el control de posicion sobre los motores es necesario conocer su funcion de

transferencia, esta tarea se empleo siguiendo el metodo propuesto por John Dorsey en su libro

“Continuos and discrete control system: modelling and identification, design and implementa-

tion” [8], que puede ser consultado en el anexo B.

Procedimiento experimental

1. Obtener la grafica de la respuesta al escalon del motor de corriente directa, a

la que llamaremos y(t):

Es posible hallar la respuesta al escalon por medio de la curva de arranque del motor, la

cual se puede obtener utilizando el encoder incremental acoplado a su eje (un enconder

incremental transforma el movimiento angular del eje en una serie de impulsos digitales

que pueden ser cuantificados y procesados), al conocer la cantidad de impulsos en deter-

minado tiempo es posible conocer la velocidad del motor.

Para obtener el conteo de impulsos se implemento un contador de flancos de subida en un

microcontrolador PIC18F4550, un canal del encoder fue conectado a la terminal TOCK1

del microcontrolador (por ser la mas rapida) y posteriormente realizo el conteo cada 0.01

segundos obteniendose un total de 500 mediciones que fueron enviadas a la PC por medio

de una comunicacion USART serial.

Una vez que los datos fueron recibidos en la PC se procesaron utilizando el programa

MATLAB, con el que se obtuvo la siguiente grafica:



Figura 6.3: Respuesta al escalon del motor de CD.

2. Obtener el valor maximo de la grafica anterior, al cual denominaremos A:

Tras obtener la grafica de la respuesta al escalon, se debe encontrar su amplitud maxima,

para lo que, dentro del procesamiento de datos en MATLAB se aplico el comando ’max’

(que entrega el valor mas grande de un arreglo) al vector de velocidades del motor, el

resultado encontrado es: A= 4243

3. Graficar la funcion ln(z(t))) y obtener su pendiente para tiempos grandes, el

resultado de esa pendiente sera el valor de −p1:

La funcion z(t) esta definida dentro de la metodologıa como la resta de la amplitud maxima

A a la grafica de la respuesta al escalon, a este nuevo vector de datos, se le aplica la funcion

matematica logaritmo natural, este proceso entrego la siguiente grafica:

Figura 6.4: Grafica de ln(z(t)) para el calculo del polo 1.



Para obtener la pendiente de la grafica anterior, se tomo el cociente del diferencial (evaluado

de 0.35 a 0.3 segundos) de ’y’ entre el diferencial (evaluado de 0.35 a 0.3 segundos) de ’x’,

entonces: p1 = 18.

4. Haciendo uso de las relaciones C.10 a C.13 calcular los valores de las constantes:

B, C y k, ası como de p2.

a) B = −4556

b) C = 313

c) p2 = 261,7125

d) k = 1,99x107

5. Finalmente sustituir los valores en la relacion C.14 para obtener la funcion de

transferencia.

G(s) =1,99x107

(s+ 18)(s+ 271,7125)(6.1)

Para comprobar que la funcion de transferencia obtenida es correcta, se grafico la respuesta

al escalon de la misma, contra la funcion de arranque del motor, obteniendose los siguientes

resultados:

Figura 6.5: Respuesta al escalon del motor



Analisis de estabilidad

La estabilidad es la especificacion mas importante de un sistema ya que, si este es inestable

la salida aumenta con el tiempo, lo que puede generar una saturacion debido a que la respuesta

de un sistema fısico real no puede aumentar indefinidamente. Un sistema sera estable si toda

entrada acotada produce una salida acotada; es posible determinar la estabilidad a partir de

la ubicacion de los polos de la funcion de transferencia en el plano s, teniendo en cuenta lo

siguiente:

1. Los sistemas estables tienen funciones de transferencia en lazo cerrado con polos solo enel semiplano izquierdo.

2. Los sistemas inestables tienen funciones de transferencia en lazo cerrado con al menosun polo en el semiplano derecho, polos de multiplicidad mayores que uno sobre el ejeimaginario o ambos.

Para determinar la estabilidad de los motores, se procedio a graficar los polos de la funcion

de transferencia mostrada en la relacion 5.22, obteniendose el siguiente resultado:

Figura 6.6: Polos en lazo cerrado de motor de CD

Como se puede observar, los polos del sistema se encuentran ubicados en el semiplano iz-

quierdo del plano s, por lo tanto, tienen una parte real negativa y representan un sistema estable.



6.2.2. Servomotor

El control de este actuador se realiza mediante un PWM con movimiento multidireccional

mediante el uso de las senales mostradas en la figura 6.7 b).

Figura 6.7: PWM para control de posicion de servo motor. a) Senal teorica b) Senal practica.

La terminal de control de este actuador se conecta directamente a un pin de control del

microcontrolador ya que la corriente que consume es de 7.4 mA, el diagrama de conexiones

puede observarse en el anexo H.

6.3. Sensores

Para realizar adecuadamente la tarea de control, se requiere conocer el estado que guardan

las diferentes variables que afectan al proceso mediante la lectura de los sensores implementados

para tal efecto. La informacion proporcionada es procesada por el microcontrolador, el cual acti-

vara o desactivara las salidas necesarias para el funcionamiento del dispositivo. En las secciones

siguientes se exponen dichas variables ası como los sensores empleados para medirlas.



6.3.1. Seccion de impresion transversal

El desplazamiento del mecanismo de inyeccion sobre el riel es de 23.6 cm, para conocer

los lımites de este movimiento se acoplo un sensor de contacto al final del recorrido en cada

direccion, con el objetivo de enviar senales para detectar el fin de la carrera. El interruptor

empleado cuenta con tres pines de conexion:

1. Alimentacion.

2. Contacto normalmente abierto.

3. Contacto normalmente cerrado.

Figura 6.8: Conexion de SSM-3142.

El contacto normalmente abierto de cada sensor esta co-

nectado a una terminal del microcontrolador como se pue-

de observar en el esquema mostrado en la derecha; la co-

rriente maxima que soporta el PIC18F4520 en sus puertos

perifericos es de 25 mA por lo que es necesario utilizar

una resistencia en el arreglo que limite dicho valor, para su

calculo se emplea la ley de Ohm:

Rmin =V

Imax=

5V

25mA= 200Ω

6.3.2. Deteccion y posicion de sustrato

Para comenzar con la rutina de impresion es indispensable que el sustrato se encuentre sobre

la charola, para detectarlo se emplea un optointerruptor IRT9608-F, este sensor esta compuesto

por un LED emisor infrarrojo y un fototransistor colocados uno frente a otro, de esta manera

se puede saber facilmente si un objeto se interpuso entre el emisor y el receptor.



Figura 6.9: Conexion de fotointerruptor.

Para utilizar este sensor es necesario calcular los

valores de las resistencias R1 y R2, que se pueden

observar en la figura 6.10. El fototransistor de este

circuito se encuentra conectado en polarizacion fija,

y la corriente colector-emisor no debe superar los 20

mA, por lo que, para una corriente propuesta de 1

mA y un voltaje de salida igual a 2.8 V la resistencia

se calcula de la siguiente manera:

R1 =Vcc − Vce

Ic=

5V − 2,8V

5mA= 2,2kΩ

Para limitar la corriente en el LED emisor a 30 mA, la resistencia mınima que se puede

colocar es de:

R2min =VccImax

=5V

30mA= 167Ω

Las conexiones para esta etapa de sensado se pueden observar en el anexo H.



6.4. Etapa de potencia

La etapa de potencia es responsable de proporcionar la energıa electrica necesaria para ali-

mentar a los actuadores, generalmente esta compuesta por circuitos semiconductores de potencia

y elementos pasivos que ligan los circuitos de control (fuente primaria) con la fuente secundaria

y la carga. Esta etapa esta localizada entre la salida de la unidad de control central y los actua-

dores. Debido a los requerimientos de corriente de los motores, se utiliza una etapa de potencia

por cada uno, como se observa en el siguiente esquema.

Figura 6.10: Etapa de potencia para motores de CD

6.4.1. Motores longitudinal y transversal

La forma mas comun de disenar una etapa de potencia para motores de CD es mediante el

uso de puentes H, esta configuracion consiste en colocar el motor flanqueado por cuatro transis-

tores, lo cual permite no solo obtener la corriente necesaria para su funcionamiento sino tambien,

manejar el cambio de polaridad en las terminales del actuador.

En la practica existen una gran cantidad de circuitos integrados que implementan el puente

H, para este proyecto se utilizara el driver L298N, cuyas caracterısticas mas relevantes son:

I Voltaje de alimentacion: 5 -46 V.



I Voltaje logico: 4.5 - 7 V.

I Corriente directa total: 4A.

I Corriente pico total: 6A.

I Dos canales control.

Debido a que los motores sugeridos tienen un consumo maximo en corriente de 6A con el

rotor parado, se utilizara un integrado por cada uno, conectando los pines de control y las salidas

en paralelo como se muestra a continuacion:

Figura 6.11: Diagrama de conexiones puente H.

En el esquema se observa que el puente H cuenta con un sistema de diodos antiretorno para

evitar que los picos de tension en la bobina del motor danen los transistores contenidos en el

L298. La etapa de potencia es accionada con la senal de control entregada por el microcontrolador

y esta auxiliada por la fuente de alimentacion secundaria.

6.4.2. Subsistema de fijacion

Consiste en una lampara UV que debera activarse durante la impresion, esto se logra median-

te el uso de un relevador RAS-0510 que permite acoplar la senal de activacion con la alimentacion

de corriente alterna de la lampara.



Para disenar la etapa de potencia de este subsistema, es necesario conocer la corriente maxima

que demandara la bobina para activar los contactos, de acuerdo a la hoja de datos, esta es de

63Ω mientras que el voltaje de alimentacion es de 5V , entonces por ley de Ohm:

Imax =5V

63Ω= 79,36mA

Debido a que la corriente que entrega el microcontrolador en sus pines no es suficiente para

activar la bobina se requiere una etapa intermediaria basada en un transistor, para conectarlo es

necesaria una resistencia que limite la corriente de la base y sin embargo, proporcione la corriente

justa para llevar al transistor a un estado de ’saturacion’. Como en esta aplicacon estamos

conectando una carga inductiva, tambien debemos colocar un diodo que protege al transistor de

los picos de voltaje generados por la bobina del relevador, el diagrama de conexiones se puede

observar en la siguiente figura:

Figura 6.12: Diagrama de conexiones puente H.

La matrıcula del transistor empleado para alcanzar la corriente suficiente es BC547A,el que

esta conectado en circuito de polarizacion fija, con una ganancia medida β = 160; para calcular

el valor de R1 primero se calcula la corriente mınima que se requiere en la base del transistor:

Ib =Ic

β] =

79,36mA

160= 496uA



Por lo tanto, la resistencia de la base sera:

R1 =5V

496uA= 10kΩ

El diagrama de conexiones electricas puede ser consultado en el anexo H.

6.5. Control de posicion longitudinal por PID

El movimiento vertical del sistema provee el paso de la impresion, para lograr este desplaza-

miento se propone el uso de un controlador PID, este se describe como un mecanismo de control

por retroalimentacion que calcula la desviacion o error entre un valor medido y el valor deseado,

para aplicar una accion de correccion que ajuste el proceso. El algoritmo de calculo del control

PID se da en tres parametros distintos: Proporcional, Integral y Derivativo

u(t) = Kp(e(t) +1

Ti

∫ t

0e(t) dt+ Td

de(t)

dt) (6.2)

donde:

Kp = es la ganancia proporcional.

Ti = es la constante de tiempo integral.

Td = es la constante de tiempo derivativa.

Figura 6.13: Control PID



El valor proporcional determina la relacion del error actual. El integral genera una correccion

proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control sufi-

ciente, el error de seguimiento se reduce a cero. El derivativo determina la reaccion del tiempo

en el que el error se produce.

6.5.1. Sintonizacion del controlador PID

El objetivo del ajuste de los parametros del PID es lograr que el bucle de control corrija

eficazmente y en el mınimo tiempo los efectos de las perturbaciones. Ajustar un lazo de control

significa adecuar los parametros del sistema de control a los mejores valores para la respuesta del

sistema de control deseada. En el presente trabajo la sintonizacion del controlador se realizo de

manera experimental, haciendo uso de la funcion de transferencia mostrada en la relacion 6.1

se construyeron los siguientes esquemas en Simulink, herramienta para simulacion de MATLAB :

Figura 6.14: a) Funcion de transferencia. b) Control PID. c) Integracion motor-PID

En la figura a) se puede observar la funcion de transferencia del motor, en b) se muestra

el control PID que sera aplicado al motor y en c) se integra el control PID a la funcion de



transferencia del motor sometida a un impulso de tipo escalon.

Partiendo de los siguientes valores: kp = 1, ki = 0 y kd = 0 se realizaron distintas pruebas

experimentales, hasta obtener la grafica deseada (Figura 6.15 a), de la cual tomamos un punto

de partida para los valores de los filtros del sistema: kp = 1 ki = 0 kd = 0,1

Figura 6.15: Respuesta al escalon unitario del motor de CD

En la figura 6.15b se muestra el resultado del sistema si kd = 0, comos se puede observar el

valor de esta variable aunque sea reducido, contribuye a la respuesta del sistema.

La implementacion de estos valores resulto en movimientos no deseados, por lo que nueva-

mente se procedio a realizar un ajuste manual, esta vez sobre el sistema fısico, los valores finales

son:

kp = 1 ki = 0 kd = 0,001



6.6. Posicionamiento transversal

El movimiento transversal da lugar al desplazamiento del dispositivo de inyeccion, para lograr

su posicionamiento se conectaron los canales de salida del encoder en los pines para interrup-

ciones externas del microcontrolador (para mas informacion revisar el anexo H). Cada uno de

los canales del motor entrega una senal cuadrada, las cuales se encuentran desfasadas en 90 una

respecto de la otra, el cambio de estado en estos canales efectua una interrupcion en las entradas

del microcontrolador y por cada una de ellas se suma o se resta una posicion.

El encoder entrega una resolucion de 1856 cuentas por cada revolucion del motor, a partir

de este dato es posible conocer el valor en mm que corresponde a cada cuenta, como se explica

a continuacion:

El radio del engrane a la salida del motor es de 6mm, la circunferencia esta dada por:

Circunferencia = 2Πr = 2Π(6) ≈ 37,7[mm]

Si por cada revolucion del motor se tiene un movimiento lineal de 37.7 mm y 1856 cuentas

del encoder es posible calcular la resolucion del sistema como sigue:

Resolucion =Circunferencia

cuentas=

37,7

1856≈ 0,02[mm/cuenta]

De esta manera, solo basta con comparar el numero de cuentas del encoder contra la distancia

deseada para alcanzar los puntos de impresion. Los movimientos que el motor longitudinal realiza

son los siguientes:

I Se establece en home.

I Realiza el desplazamiento al inicio de lınea.

I Realiza el desplazamiento al final de lınea.

I Vuelve a home.


CAPITULO 6

Interfaz usuario-sistema

Para lograr un flujo de informacion entre el sistema y la PC se implementara una comuni-

cacion serial USART( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) , los datos enviados por

medio de esta interfaz de comunicacion seran establecidos por el usuario mediante un software

que permita ingresar los siguientes parametros para la impresion:

I Velocidad de trabajo.

I Paso del movimiento longitudinal.

I Inicio y tamano de lınea.

Figura 6.1: Interfaz usuario-sistema.


Capıtulo 6. Interfaz usuario-sistema

6.1. Funcionamiento

Para llevar a cabo el proceso de impresion se realizan los siguientes pasos:

1. Verificar que el sistema se encuentre conectado a un puerto USB de la PC.

2. Dar clic en el boton ’Determinar conexion’ y seleccionar el puerto COM de la impresora.

3. Dar click en el boton ’Conectar’.

Figura 6.2: Conexion del Sistema-Interfaz

4. Seleccionar los parametros a utilizar.

a) Velocidad de impresion: alta, media, baja.

b) Paso: existen 5 pasos de movimiento longitudinal 1, 2, 3, 4, y 5 mm


Capıtulo 6. Interfaz usuario-sistema

c) Inicio y tamano de lınea:

5. El comienzo de la rutina se efectuara al dar clic en el boton ’Imprimir’.

6. Para realizar la fijacion por radiacion UV es necesario dar clic al boton ’Prender UV’.


CAPITULO 7

Resultados

A continuacion se muestra el resultado de la impresion con distintos patrones obtenidos con

el prototipo, se utilizo como solucion PEDOT:PSS:

Figura 7.1: Impresion con PEDOT:PSS, velocidades: a) baja; b) media; c) alta.

Estos depositos fueron medidos en el Centro de Nanociencias y Micro-Nanotecnologıas del

IPN utilizando un microscopio optico MX-IR/BX-IR IR de Olympus America Inc, obteniendose

los siguientes patrones para las diferentes velocidades del sistema:


Capıtulo 7. Resultados

Figura 7.2: Impresion con PEDOT:PSS, velocidades: a) baja; b) media; c) alta.

De la observacion de las imagenes se resumen los siguientes puntos principales:

1. El deposito no presenta discontinuidad ni agujeros en ninguna de las tres velocidades,

sin embargo la superficie muestra irregularidades topograficas propias de la tecnica de

impresion utilizada.

2. Las gotas de mayor tamano son resultado de grumos contenidos en la solucion empleada.

3. Las tres muestas cuentan con valores de resistencia continuos y uniformes a lo largo de la

pelıcula.


CAPITULO 8

Conclusiones

I Se alcanzo el 100 % de los objetivos propuestos al inicio de este trabajo.

I Los mecanismos de posicionamiento utilizados permiten un movimiento con resoluciones

transversales de 15 cm con un paso mınimo de 1 mm y tienen un error maximo de posi-

cionamiento de ±2mm.

I Se encontro que para obtener un deposito eficaz es importante que el pol ’imero a utilizar

se encuentre libre de grumos.

I Un mecanismo preestablecido como el de la impresora Epson Stylus T22 no es recomen-

dable para implementar este tipo de sistemas de inyeccion.

I En una primera aproximacion se puede concluir que la superficie designada para realizar

los depositos esta completamente cubierta por el polımero.

I El sistema realiza inpresiones competitivas de mayor area comparadas con la tecnica de

spin coating.


Anexos


ANEXO A

Calculo de velocidades en el gatillo

Figura A.1: Mecanismo biela-manivela.

Considerando el esquema del mecanismo biela-

manivela mostrado en la figura A.1, se establecen

las siguientes condiciones iniciales:

q = 60

R = 17mm

L = 46mm

A = 18,6661

q′ =WA

Ao= 4,9867 rad/s

La velocidad en el gatillo se obtiene de la siguiente forma, con base en las condiciones ini-

ciales del analisis del mecanismo y parametros del servomotor:

−→VA =

−−→VA0 +

−−−→VA/A0

−→VA = ωA/A0k × (Rcosqi+Rsenqj)

−→VA = (4,9867)k × (0,017cos60i+ 0,017sen60j)

−→VA = 0,0424j − 0,0734i


Anexo A. Calculo de velocidades en el gatillo

Para el calculo de los angulos se utilizara la ley de senos:

sen(q)

L=sen(A)

x=sen(β)

R

β = sen−1(rsen(q)

L) = sen−1(

0,017sen(60)

46) = 18,66

−→VB =

−→VA + ωBAk × (Lcos(βi)− Lsenβj)

−→VB = 0,0424j − 0,0734i+ (ωBA)(0,0436j) + (ωBA)(0,0147i)

i : VB = −0,0734 + 0,0147ωBA

j : 0,0424 + 0,0436ωBA

ωBA = −0,9725 [rad/s]

VB = −0,0877 [m/s]

VB = 87,7 [mm/s]


ANEXO B

Obtencion experimental de la funcion de

transferencia de un motor de CD

La funcion de transferencia de un motor de corriente directa (CD), que relaciona la posicion

del eje del motor θ(s) con el voltaje de armadura Ea, esta dada por la siguiente expresion:

G(s) =θ(s)

Ea(s)=

1

s

Ki

LJs2 + (RJ +BL)s+ kbki +RB(B.1)

donde:

Ki = constante del par

L = inductancia de la armadura

J = inercia del motor

R = resistencia de armadura del motor

B = coeficiente de friccion viscosa

Kb = constante de fuerza contraelectromotriz

Dado que la velocidad es la derivada de la posicion, para obtener la funcion de transferencia

simplificada, lo unico que tenemos que hacer es multiplicar ambos lados de la ecuacion anterior

por la variable de Laplace para obtener:

G(s) =Ω(s)

Ea(s)=

Ki

s2 + (BJ + RL )s+ (KbKi+RB

LJ )(B.2)

donde:


Anexo B. Obtencion experimental de la funcion de transferencia de un motor de CD

ω(t) = dθ(t)dt y Ω(s) = L ω(t)

Para sistemas de segundo orden como este, es posible obtener la funcion de transferencia expe-

rimentalmente. La relacion 3.2 puede simplificarse de la siguiente manera:

G(s) =Ω(s)

Ea(s)=

Ki

(s+ p1)(s+ p2)(B.3)

De acuerdo con John Dorsey obtener la funcion de transferencia de un motor de CD se reduce

a encontrar su respuesta al escalon, de tal manera que la respuesta del sistema sera:

Y (s) = G(s)u(s) con u(t) =

0, t < 0

1, t ≥ 0

y sabemos que: L u(t) = 1s por lo tanto:

Y (s) =1

sG(s) =

Ki

s(s+ p1)(s+ p2)(B.4)

La ecuacion anterior puede ser expandida en fracciones parciales, obteniendo como resultado:

Y (s) =A

s+

B

s+ p1+

C

s+ p2(B.5)

donde: A = kp1p2

, B = kp1(p1−p2) , C = k

p2(p2−p1)

Expresando la ecuacion 3.5 en el tiempo, obtendremos:

y(t) = A+Bep1t + Ce−p2t; t ≥ 0 (B.6)

Ahora consideremos dos funciones que sumadas constituyen a y(t):

y1(t) = A+Bep1t



y2(t) = Cep2t

Cuyas graficas podemos observar en la siguiente figura:

Figura B.1: Descomposicion de la respuesta al escalon.

Dado que una de las consideraciones para este metodo es que p2 sea 3 veces mayor que p1,

y2 se establece 3 veces mas rapido que y1, ası para tiempos “grandes ”se tiene:

y(t) = y1(t) = A+Be−p1t (B.7)

Si definimos: z(t) = A−y(t) = −Be−p1t−Ce−p2t que es el negativo de y(t) con A removida,

para tiempos “grandes”, obtendremos:

z(t) ' −Be−p1t = z1(t) (B.8)

Ahora calculemos:

d

dt[lnz1(t)] =

d

dt[ln(−B) + ln(e−p1t)] = −p1 (B.9)

Lo que haremos experimentalmente es graficar ln z(t) y hallar su pendiente para tiempos “gran-

des ”. La pendiente obtenida sera el valor de p1.



Figura B.2: Grafica z(t) vs t.

Posteriormente escogemos un t “grande ”y tomamos un valor especıfico de y(t) ; dado que

conocemos el valor de A tendremos:

B =y(t)−Ae−p1t

(B.10)

Despues procederemos a evaluar y(t) en t = 0

y(t) = A+Be−p1t + Ce−p2t; t = 0

0 = A+B + C

C = −(A+B) (B.11)

Sabemos que:

p2 =−BCp1 (B.12)

finalmente:

k = Ap1p2 (B.13)

para obtener:

G(s) =k

(s+ p1)(s+ p2)(B.14)


ANEXO C

Analisis de mecanica de fluidos en el inyector.

Para realizar este analisis partimos de la ecuacion de continuidad de Bernoulli, que se utiliza

para relacionar la densidad de fluido, el area de flujo y la velocidad de este en dos secciones del

sistema donde existe flujo estable, la cual esta descrita por:

Q = AV (C.1)

Q1 = Q2 (C.2)

Donde:

Q; es el flujo de entrada o salida de una tuberıa.

A; es la seccion de tuberıa por la cual atraviesa el fluido.

V; es la velocidad que lleva el lıquido en una seccion de tuberıa especıfica en un determinado

intervalo de tiempo.

Consideremos las siguientes condiciones iniciales en el sistema:

Presiones de trabajo:

Pmin = 5psi = 3,5154 mca

Pmax = 25psi = 17,57524 mca

Pmedia = 10psi = 7,0309 mca

Geometrıa del inyector:

φboquilla = 0,5mm (apertura maxima)


Anexo C. Analisis de mecanica de fluidos en el inyector.

El estudio en el sistema de inyeccion parte de las consideraciones geometricas mostradas en

la figura D.1 a); el inyector se considera un sistema de pared delgada, con orificio convergente

practicado en la base, y el angulo esta relacionado geometricamente como se observa en D.1 b).

Figura C.1: Consideraciones geometricas del inyector.

Es necesario considerar las perdidas dentro del sistema de inyeccion por lo que, se contempla

un coeficiente de friccion (µ) en funcion del angulo de salida del inyector, que esta dado por la

siguiente relacion:

µ = 0,6385 + 0,21207cos3α+ 0,10640cos4α (C.3)

Es posible calcular el valor de α mediante el uso de las siguientes relaciones trigonometricas:

senα

0,25=sen(90 )

x;

Donde:

x =√

1,52 + 0,252 = 1,5207mm

∴ α = sen−1(0,25sen(90 )

1,5205) = 9,4623

∴ µ = 0,5330



Para conocer la cantidad de fluido a traves del inyector se calculan el caudal real y el caudal

teorico, descritos en las siguientes ecuaciones:

Qt = sVt = (φboquilla)(√

2gh) (C.4)

Qr = µ(φboquilla)√

2gh = µ(φboquilla)√

2h (C.5)

Donde:

s = Area de salida del inyector.

Vt = Velocidad teorica del fluido.

Qt = Caudal teorico (m3/s)

Qr = Caudal real (m3/s)

φboquilla =Area efectiva de boquilla (AE).

g = Gravedad.

h = Presion a la salida de la tobera (mca).

Para calcular el area efectiva de salida de la boquilla es necesario conocer la relacion entre

la altura de la aguja en la tobera y la altura del gatillo, como se observa en la figura D.1 b), la

ecuacion que describe a la aguja es:

Haguja = 0,1364Hgatillo

De la imagen 5.2: Mecanismo de activacion del inyector, es posible generar la siguiente ecuacion:

Hgatillo = (L+R)− (Rcosq + Lcosβ)



El area efectiva AE es la diferencia entre el area maxima AT y el area de la aguja AR, descrita

en la siguiente figura:

Figura C.2: Relacion de areas en la salida del inyector

Se caracterizo el ancho de lınea mınimo en 1mm a una altura de compensacion a la base de

la tobera de 6mm para un angulo de 58 en el servomotor, como se observa a continuacion:

Figura C.3: Relacion de alturas en el inyector

Con dicha configuracion el area efectiva queda descrita como sigue:

Haguja = 0,3149mm = 3,149x10−1m

Hrest = 1,5− 0,3149 = 1,1851mm



senβ

Hrest=sin(90)

L1

L1 =sin(90)

sinβ(Hrest) = 1,2015

x1 =√L21 −H2

rest = 0,1978mm

AE = AT −AR

AE = Π(0,25)2 −Π(0,19782)

AE = 7,34x10−8m2

De esta forma el gasto del polımero segun la ecuacion D.5 es:

Qr5psi = (µ)(AE)(√

(2)(3,5154))

El ancho de lınea a la salida de la tobera esta dado por:

ancho = φtobera+ 2x1

donde:

x1 = Radio efectivo de apertura de la tobera, Figura D.2.

La dispersion por altura de compensacion afecta de la siguiente forma:

anchoreal = (K)ancho; K = 2,0507

anchoreal = 1,18mm



El area de impresion por segundo es igual a:

Area/s = Πr2 +Area1seg = 4,37x10−6 + 2,3726x10−4 = 2,4163x10−4m2

Por lo que el espesor aproximado es:

Espesor = V olumenArea = 420µm

Para conocer el comportamiento del sistema para distintos polımeros, es necesario emplear

la ecuacion general de la energıa para fluidos, que se describe como sigue:

p1 + ρgy1 +1

2ρv21 = p2 + ρgy2 +

1

2ρv22 (C.6)

Debido a que en el punto 1 la presion que afecta al sistema es la atmosferica:

pgy1 − pgy2 = p2 +1

2ρv22 −

1

2ρv21 ⇒ g(y1 − y2) =

p2

ρ+

1

2(v22 − v21)

Por la ecuacion de continuidad:

v1 =A2

A1v2

(y2 − y1) = h

Finalmente, la velocidad real de salida queda descrita como:

v2 =

√√√√√√ 2gh− p2ρ

1− (A2

A1)2

γ = ρg (C.7)

Para el inyector que cuenta con: una altura h = 0,09 m, un peso especıfico γ = 13 N/m3,

un area de entrada A1 = 0,0007069 m2 y un area de salida A2 = 0,0000000734 m2 la velocidad

de salida es:

v2 = 1,7372 m/s



Por lo tanto el caudal real asumiendo un porcentaje de perdidas por geometrıa estara dado

por:

QTr = µA2V2 (C.8)

Para el PEDOT:PSS tenemos que:

QTr = (0,5330)(0,0000000734)(1,7372) = 6,7959x10−8 [a 5 psi]

El tamano de gota teorico esta relacionado con la velocidad de salida y el area efectiva de

salida:

φgota =AEk

V elocidad(C.9)

∴ φgota = 42,25 µm para la gota mas grande.

∴ φgota = 2,2254 µm para la gota mas pequena.


ANEXO D

Pseudocodigo

Los codigos que a continuacion se muestran, son descripciones generales que deben considerar

las respectivas configuraciones del microncontrolador utilizado (PIC18F4520).

D.1. Maestro

D.1.1. Programa principal

Variables contador, limite1, limite2, UV, Ciclo_Util, i,

pasos.liq, ind, Sensor_Hoja, Velocidad

Inicializaci\’on de variables

liq=0

limite1=0

limite2=0

llamar HOME

Escribir Para imprimir ponga el sustrato

Mientras Sensor_Hoja desactivado hacer

Fin_Mientras

Esperar 1 segundo

Llamar paso con n=30

Mientras 1=1 hacer

Llamar Recepci\’on_Datos

Si UV=1 entonces

Encender UV

Si no

Apagar UV

Fin_Si

Llamar Paso con n=pasos

Encender Motor direcci\’on positiva

Ciclo_Util = 155

Mientras 1=1 hacer

Si contador = limite1

Frenar Motor

Romper Mientras

Fin_Si


Anexo D. Pseudocodigo

Fin_Mientras

Ciclo_Util=Velocidad

Liq=1

Esperar 100 ms

Encender Motor direcci\’on Positiva

Mientras 1=1 hacer

Si contador = limite2 entonces

Liq=0

Romper Mientras

Fin_Si

Fin_Mientras

Ciclo_Util=155

Mientras 1=1 hacer

Si Contador = Limite2+200

Frenar Motor

Romper Mientras

Fin_Si

Fin_Mientras

Llamar HOME

Escribir L\’inea Terminada

Esperar 1 s

Fin_Mientras

Fin Programa Principal

D.1.2. Subrutina: HOME

Ciclo_Util=155

Encender motor direcci\’on negativo

Mientras 1=1 Hacer

Si Sensor_D=1 entonces

Frenar Motor

Contador=0

Romper Mientras

Fin_Si

Fin_Mientras

Fin Programa HOME

D.1.3. Subrutina: Recepcion de datos

Escribir Recepci\’on de datos

Leer Velocidad

Leer pasos

Leer Limite1

Leer Limite2

Leer UV

Fin Programa Recepci\’on_Datos



D.1.4. Subrutina: Paso de impresion

Entrada n

Variables pulso

Para i=1 hasta n hacer

Pulso=1

Esperar 1us

Pulso=0

Ind=1

Mientras ind=1 hacer

Fin_Mientras

Fin_Para

Fin Programa Paso

D.1.5. Subrutina: Interrupciones

Variables ENCanalA, ENCanalB, INT1, INT2, INT3

Si INT1=1 Entonces

Si ENCanalA=0

Activar Flanco de subida de INT1

Si ENCanalB =1 entonces

Contador = contador + 1

Si no entonces

Contador = contador 1

Fin_Si

Si no

Activar Flanco de bajada de INT1

Si ENCanalB = 0 entonces

Contador = contador +1

Si no entonces

Contador = contador -1

Fin_Si

Fin_Si

INT1=0

Fin_Si

Si INT2=1 entonces

Si ENCanalB=0 entonces


SI ENCanalA=0 entonces

Contador=contador+1

Si no entonces

Contador=contador-1

Fin_Si

Si no entonces


Si ENCanalA=1 entonces

Contador=contador+1



Si no ENCanalA=0 entonces

Contador=contador-1

Fin_Si

Fin_Si

INT2=0

Fin_Si

SI INT3=1 entonces

Ind=0

INT3=0

Fin_Si

Fin Programa interrupciones

D.2. Esclavo

El micorocontrolador esclavo se encarga del movimiento longitudinal.

D.2.1. Programa principal

Variables posicin, posicin_Deseada, error_actual,

error_anterior, derivada, CPD, ciclo_util,ind,Pulso

Mientras 1=1 hacer

Error_actual= Posicin_deseada posicin

Derivada=error_actual-error_anterior*.001/218e-6

Error_amterior=error_actual

CPD=error_actual-derivada*55/posicin_deseada

Ciclo_util =200+|CPD|

Si error_actual=0 entonces

Frenar Motor

Pulso=1

Espera 1 us

Pulso=0

Fin_Si

Si Error_actual<0 entonces

Prender motor direccin positiva

Fin_si

Si error_actual>0 entonces

Prender motor direccin negativa

Fin_Si

Fin_Mientras

Fin Programa Principal



D.2.2. Subutina: Interrupciones

Variables ENCanalA, ENCanalB, INT1, INT2, INT3

Si INT1=1 Entonces

Si ENCanalA=0


Si ENCanalB =1 entonces

posicin = posicin + 1

Si no entonces

posicin = posicin 1

Fin_Si

Si no


Si ENCanalB = 0 entonces

posicin = posicin +1

Si no entonces

posicin = posicin -1

Fin_Si

Fin_Si

INT1=0

Fin_Si

Si INT2=1 entonces

Si ENCanalB=0 entonces


SI ENCanalA=0 entonces


Si no entonces


Fin_Si

Si no entonces


Si ENCanalA=1 entonces


Si no ENCanalA=0 entonces


Fin_Si

Fin_Si

INT2=0

Fin_Si

SI INT3=1 entonces

Posicin_Deseada=13

Posicin=0

INT3=0

Fin_Si

Fin Programa interrupciones


ANEXO E

Propiedades fısicas y quımicas de los materiales

Cloroformo

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

AspectoForma lıquido, claroColor incoloro

Datos de seguridadpH sin datos disponibles

Punto de fusion -63CPunto de ebullicion 60.5C

Presion de vapor 213.3 hPa

Clorobenceno

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

AspectoForma lıquido, claroColor incoloro


Punto de fusion -45CPunto de ebullicion 132C

Temperatura de ignicion 637CPresion de vapor 15.7 hPA


Anexo E. Propiedades fısicas y quımicas de los materiales

Tetrahidrofurano

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICASAspecto

Forma lıquido, claroColor incoloro


Punto de fusion -108CPunto de ebullicion 65C

Temperatura de ignicion 321CPresion de vapor 152 hPA

PEDOT


Forma lıquido, claroColor azul oscuro

Datos de seguridadpH 1.0-2.0

Punto de fusion 0CPunto de ebullicion 100C

Temperatura de ignicion sin datos disponiblesPresion de vapor 40.9 hPa

MEH-PPV


Forma polvoColor marron oscuro, rojo


Punto de fusion sin datos disponiblesPunto de ebullicion sin datos disponibles

Temperatura de ignicion sin datos disponiblesPresion de vapor sin datos disponibles


ANEXO F

Cotizacion del sistema

Artıculo Precio unitario Cantidad Precio Total

Sistema mecanico

Impresora Epson Stylus T22 $1,200.00 1 $1,200.00Nylamid placas de 1/4” $800.00 1 $800.00

Tornillerıa 1/8”x1/2” $4.00 30 $120.00Motores C.D $680.00 2 $1,360.00

Nylamid barra 3” $1,063.00 1 $1,063.00Servomotor Hitec $350.00 1 $350.00

Resorte a compresion 1/8”x1/2” $3.00 2 $6.00Resorte a torsion 1/4”x 1” $10.00 2 $20.00

Tornillos c/mariposa 1/8”x1” $10.00 4 $40.00Remaches 1/8”x 1/4” $25.00 1 $25.00

Lamina Aluminio Cal. 22 $100.00 1 $100.00Acrılico biselado $70.00 1 $70.00

Patas plasticas $14.00 2 $28.00Lubricante de silicon p/ riel y engranes $35.00 1 $35.00

Reglas acero inoxidable $10.00 2 $20.00Tornillerıa 1/16”x 1/4” $7.00 20 $140.00

Sistema electrico

L298N (Puente H) $60.00 2 $120.00PIC 18f4520 $87.00 2 $174.00

Lampara UV $83.00 1 $83.00Sensores de contacto $10.00 3 $30.00

Material electrico $1,000.00 1 $1,000.00Sensor optico $25.00 1 $25.00

Cable $32.00 2 $64.00RS 232 Usart $230.00 1 $230.00

ACS714 (Sensor de Corriente) $180.00 2 $360.00Fuente conmutada 12V@&A $230.00 1 $230.00Protector p/ cable (metros) $10.00 5 $50.00

Sistema de inyeccion

Pulverizador $3,720.00 1 $3,720.00Compresora $1,000.00 1 $1,000.00Mangueras $150.00 1 $150.00

Tubing 1/8” $1,000.00 0.5 $500.00Coples acero inoxidable $100.00 1 $100.00

TOTAL $13,213.00


ANEXO G

Diagramas mecanicos


ANEXO H

Diagramas electricos


Bibliografıa

[1] Tecnologıa ink-jet para impresion funcional o electronica impresa, Revista: Guıa de impre-

sion para artes graficas.

[2] Chamorro P., Martın R.,Navas G., Fundamentos de la tecnologıa OLED, Universidad

de Valladolid.

[3] Groover P. Mikell, Fundamentos de manufactura moderna: Materiales, procesos y sis-

temas, Pearson, 1997.

[4] http : //www.konicaminolta.com/selector/inkjethead.html, Consultado: Febrero de 2013.

[5] http : //www.fujifilmusa.com/products/industrialinkjetprintheads/deposition −

products/dmp− 3000/, Consultado: Febrero de 2013.

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