Wemos® TTGO, este dispositivo integra: Modulo ESP32, Sensor DHT11 (Temperatura/Humedad Relativa), Pantalla OLED 0,96 pulgadas, Modulo de carga para batería de Litio, PCB perforada para mejoras y un gabinete.
Investigando los nuevos equipos de desarrollo para IoT, dimos con un módulo de desarrollo de la compañía "Wemos", que posee integrados dispositivos de uso general, al que podemos agregar nuestro firmware para integrarlo a nuestro proyectos.
Wemos® TTGO, este dispositivo integra: Modulo ESP32, Sensor DHT11 (Temperatura/Humedad Relativa), Pantalla OLED 0,96 pulgadas, Modulo de carga para batería de Litio, placa universal para adicionar disposivos y un gabinete.
Si está buscando construir una red de dispositivos domésticos inteligentes, probablemente haya oído hablar de Z-Wave y ZigBee.
Son protocolos de conectividad inalámbrica, diseñados principalmente para domótica.
Ambos protocolos comparten cualidades, como la baja potencia y la alta fiabilidad, características esenciales para las aplicaciones de domotica.
Sin embargo, tienen algunas diferencias importantes que desarrollaremos en este articulo.
La mayoría de las personas están familiarizadas con las redes WiFi. Una red WiFi domiciliarias generalmente se estructura como una "RED EN ESTRELLA". En una red en estrella, cada dispositivo se comunica directamente con (y solo con) el HUB central (ó ROUTER). Si un dispositivo está fuera del alcance del router, ese dispositivo no formará parte de la red.
Tanto Z-Wave como ZigBee se consideran "REDES DE MALLA". En una red de malla, la señal se origina desde un HUB central al igual que la red estelar. Sin embargo, los dispositivos no necesitan comunicarse directamente con el router. Una red de malla permite que cada dispositivo en la red funcione como un repetidor y pase la señal a otro dispositivo. Esto permite que las redes de malla sean más versátiles. Pueden cubrir grandes distancias e incluso sortear obstáculos.
Para la gran mayoría de las aplicaciones residenciales, ni el límite de salto ni el límite total del dispositivo deben ser un factor limitante.
Tanto ZigBee como Z-Wave son de muy baja potencia. Usan una fracción de la potencia requerida por WiFi. Este es un beneficio importante que los convierte en una opción tan popular para dispositivos domésticos inteligentes. En una instalcion de domotica muchos de los dispositivos no tendrán acceso a la energía de linea (220v); estos dispositivos deberán funcionar con baterías.
Algunos dispositivos que usan Z-Wave o ZigBee pueden funcionar con una sola batería de botón por varios años. Un dispositivo como ese que intenta mantener una conexión WiFi estaría muerto en días.
Sin embargo, un dispositivo que actúa como repetidor requerirá más potencia. Por esa razón, los dispositivos que funcionan con baterías generalmente están programados para no actuar como repetidores. Es importante tener esto en cuenta al construir su red.
La casa inteligente de hoy se está expandiendo a su garaje e incluso a su patio. Un gran protocolo inalámbrico debe ser capaz de llegar a todos los rincones de su hogar. No es posible detalla el alcance efectivo de una señal inalámbrica en su hogar porque el alcance real dependerá de muchos factores del medio físicos y climáticos.
Lo que podemos decir es que para el mismo nivel de potencia, operar a una frecuencia más alta reducirá el rango de la señal. ZigBee opera a 2,4 GHz en comparación con los 908 MHz de Z-Wave. La frecuencia más alta permite que ZigBee transmita más datos pero reduce el rango de la señal.
El rango inferior se reduce aún más cuando hay obstáculos. Una señal de alta frecuencia viajará a través de obstrucciones, como paredes, con menos eficacia que una señal de baja frecuencia.
Una señal Z-Wave entre dos nodos puede viajar hasta 10 metros en un entorno exterior sin obstáculos.
Sin embargo, se reduce significativamente en el hogar.
Las paredes y otras obstrucciones se combinan con varias fuentes de interferencia eléctrica para reducir la distancia efectiva.
Una guía más precisa para la instalación en el hogar es de 30 metros sin obstrucciones y 15 metros con paredes en el medio.
El rango de espacio libre en el hogar de ZigBee es de aproximadamente 15 metros.
La automatización del hogar incluye sensores de puertas y ventanas, cerraduras eléctricas y vídeo vigilancia de nuestro hogar. La seguridad de nuestros datos inalámbricos es tan importante como siempre.
Tanto Z-Wave como ZigBee utilizan el estándar de cifrado AES 128. Esa es la misma encriptación utilizada por los bancos y el gobierno. Nadie obtendrá el control de su hogar inteligente pirateando el cifrado de la señal. Eso no quiere decir que algunos dispositivos no sean vulnerables. Es solo que la señal inalámbrica en sí misma no es la parte vulnerable.
Al principio de su historia, Z-wave tiene fama de ser inseguro.
Su reputación no estaba realmente justificada.
Las fallas de seguridad que ocurrieron fueron causadas por errores de implementación de las empresas.
Aunque el estándar de cifrado de alto nivel estaba disponible, algunas compañías optaron por no usarlo.
Ahora, la Z-Wave Alliance requiere AES 128 para que un dispositivo obtenga la certificación.
Además, Z-Wave Alliance requiere una implementación obligatoria de su nuevo marco de seguridad 2 (S2) en todos los dispositivos que reciben la certificación. Esta última actualización de seguridad prácticamente elimina las posibilidades de que un dispositivo se vea comprometido durante el proceso de inclusión. Reduce un proceso anterior de tres pasos a uno, lo que a su vez reduce el consumo de energía y la latencia. Y ayuda a evitar que sus dispositivos Z-Wave se usen en un ataque DDOS.
En MQTT se denomina Topic a una cadena de texto UTF-8, una longitud máxima de 65536 caracteres (aunque lo normal es que sea mucho menor) y distingue entre mayúsculas y minúsculas.
Los Topics están formados por uno o más "niveles" separados entre sí por una barra inclinada '/'. Cada nivel debe está formado por uno o más caracteres.
El funcionamiento de los Topcis en MQTT es sencillo y transparente. Por un lado el Broker acepta todos los Topics. No es necesario crearlo explícitamente antes de publicar o suscribirse al Broker.
Por su parte, los clientes pueden suscribirse a uno o varios Topic. Para ello, el cliente puede establecer varias suscripciones y/o emplear Wildcards, como veremos mas adelante.
Finalmente, los clientes publican mensajes indicando un único Topic. El Broker recibe el mensaje y, si encuentra alguna suscripción que cumpla con el filtro del Topic, transmite el mensaje a los clientes suscritos.
Cuando un cliente establece una suscripción puede suscribirse a un Topic específico, o usar Wildcards para suscribirse a múltiples Topic. Existen dos Wildcards que podemos emplear, de "NIVEL ÚNICO" O "NIVEL MÚLTIPLE"
El carácter + puede ser empleado para sustituir un único nivel en cualquier lugar del Topic.
| Topic | Aplica |
|---|---|
| casa/+/temperatura |
|
| casa/living/+ |
|
El carácter # puede ser empleado para sustituir cualquier número de niveles y puede usarse únicamente al final del Topic.
| Topic | Aplica |
|---|---|
| casa/living/# |
Recibirá todos los mensajes cuyo Topic empiece por: "casa/living/"
|
| casa/# |
Recibirá todos los mensajes cuyo Topic empiece por: "casa/"
|
Los Wildcards son únicamente para la suscripción. Los mensajes pueden publicarse únicamente contra un Topic.
El éxito de un sistema de IoT depende enormemente de la arquitectura que diseñemos para la mensajería. En el caso de MQTT es esencial planear y organizar los Topic que vamos a emplear en el proyecto. Hay varios consejos que podemos seguir.
El principal es diseñar el sistema de Topic para que sea ampliable y mantenible. Queremos poder añadir más dispositivos a nuestra red o nuevas funcionalidades, y evitar darnos cuenta en el futuro de que el sistema que elegimos es insuficiente.
Otro consejo es mantener los Topic lo más pequeños y claros posible. Asimismo, es recomendable usar Topics lo más específicos posibles, evitando enviar mensajes a varios dispositivos y discriminar por el contenido del mensaje.
Así, por ejemplo, si se tiene varios sensores /Habitacion/Humedad/1/, /Habitacion/Humedad/2/, /Habitacion/Temperatura/1/ en lugar de usar /Habitacion/ para todos los dispositivos
Finalmente, otro pequeño consejo es emplear únicamente caracteres ASCII estándar, evitando caracteres especiales e incluso espacios. Esto hará más sencillo la interpretación de Topics, y la interoperabilidad entre lenguajes de programación y dispositivos.
Así, por ejemplo, es preferible emplear /Habitacion/ frente a /Habitación/ y /Humedad/ frente a /Sensor humedad/.
Es un sistema orquestador inteligente que puede interconectarse con otros dispositivos inteligentes, recolectar información, gestionar sus estados y disparar acciones que hayas configurado en las circunstancias que hayas establecido.
"Home Assistant" te permite conectar todos los dispositivos inteligentes en tu red Wi-Fi local y te brinda una interfaz simple para que actúen como un "director". El cual dispara acciones en función de si se cumplen o no ciertas condiciones dadas.
Lo que hace que Home Assistant sea genial es que no está tratando de enfocarse en una sola marca de productos inteligentes. La mayoría de los dispositivos que ya tienes funcionarán y conectarse a servicios de tercero como IFTTT es sencillo y simple.
Hay que tener en cuenta que el "Home Assistant" es un servicio local, lo que significa que no enviará ningún dato a la nube, incluso si tiene que recuperar datos de Internet. Las rutinas y comandos que configuras son solo para tus ojos. También es "bastante" fácil configurar rutinas usando una interfaz web alojada localmente en la instancia de "Home Assistant".
Esta característica es importante porque un servicio como este puede ser extremadamente complicado si desea programar rutinas extensas, por lo que tener una interfaz agradable y simple hace que sea mucho más fácil.
Es importante recordar que Home Assistant no puede controlar nada por sí solo. Pensalo como un conector con ENTRADAS de sensores que proveen información, SALIDAS para controlar actuadores y TUS reglas que definen como las ENTRADAS afectan las SALIDAS.
Ej: si ENTRADA: "Cuarto del bebé - Temperatura" - CONDICION: "Supera los 25°C" - SALIDA: "Cuarto del bebé: Ventilador" - ACCION: "Encender".
Quizás no necesite un "smart hub". Si no tiene ningún dispositivo inteligente en tu casa, Home Assistant no te servirá para nada. Pero si ya tiene instalados o piensas implementar dispositivos inteligentes, es una excelente manera de ampliar las características y la funcionalidad que no costará mucho dinero.
A la hora de empezar a incursionar en el área de la domótica es muy fácil marearse con tanta información disponible. Un detalle a tener en cuenta todas las plataformas open source tiene una desventaja su comunidad puede o no ser muy activa y la documentación no es una prioridad y mas de una vez lo que encontramos en foros suele ser versiones obsoletas.
Lo que resulta sumamente importante es evaluar la actividad de su comunidad a la hora de optar por una plataforma u otra.
Esta excelente introducción a los tableros y sensores de prototipos le permitirá recopilar datos de Arduinos y Raspberry Pis en muy poco tiempo.
El Internet de las cosas es uno de los temas tecnológicos más importantes y prometedores de la actualidad. Algunos investigadores de mercado estiman que hay más de 20 mil millones de dispositivos conectados y contando. A nuestro alrededor, hay teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles y otros dispositivos, todos los cuales usan sensores. Hoy en día, los sensores juegan un papel importante en nuestra vida cotidiana y en IoT. Los sensores monitorean nuestro estado de salud (por ejemplo, un latido cardíaco), la calidad del aire, la seguridad del hogar y se usan ampliamente en el Internet industrial de las cosas (IIoT) para monitorear los procesos de producción. Por estos motivos, es importante saber cómo funcionan y cómo podemos usarlos para obtener información.
En términos generales, un sensor es un dispositivo que puede detectar cambios en un entorno. Por sí solo, un sensor es inútil, pero cuando lo usamos en un sistema electrónico, juega un papel clave. Un sensor puede medir un fenómeno físico (como temperatura, presión, etc.) y transformarlo en una señal eléctrica.
Existe una amplia gama de sensores que podemos explotar para medir casi todas las propiedades físicas que nos rodean. Algunos sensores comunes que son ampliamente adoptados en la vida cotidiana incluyen termómetros, sensores de presión, sensores de luz, acelerómetros, giroscopios, sensores de movimiento, sensores de gas y muchos más.
Existen otras formas y métodos para agrupar sensores, pero las clasificaciones que se muestran arriba son las más fáciles.
El desarrollo de placas de creación de prototipos y el bajo precio de los sensores nos permiten usarlos fácilmente en proyectos de IoT. Existen varias placas de creación de prototipos en el mercado, adecuadas para diferentes proyectos según las características y especificaciones. En este contexto, consideraremos las dos placas más populares: Arduino Uno y Raspberry Pi 2.
Este artículo explorará cómo conectar diferentes sensores a estas placas y cómo interactuar con ellas.
Antes de sumergirse en los detalles sobre cómo usar los sensores con estas placas, es importante tener en cuenta que cada sensor tiene su propio rango de voltaje de funcionamiento. Este parámetro es muy importante porque el voltaje suministrado por la placa no debe ser más alto que el voltaje máximo permitido por el sensor. Por lo tanto, es importante leer la hoja de datos del sensor cuidadosamente antes de conectarla a la placa para evitar daños. El mismo principio es válido para la señal de salida, que debe ser inferior al voltaje máximo que la placa puede tolerar.
El primer y más popular tablero es el Arduino Uno. Es una placa de microcontrolador basada en un ATmega328P. Es muy fácil de usar y un buen punto de partida. Esta placa proporciona 6 pines analógicos y 14 pines digitales. Es perfecto para usar con sensores analógicos y digitales.
La forma más fácil de comenzar es conectar un sensor analógico al Arduino. Un sensor analógico, como se indicó anteriormente, es un sensor que proporciona una señal continua. Para nuestro primer ejemplo básico, conectaremos un sensor de temperatura simple, un TMP36. Para obtener más información, puede consultar la hoja de datos del sensor. En términos generales, el voltaje de salida de este sensor es directamente proporcional a la temperatura ambiental. Arduino proporciona varios pines de entrada analógica, etiquetados con una "A", que son adecuados para aceptar señales analógicas provenientes de un sensor. El siguiente esquema describe cómo conectar el sensor:
const int tempSensorPin = A1;
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int pinValue = analogRead(tempSensorPin);
Serial.println("Pin value: " + String(pinValue));
float voltage = (pinValue / 1024.0) * 5.0;
Serial.println("Voltage: " + String(voltage));
float temperature = (voltage - 0.5) * 100; // °C
Serial.println("Temperature: " + String(temperature));
delay(5000);
}
Ahora es el momento de conectar un sensor digital a un Arduino. Hay varios sensores digitales disponibles, pero en aras de la simplicidad, consideraremos un sensor digital común llamado DHT11. Este sensor mide la temperatura y la humedad. Es un sensor muy barato que proporciona una salida digital. En este escenario, el pin de datos del sensor debe estar conectado al pin Arduino digital, como se muestra a continuación:
El código es muy simple. Aunque podemos analizar la señal digital y leer la temperatura y la humedad, utilizaremos una biblioteca para simplificar el desarrollo. La biblioteca está disponible en el IDE de Arduino en el elemento del menú Bosquejo-> Incluir biblioteca.
#include "DHT.h"
#define PIN 8
#define DHTTYPE DHT11 // sensor type
DHT dht(PIN, DHTTYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int temp = dht.readTemperature();
int hum = dht.readHumidity();
Serial.println("Temperature: " + String(temp));
Serial.println("Humidity: " + String(hum));
delay(5000);
}
Al ejecutar el código anterior, Arduino registrará la temperatura y la humedad cada 5 segundos.
Un sensor I2C es un bus serie utilizado para conectar periféricos a microprocesadores. Es ampliamente utilizado y requiere cuatro pines diferentes:
Para experimentar con el sensor I2C con Arduino, analizaremos el sensor BMP280 / BME280. Este sensor mide, entre otras propiedades, la presión barométrica. El siguiente diagrama muestra cómo conectar un BMP280 a Arduino:
Como puede ver, hay cuatro conexiones diferentes. La misma conexión se puede usar con un BME280. No olvide conectar el pin CLK del sensor al Arduino CLK y el pin SDA (los datos) al Arduino SDA. Además, el pin SDO no puede dejarse flotando, por lo que debe conectarlo a tierra o a Vcc. El código fuente para leer la presión se muestra a continuación:
#include
#include
#include
//BMP280
Adafruit_BMP280 bmp;
void setup() {
Serial.begin(9600);
if (!bmp.begin()) {
Serial.println("Could not find a valid BMP280
sensor, check wiring!");
while (1);
}
}
void loop() {
float pressure = bmp.readPressure();
Serial.println("Pressure: " + String(pressure));
delay(5000);
}
Antes de ejecutar el código anterior, debe importar una biblioteca para manejar el sensor, como se describe en el ejemplo anterior.
Raspberry Pi es una computadora de placa única desarrollada por la Fundación Raspberry Pi. Hay varias versiones de Raspberry Pi con diferentes especificaciones, pero todas tienen su propio sistema operativo basado en Linux. Es similar a una PC porque admite salida de video, puertos USB y teclados. Es una placa muy poderosa, y los ejemplos a continuación muestran solo un poco de su poder.
Para controlar los movimientos, utilizaremos un sensor PIR, que significa infrarrojo pasivo. Utiliza un sensor infrarrojo para detectar la radiación de bajo nivel emitida por un cuerpo cálido. En pocas palabras, cuando el nivel de radiación cambia, significa que un cuerpo cálido se está moviendo hacia su área de detección. Este sensor utiliza un pin digital que se pone bajo (o alto) cuando se detecta movimiento. El siguiente esquema muestra cómo conectar el sensor a Raspberry Pi. La conexión puede cambiar si usa una versión PIR diferente o una placa Raspberry Pi diferente:
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
sensorPin = 7
GPIO.setup(sensorPin, GPIO.IN)
while True:
if GPIO.input(sensorPIN) == GPIO.LOW:
print "Motion detected"
else:
print "No motion"
time.sleep(0.5)
Cuando el PIR detecta un movimiento, esta sencilla aplicación registrará "Movimiento detectado".
Otro sensor interesante es el sensor MQ-4. El MQ-4 tiene una alta sensibilidad al gas natural. Puede responder rápidamente y es muy fácil de usar. Las conexiones entre el sensor y Raspberry Pi son las mismas que en el ejemplo PIR. Asegúrese de usar el pin digital del sensor y asegúrese de que el voltaje de salida, que debe ser inferior a 3V. Si el sensor tiene una salida superior a 3V, debe usar un convertidor de nivel lógico. El código para usar el MQ-4 es el mismo que el del ejemplo anterior.
Google Home Mini es el pequeño de la familia de altavoces inteligentes de Google. Una gama que completa el Google Home y Google Home Max (este último no disponible en España). Una fuerte apuesta de Google por tomar ventaja el campo de los asistentes personales domésticos.
Los dispositivos Google Home emplean Google Assistant como software para interpretar órdenes y vocalizar respuestas. Una aplicación que también podes utilizar desde tu celular con Android.
La calidad de sonido y potencia del Google Home Mini queda lejos del Google Home, y a mucha distancia del Google Home Max que es un altavoz multimedia de alta calidad.
Pese a su escasa potencia, el Google Home Mini funciona de forma notable para sonidos vocales donde consigue un audio claro y distinguible. Podemos enviar el audio de muchas aplicaciones al Google Home Mini a través de Wifi usando tecnología Miracast. Por otro lado, podemos conectarnos a través de Bluetooth y usarlo como altavoz inalámbrico si nuestro dispositivo móvil lo permite.
Dispone de dos micrófonos de largo alcance, que consiguen un reconocimiento de voz correcto desde cualquier sitio de una habitación, incluso aunque estemos a una distancia de varios metros.
El reconocimiento es afectado por el ruido ambiente, sobre todo si lo tenemos cerca de la televisión. Por su parte, la sintaxis de voz es correcta, y tanto el contenido como el tono de voz de las respuestas resultan amigables y muy naturales. Es perfectamente imaginable poder mantener una conversación fluida en un futuro no muy lejano.
Gracias a la funcionalidad "Voice Match", Google Home Mini puede reconocer la voz de quién le habla. Podemos configurar hasta 6 perfiles de usuarios, y Google Home dará respuestas personalizadas para cada usuario, como por ejemplo sus citas de calendario.
Podemos hacer una gran cantidad de acciones en el Google Home Mini. Por ejemplo, podemos preguntarle por la hora o el tiempo, preguntarle qué significa una palabra, pedirle que traduzca a otro idioma, o añadir recordatorios o leer nuestras citas de Google Calendar.
También podemos definir alarmas en una determinada hora o dentro de un cierto tiempo. Por ejemplo, podemos decirle "recuérdame apagar el horno dentro de 30 minutos".
Google Home también nos ayuda a hacer la lista de la compra. Podemos decir "añade comprar leche a la lista de la compra" y Google Home lo añadirá en la lista, que podremos consultar desde el celular.
Por supuesto, también puede ponernos música. Diciéndole "pon me algo de música" Google Home reproducirá música desde el servicio que tengamos configurado (Spotify o Google Music).
Cuando Google Home no entienda algo nos responderá que no entiende el comando. Estas funciones son las mismas que podemos tener en el móvil con Google Assistant.
Los productos Sonoff de Itead son equipos de IoT muy interesantes que forman una alternativa muy económica para darle inteligencia tu casa.
Disponen de integración con los principales asistentes de voz como Google Home o Alexa. Incluso podemos integrarlos con otros servicios en la nube a través de la popular aplicación IFTTT.
Para los makers mas avanzados, es posible reprogramar los dispositivos con uno de los firmware desarrollados por la comunidad, como el ESPurna desarrollado por Xose Perez, o Tasmota desarrollado por Theo Arends..
El producto principal y más conocido de la familia Sonoff es el relé controlado por Wifi. Su uso es muy sencillo, simplemente alimentamos el dispositivo por el primario, y en el secundario recibirá corriente cuando el relé este activado.
El relé también incorpora un pulsador para conmutar el relé de forma manual. Resulta imprescindible en casos de fallos de la conexion WiFi.
El intercambio de datos entre dispositivos IoT es el la piedra fundamental de este tipo de proyecto. Armamos una lista de los protocolos de comunicación existentes en el ámbito del IoT.
Un protocolo de comunicación es un conjunto de normas definidas como un standard para que dos o más dispositivos puedan comunicarse y entenderse.
Con el avance de las telecomunicaciones y el impulso que ha supuesto Internet, contamos con protocolos robustos como el WiFi ó el 3G la comunicación entre dispositivos no resulta ningún problema.
Sin embargo, en los proyectos de IoT tenemos ciertos requisitos especiales que hacen que los protocolos populares de comunicación no sean eficientes. ¿Cuáles son estos condicionantes?
Por su filosofía los proyectos IoT cuentan con una gran cantidad de dispositivos. Algunos de ellos de pequeños recursos (energía, potencia de RF, etc), como sensores o actuadores. Mientras que otros cuentan con mucho más recursos, como los servidores que recoge información, almacena datos, procesa estadísticas y/o aplican reglas de negocio.
Se debe contemplar que algunos de los dispositivos serán dispositivos embebidos, de bajo costo y escasa capacidad de cálculo. Por tanto, el protocolo deberá requerir poca capacidad de procesamiento.
Queremos que se puedan añadir o quitar dispositivos dinámicamente, sin que el comportamiento del sistema se modifique. Es importante mantener débil el acoplamiento entre dispositivos. Es decir, queremos que la dependencia entre los dispositivos sea la menor posible, y deseablemente nula.
Relacionado con la variedad y número de dispositivos, vamos a querer interoperabilidad. Nuestra solución debera ser capaz de soportar la mayor variedad de dispositivos, sistemas operativos y lenguajes de programación.
Se debe contemplar que un gran numero de sensores, actuadores y servidores, conlleva un gran número de comunicaciones simultáneas y, en general, se requiere una respuesta rápida.
Esto requiere que los mensajes transmitidos sean pequeños y, nuevamente, no requieran un gran procesamiento.
No importa de qué proyecto se trate la seguridad debe ser un elemento importante a tener en cuenta. En un proyecto IoT los dispositivos suelen estar expuestos a Internet y transmitir información privada e incluso controlan sistemas físicos.
Debemos poder acceder a los dispositivos fácilmente, por lo que tendremos que lidiar con direcciones de IP dinámicas y DHCP, posibles conexiones con mucha latencia o poco ancho de banda, dependencia con la infraestructura de la red, firewalls, etc.
¿Cómo conseguir que un número alto de dispositivos, distribuidos geograficamente usando redes desconocidas, se comuniquen entre sí?
Una solución posible, es externalizar la comunicación con un servicio de notificaciones centralizado. Esta solución consiste en disponer un servidor central o Broker, que se encarga de recibir los mensajes de todos los dispositivos emisores, y distribuirlos a los receptores.
El Broker tiene una dirección fija y es accesible por todos los dispositivos, con lo que se elimina el problema de visibilidad entre dispositivos. El servidor mantiene un registro de los dispositivos conectados, recibe los mensajes y los distribuye al resto dispositivos, filtrando los destinatarios según algún criterio.
Los dispositivos entre si, por lo que NO DEPENDEN del resto. Por tanto, esta infraestructura nos proporciona la escalabilidad.
La metodología Publicador/Suscriptor o PubSub es un arquitectura de mensajería donde un agente, el "Suscriptor", informa al "Broker" que quiere recibir mensajes de determinado tipo.
Otro miembro del sistema, el "Publicador" publica mensajes en la cola que le corresponde para que se distribuido por el "Broker" a los "Suscriptores" correspondientes.
El rRPC es un patrón de ejecución remota de procedimientos. Donde un miembro del sistema, llamado "Callee", comunica al "Broker" que proporciona un cierto procedimiento. Otro miembro, llamado "Caller", puede llamar a este procedimiento.
El Broker invoca el procedimiento en el "Callee", recoge el resultado del proceso, y lo comunica al "Caller" que lo ha invocado.
Existen varias topologias para realizar un patrón PubSub o rRPC. Describiremos dos de las principales. A efectos prácticos, podemos conseguir funcionalidades similares en ambos planteamientos, pero igual que en el caso anterior conviene ser consciente de la diferencia.
No obstante, también hay que destacar que existen soluciones que adoptan un comportamiento intermedio o híbrido entre ambos planteamientos.
En un servicio de mensajería de tipo "Message Queue" el "Broker" genera una cola de mensajes única para cada uno de los clientes que inician la subscripción.
El Broker discrimina los mensajes empleando el identificador del cliente, existen mecanismos para distribuir a múltiples clientes el mismo mensaje.
Las colas de mensajes de cliente mantienen los mensajes recibidos hasta que son entregados al cliente. De forma que si se recibe un mensaje cuando el cliente no está conectado, se mantienen en el Broker y son entregados cuando se conecta.
Ejemplo
Una aplicación de mensajería tipo Whastapp, donde el usuario recibe los mensajes que ha recibido mientras no estaba conectado.
Servicio de mensajería puro o Message Service. En este escenario, el Broker distribuye inmediatamente los mensajes a los clientes conectados.
Los mensajes se filtran por algún criterio, como el tema o el contenido del mensaje.
A diferencia de un "Message Queue", los mensajes entregados mientras el cliente está desconectado se pierden. No obstante, eso no significa que un servicio "Message Service" no pueda implementar algún tipo de persistencia de datos.
Ejemplo
Un chat, donde no podemos recuperar los mensajes emitidos cuando no estábamos en la sala. Otro ejemplo cotidiano es una conversación a viva voz. Si alguien dice algo mientras estamos en otra habitación, aunque entremos nos hemos perdido lo que se dijo antes.
| MQTT MQ Telemetry Transport |
Protocolo PubSub de Message Service que actúa sobre TCP. Destaca por ser ligero, sencillo de implementar.
Resulta apropiado para dispositivos de baja potencia como los que frecuentemente tenemos en IoT. Está optimizado para el routing activo de un gran número de clientes conectados de forma simultánea. |
|---|---|
| AMQP Advanced Message Queuing Protocol) |
Protocolo PubSub de Message Queue. AMQP está diseñado para asegurar la confiabilidad e interoperabilidad.
Está pensado para aplicaciones corporativas, con mayor rendimiento y redes de baja latencia. No resulta tan adecuado para aplicaciones de IoT con dispositivos de bajos recursos. |
| WAMP Web Application Messaging Protocol |
Protocolo abierto que se ejecuta sobre WebSockets, y provee tanto aplicaciones de PubSub como rRPC. |
| CoAP Constrained Application Protocol |
Protocolo pensado para emplearse en dispositivos de IoT de baja capacidad. Emplea el modelo REST de HTTP con cabeceras reducidas, añadiendo soporte UDP, multicast, y mecanismos de seguridad adicionales. |
| STOMP Streaming Text Oriented Messaging Protocol |
Protocolo sencillo que emplea HTTP y mensajes de texto para buscar el máximo de interoperabilidad. |
| XMPP Extensible Messaging and Presence Protocol |
Protocolo abierto basado en XML diseñado para aplicaciones de mensajería instantánea. |
| WMQ WebSphere MQ |
Protocolo de Message Queue desarrolado por IMB. |
Si ya sabemos lo que es una impresora 3D y hemos pasado al nivel de comenzar a imprimir es importante saber con qué material queremos trabajar y qué características tendrá el objeto que queremos fabricar. Es aquí donde llega un tema importante que debes conocer: los plásticos en la impresión 3D.
Los plásticos son los materiales más comunes dentro de la impresión 3D, pero ¿cuánto sabes acerca de ellos? ¿Qué diferencias existen entre cada uno de estos plásticos? Cada una de las tecnologías 3D fabrica con diferentes tipos de materiales, por ejemplo, la tecnología FDM/FFF trabaja con filamentos, la esterolitografía con resinas líquidas de fotopolímeros y el sinterizado láser con polvos termoplásticos.
Para que entiendas en profundidad el mundo de los plásticos en la impresión 3D hemos creado una completa guía que te ayudará a entender cada uno de los materiales, hoy te presentamos los plásticos, también puedes encontrar los materiales orgánicos, metales y mucho más…
Las tecnologías de deposición fundida son las más conocidos por utilizar materiales plásticos en la impresión 3D. Se presentan en formato de filamentos en una bobina que será colocada en la impresora 3D. En las tecnologías FDM/FFF existen muchísimas variedades de plásticos y de distintas características para cada uno de tus proyectos.
¿Recuerdas las piezas de lego? Pues el ABS es su material de fabricación, también llamado acrilonitrilo butadieno estireno, es el plástico más utilizado dentro de la industria 3D. Actualmente podemos encontrarlo, por ejemplo, en la carrocería de los automóviles, los electrodomésticos o las carcasas de los móviles. Pertenece a la familia de los termoplásticos o plásticos térmicos, contiene una base de elastómeros a base de polibutadieno que lo hace más flexible y resistente a los choques.
El ABS tiene una temperatura de impresión de entre 230ºC y 260 °C, y puede soportar temperaturas muy bajas (-20 °C) y muy elevadas (80 °C). Además de su alta resistencia, es un material reutilizable y puede ser soldado con procesos químicos. Sin embargo, no es biodegradable y se encoge en contacto con el aire, razón por la cual la plataforma de impresión se debe precalentar con el fin de evitar el despliegue de las piezas. Se recomienda además, la utilización de una impresora 3D con una estructura cerrada para limitar las emisiones de partículas que se desprenden al utilizar este material.
Spinners impresos en 3D con ABS
El ABS es empleado principalmente en la técnica de modelado por deposición fundida , es el que se encuentra comúnmente acompañando a las impresoras 3D de escritorio. Existe igualmente un derivado del ABS, en forma líquida, que es utilizado principalmente en los procesos de estereolitografía y PolyJet.
El ácido poliláctico o PLA, al contrario del ABS es biodegradable, se fabrica a partir de materias primas renovables, como el almidón de maíz. Es uno de los materiales con los que se puede imprimir más fácilmente, además de que una de sus características es el leve encogimiento luego de la impresión 3D, razón por la cual las plataformas calefactadas no son necesarias en la utilización de este material. Al imprimir con PLA en una impresora FDM/FFF las temperaturas no deben ser muy altas, entre 190ºC a 230ºC.
El PLA es más difícil de manipular dada su elevada velocidad de enfriamiento y solidificación. Es importante mencionar que puede deteriorarse o estirarse al contacto con el agua. Sin embargo, este material, en general traslúcido, es utilizado por la mayoría de las máquinas de deposición fundida y se encuentra en una amplia variedad de colores.
Existe una gran variedad de colores en los filamentos de PLA
Técnicamente conocido como Acrilonitrilo estireno acrilato tiene propiedades similares al ABS, pero con una mayor resistencia a los rayos UV, aunque también es posible encontrar alguna complicaciones a la hora de imprimir con este material, por lo que es recomendable igualmente tener una plataforma de impresión calefactada. Los ajustes de impresión son muy similares a los utilizados por el ABS, en el caso de ASA hay que tener especial cuidado con hacerlo con una máquinas con cámaras cerradas o en un espacio abierto debido a las emisiones del estireno.
Modelos impresos en 3D con ASA
El tereftalato de polietileno conocido popularmente como PET, comúnmente visto en las botellas de plástico desechables. Es el filamento ideal para piezas destinadas al contacto alimentario, es semirigido y con una buena resistencia. Para obtener los mejores resultados al imprimir con PET es necesario alcanzar temperaturas de entre 75-90ºC.
Comúnmente comercializado como un filamento traslucido, existen variantes como PETG, PETE, y el PETT. Es un filamento que no libera ningún olor durante la impresión y es 100% reciclable.
Diferentes tipos de filamentos de PET
El policarbonato (PC) es un material de alta resistencia diseñado para aplicaciones de ingeniería. Este material es capaz de soportar altas temperaturas, pudiendo mantenerse sin deformaciones hasta los 150ºC. El policarbonato es propenso a absorber la humedad del aire, algo que puede afectar su rendimiento y resistencia de impresión. Por ello debe ser almacenada en recipientes herméticos.
Se requieren temperaturas muy altas para la impresión, si no se hace adecuadamente es posible que muestre una separación de capas, esto ocurre al imprimirlo con una temperatura demasiado baja, o si se permite un enfriamiento excesivo. Los filamentos de policarbonato que existen actualmente contienen aditivos que permiten que el filamento se imprima a temperaturas más bajas.
Impresión 3D con policarbonato
La evolución de las tecnologías de impresión 3D ha llevado a un gran trabajo de investigación en materiales de impresión, que permite desarrollar una gama de filamentos de alto rendimiento que tienen características mecánicas similares a los metales. Existen varios tipos de polímeros de alto rendimiento, como PEEK, PEKK o ULTEM; se distinguen por su familia, como las poliariletercetonas (PAEK) o las polieterimidas (PEI). Estos filamentos tienen una resistencia mecánica y térmica muy alta, son muy fuertes y mucho más ligeros que algunos metales. Estas propiedades las hacen muy atractivas en los sectores aeroespacial, automotriz y médico.
Debido a sus características, los termoplásticos de alto rendimiento no se pueden imprimir en todas las máquinas FDM del mercado. De hecho, es necesario que la impresora 3D tenga una placa de calentamiento capaz de alcanzar al menos 230 ° C, una extrusión a 350 ° C y un recinto cerrado. Hoy en día, alrededor del 65% de estos materiales se imprimen con tecnología FDM, pero también se encuentran en forma de polvos, compatibles con la tecnología SLS.
Cada día existen más tipo de filamentos, y algunos de los que más exito han tenido son los filamento flexibles. Son muy similares al PLA , pero fabricados de TPE o TPU. La ventaja de estos filamentos es que permiten el desarrollo de objetos deformables, muy utilizado en la industria de la moda como la colección de Danit Peleg.
En general tiene las mismas carácteristicas de impresión que el PLA, y puede ser encontrado con diferentes rangos de rigidez. Se recomienda únicamente prestar atención a que el tipo de extrusor sea el adecuado para evitar atascos en la máquina.
Materiales flexibles en la impresión 3D, ampliamente utilizados en el diseño y la moda
Los filamentos que incluyen fibras de carbono han ido adquiriendo cada vez más popularidad dentro de la industria 3D, más aún al llegar al mercado impresoras 3D como las de Markforged especializadas en estos materiales. El motivo de su gran demanda es su increíble resistencia manteniendo en las piezas fabricadas un peso inferior en comparación con otros materiales.
Los filamentos con estas características incluyen pequeñas fibras de carbono en un material base que puede ser PLA, PETG, Nylon, ABS, o Policarbonato, mejorando las propiedades de cada uno. Los ajustes de impresión suelen ser los requeridos por su material base, aunque es importante contar con un hardware adecuado ya que las fibras de carbono pueden provocar la obstrucción de las boquillas de impresión.
Impresión 3D con fibras de carbono, dotan de gran resistencia a los modelos creados
Existen diferentes tipos de materiales que mezclan una base como PLA y que después incluyen polvos que dan un color o acabado diferente a los tradicionales, están compuestos en un 70% de PLA y en un 30% por el material híbrido. Se pueden encontrar en el mercado filamentos a base de madera que contienen polvos de bambú, corcho, madera, etc. La presencia de estos materiales dentro del filamento hace que el resultado final sean piezas con una textura más orgánica.
Aunque ya existan máquinas que utilizan la base de la tecnología FDM para imprimir en metal, como las nuevas máquinas de Desktop Metal. Hasta ahora es algo a lo que no todos tenemos acceso, por ello la empresa Colorfabb lanzo su filamento 3D de metal. Tiene la misma base que los filamentos híbridos creados con madera, pero en este caso se cambia por polvos de metal. Le dan a cada objetos un color diferente dependiendo de lo que elijamos: cobre, bronce, plata… etc.
Finalmente dentro de los filamento que consideramos híbridos y siguiendo la misma regla de fabricación, están los que mezclan materiales rocosos, como el cemento, los ladrillos o la arena. Que dan una textura completamente diferente a cada uno de los modelos.
Filamento 3D a base de madera
Los plásticos solubles pueden ser utilizados igualmente para imprimir soportes de impresión (en función de la complejidad y de la tecnología utilizada para la pieza deseada) que serán disueltos en la etapa siguiente. Los plásticos solubles más utilizados actualmente son el HIPS (Poliestireno de alto impacto) y el PVA (acetato de polivinilo). El primero se asocia con el ABS, y puede ser disuelto con limoneno, por el contrario el PVA se asocia con el PLA y se disuelve únicamente con agua. Existen igualmente los filamentos BVOH o copolímero de butanodiol y alcohol vinílico, muy popular últimamente en la impresión 3D de doble extrusión por ser un material de soporte soluble en agua, de acuerdo con los expertos tiene mejor solubilidad que el PVA y es compatible con múltiples materiales.
Filamento 3D a base de madera
Dentro de las tecnologías como SLA, DLP o incluso PolyJet, se utilizan resinas líquidas fotosensibles para la fabricación. Estas pueden ser divididas en termoplásticas y termosolidificantes. Dependiendo de cual elijamos permiten que los objetos impresos tengan un acabado mate o brillante, dentro de estas resinas se encuentran muchos de los plásticos de los que hemos hablado en la sección anterior, pero de forma líquida.
La gama de colores en estas tecnologías no es muy variada suelen ser blanco, negro, transparente, rojo, aunque actualmente desarrollos como las nuevas resinas de Formlabs prometen una gama mucho más amplia. Lo que diferencia a estos materiales con los de las tecnologías FDM, es que es imposible mezclar resinas para obtener resultados diferentes. Por ende no existen máquinas duales, lo único que conocemos es la máquina híbrida de Layer One que incluye la tecnología SLA y la FFF. La utilización de resinas dentro de la impresión 3D supone un proceso de postimpresión, hay que someter los modelos a una limpieza en alcohol isopropílico para obtener los mejores resultados.
Impresión 3D con resinas de fotopolimeros
Dentro de la impresión 3D con resinas existen diferentes tipos consideradas más técnicas, en donde podemos encontrar las sólidas, las más populares dentro de estas tecnologías; las flexibles, que aportan mayor flexibilidad y deformación a los modelos; las castables especializadas en la joyería debido a su facilidad para fundirse en la fabricación con inversión directa; y las biocompatibles que se centran especialmente en el sector dental y en el desarrollo de prótesis dentales.
La tecnología del sinterizado selectivo por láser (SLS) utiliza polvos plásticos para la fabricación de las piezas, mediante la utilización del láser las partículas pueden fusionarse y capa a capa crear una pieza.
Dentro de estas tecnologías existen diferentes variedades de materiales que permiten que los objetos fabricados tengan diferentes características de resistencia, flexibilidad, o textura.
Los objetos fabricados con poliamidas son generalmente creados a partir de un polvo fino, granuloso y blanco que se utiliza en la tecnología de sinterizado selectivo por láser (SLS), aunque algunas variantes de este material, como el nylon, también se presentan en forma de filamento y se utilizan en las impresoras 3D de material fundido.
Gracias a su biocompatibilidad, como el PLA, las poliamidas pueden ser utilizadas para fabricar piezas que tengan contacto con alimentos (exceptuando aquello que contengan alcohol), y al contrario del PLA y el ABS, las superficies logran ser más lisas sin un efecto de ondulación.
Impresión 3D con poliamidas
Al estar constituido por estructuras semicristalinas, este material presenta un buen equilibrio entre sus características mecánicas y químicas, es ahí de donde provienen su estabilidad, rigidez, flexibilidad y resistencia a los choques. Estas ventajas dan paso a una amplia gama de aplicaciones y a un alto nivel de detalle. Su alta calidad es utilizada, por ejemplo, para la fabricación de engranajes, piezas para el mercado aeroespacial, el mercado de la automoción, la robótica, las prótesis médicas o para los moldes de inyección.
Los objetos plásticos de alumide son fabricados a partir de una combinación entre poliamidas y aluminio en polvo, utilizando la tecnología de sinterización selectiva por láser (SLS). Con una gran superficie ligeramente porosa y un aspecto arenoso y granulado, este material ofrece una gran solidez y una alta resistencia a la temperatura (172°C máx.) y a los choques con una cierta flexibilidad. Sin embargo, algunos post-tratamientos son generalmente necesarios, como el rectificado, lijado, revestimiento o el fresado.
El alumide es utilizado para modelos complejos, piezas de diseño o para pequeñas series de modelos funcionales, que necesiten de una alta rigidez y de un aspecto cercano al aluminio. La técnica utilizada implica pocos límites geométricos.
La utilización del alumide le da un textura granulosa a los modelos creados
Otro termoplástico muy utilizado en el sector de la automoción, los textiles profesionales desechables o en la fabricación de cientos de objetos cotidianos. Es el polipropileno (PP) conocido por su resistencia a la abrasión y a su capacidad de absorber los choques, además de una relativa rigidez y flexibilidad.
Uno de sus inconvenientes es su baja resistencia a la temperatura y su sensibilidad a los rayos UV lo cual pueden ocasionar que se expanda, razón por la cual varios fabricantes de impresoras han desarrollado derivados de este material, los simili-propilenos, con el fin de reforzar sus propiedades físicas y mecánicas.
El polipropileno es cada día más utilizado dentro de la industria
Desde los inicios de la impresión 3D se han desarrollado múltiples tecnologías, el propósito es el mismo es convertir un modelo digital en un modelo físico. Para llegar a la meta cada una de las tecnologías tiene diferentes técnicas, desarrollos, y por supuesto resultados.
El día de hoy hemos decidido comparar dos de las tecnologías más conocidas dentro de la industria, y ayudarte a resolver la pregunta: ¿Qué elegir FDM o SLA?
La primera tecnología conocida dentro de la impresión 3D fue la estereolitografía, mundialmente conocida por sus siglas SLA. Sus primeros desarrollos comienzan en 1986 cuando Chuck Hull, fundador de 3D Systems, registra la primera patente comercial de la que es la tecnología de fotopolimerización de una resina a través de láser. Años después surgió la tecnología DLP, basada en la misma técnica, pero utilizando luz generada por un proyector. En el desarrollo de las impresoras de tecnología SLA/DLP destacan empresas como Formlabs, B9Creations o Carbon 3D.
Años después en 1988 Scott Crump, fundador del otro gigante de la impresión 3D, Stratasys, da a conocer las primeras máquinas de deposición de material fundido FDM (Fused Deposition Modeling) o también conocidas como FFF (Fused Filament Fabrication. Adquiriendo gran popularidad estas últimas debido a su fácil manejo y a su precio más reducido en comparación con las otras tecnologías. En el desarrollo de tecnologías FDM destacan empresas como Ultimaker, Makerbot o BQ.
A la hora de hablar de hablar de materiales para impresoras FDM o SLA, la primera es la más popularizada e igualmente la más accesible a nivel económico, es por esto que se han desarrollado múltiples materiales, los más básicos son los plásticos PLA y ABS, a partir de este desarrollo han surgido múltiples materiales que se han adaptado al entorno como los filamentos de madera, corcho o café. Igualmente esto ha permitido desarrollar un cantidad de colores inmensa, así como materiales flexibles. Los diámetros de filamento de esta tecnologías son 1.75 o 2.85mm, algunas marcas han desarrollado sus propios filamentos adaptados a sus máquinas como es el caso de Zortrax.
Impresora 3D de tecnología SLA, con sus consumibles de impresión
En el caso de la tecnología SLA se utilizan resinas, con colores más limitados y a un precio un poco más elevado. La diferencia aquí es que las resinas son difícilmente intercambiables, con lo cual dependemos exclusivamente de los desarrollos del fabricantes, máquinas como las Form 2 cuentan únicamente con resinas negras, blancas, grises y transparentes, espera lanzar al mercado su gama de colores en 2018.
Una de las claves para diferenciar ambas tecnologías es la calidad de impresión, una muy por encima de la otra. En esta comparación FDM o SLA, el primero puesto en calidad se lo lleva la tecnología de estereolitografía.
En el caso de la tecnología SLA la resolución de los modelos está determinada por el punto óptico del láser o proyector. Además de que al imprimir no se aplica fuerza ya que utiliza la luz para su polimerización, lo que da como resultado superficies mucho más lisas. Alcanzando groseros de capa de 0.05 a 0.01 mm.
Modelos creados con tecnologías FDM
En el caso de la tecnología FDM la resolución está directamente relacionada con con el tamaño de la boquilla de extrusión y la precisión de los movimientos del extrusor (eje X/Y), por ello es de máxima importancia calibrar correctamente la máquina. Muchas veces la calidad también varía en función de la máquina, en su precisión y suavidad de impresión, ya que el peso de las capas superiores puede desplazar las inferiores, reduciendo la calidad. El grosor de capa de una impresora FDM va desde 0.5 a 0.127 mm.
Modelo creado con tecnologías SLA
Cuando nuestra impresora 3D termina su trabajo no significa que el nuestro haya terminado también, realmente todas las tecnologías de impresión 3D llevan un postprocesamiento, que pueden ir desde el desprendimiento de la pieza y una ligera limpieza hasta horas de trabajo.
En el caso de la tecnología FDM el postprocesamiento es relativamente sencillo: retirar los soportes de impresión, en caso de que los hayas utilizado, y limpiar los excesos de plástico con alguna herramienta sencilla. Si quieres un mejor acabado puedes lijar o utilizar una herramienta como la Polysher de Polymaker.
Modelos de joyería creados con tecnología SLA
Si has decidido imprimir con la tecnología SLA te darás cuenta que aquí puede tomar un poco más de tiempo. Empezando por quitar el modelo, que puede ser un poco más complicado en que en una impresora FDM, ya que al quedarse restos de resina puede dificultar el proceso un poco. Al tener el modelo con nosotros debemos remover los residuos de resina, por lo que hay que colocar nuestros modelos en un baño de alcohol isopropílico, algo que debemos hacer delicadamente utilizando guantes para protegernos de las sustancias. Después de la limpieza del modelo remover los soportes es algo que se puede hacer manualmente o con ayuda de herramientas sencillas.
Una de las grandes diferencias entre las máquinas FDM o SLA son las diferencias en precios tanto de las impresoras 3D como de los consumibles. En el caso de una máquina FDM puedes encontrar impresoras 3D tan baratas que vayas desde los 200€, cuando hablamos de los filamentos 3D puedes encontrarlos por un precio de 20€ el kilo, si buscas algo especializado el precio puede aumentar.
Modelos con los colares actuales existentes en la tecnología de estereolitografía
En cuanto a las máquinas de estereolitografía el precio de alguna máquina conocida dentro de la industria puede empezar a partir 3.000€ y las resinas pueden costar como mínimo 70€, además de que después de varias impresiones el tanque de impresión es necesario que se cambie. Actualmente muchas empresas están trabajando para aumentar la oferta y con ello reducir el precio de las máquinas.
Debido a la diferencia en precios y calidad de ambas tecnología, se ha concentrado su utilización en diferentes sectores. En el caso de la tecnología de deposición fundida sus principales usos son el prototipado rápido, modelos low cost, experimentación en la impresión 3D, en la educación y en el desarrollo de modelos en los que la calidad no es crucial. A pesar de ello esta tecnología está mejorando día con día sus calidad para acercarse a los productos finales.
La estereolitografía por otro lado, al contar con mucha más calidad de impresión se utiliza en joyería o desarrollos artísticos debido a la posibilidad de utilizar resinas castables. No es conveniente ser utilizada en modelos que vayan a ser expuestos a cambios de iluminación o calor, ya que suelen sufrir cambios al exponerse a la luz solar, el sector dental también ha sabido sacar provecho de esta tecnología debido a sus detalles.
El sector joyero es uno de los grandes beneficiados de las tecnologías SLA
FDM – Pros
FDM – Contras
Modelos creados con tecnología FDM
SLA – Pros
SLA – Contras
Esta placa se ha diseñado y desarrollado usando todas las grandes contribuciones y comentarios del Grupo Clone Wars de RepRap España. Se han intentado eliminar los defectos de otras placas similares intentando mantener un precio asequible pero con muchas características.
La mejor placa diseñada en España (hasta la fecha) y todo de la mano de la comunidad Clone Wars.
Esta tarjeta ha sido diseñada con el objetivo de solucionar los defectos de otras similares manteniendo un precio asequible y una gran funcionalidad. La SAV MkI, mejora las anteriores tarjetas en producción (Gen6, sanguinololu) mediante la inclusión de MOSFET de potencia adaptados a los requerimientos de las impresoras 3D, soporte para tarjetas SD, la regulación en placa a 3.3V para conectarse a periféricos de 3,3V tales como Bluetooth, la mejora en la fiabilidad del enlace USB y la reducción del coste al eliminar el chip FTDI UART.
La placa SAV MkI deriva de la placa Teensylu y de la Printrboard, placas de desarrollo basadas originariamente en la Sanguinololu. Emplea un Atmel AT90USB1286 MCU que dispone de conexión USB lo que permite eliminar el integrado FTDI UART (USB-to-serial). Al disponer de USB en placa se mejora toda una serie de caracerísticas, los tiempos de carga del firmware, las comunicaciones, la transferencia de g-codes y el tiempo de transferencia de archivos desde la máquina a la tarjeta microSD integrada. El AT90USB conecta en cualquier velocidad de transmisión, independientemente de la configuración del firmware, y permite eliminar prácticamente los de errores de comunicación y las pausas.
Además, la SAV MkI lleva un segundo UART con los niveles ajustados a lógica de 3.3V que permite conectar cualquier dongle bluetooth HC-05 o HC-06 y controlar la impresora de forma inalámbrica.
La SAV MkI ha sido diseñada después de escuchar la opinión de los miembros del Grupo Clone Wars y otros RepRapers. Han querido crear una electrónica que satisfaga sus expectativas que tenga un montón de características y que sea asequible.
Atmel AT90USB1286 Microcontroller @16 MHz
Esta placa es compatible con cualquier LCD diseñado para la printrboard, teensylu o sanguinololu.
También hemos diseñado un LCD específico para ella con encoder rotatorio, 2 botones y un backpack que te permitirá conectar cualquier dispositivo de 5V (por ejemplo, un servo para el autonivelado de la cama caliente) con un pin de entrada salida y su propio regulador de tensión.
Aquí la tienes:
SAV 3D LCD
SAV OLED
La humedad es el agua que impregna un cuerpo o el vapor presente en la atmósfera. Para todos los seres vivos, el agua es lo más necesario para subsistir, más aún que los alimentos, pero para elementos no vivos, la humedad suele ser una fuente de problemas, ya que, provoca la oxidación y degradación de muchos materiales.
En el caso de la impresión 3D, más concretamente en los filamentos, la concentración de humedad excesiva puede provocar una larga lista de problemas, todos con el mismo final, una impresión 3D fallida.
Los efectos de la atracción de agua pueden dar lugar a los siguientes problemas: aumento de la fragilidad, el aumento del diámetro (posibles problemas con las impresoras con sistema de extrusión tipo Bowden), la degradación de filamentos, rompiendo filamento, etc.
También es necesario tener en cuenta el hecho de que los filamentos que han absorbido agua tendrán una temperatura más alta para la extrusión. Recuerda evitar tener los filamentos colocados en la impresora si no vas a imprimir. Pueden llegar a quedarse atascados en el extrusor porque al absorber agua engordan y aumentan de diámetro.
En el siguiente mapa extraído se muestra la humedad relativa media anual (relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a idéntica temperatura), valor que se obtiene a partir del promedio de la humedad registrada en los doce meses del año. La humedad relativa es muy diferente dependiendo en que parte de la geografía europea te encuentres, siendo más acusada en la zona norte del continente.
Como motivo de la evolución del mundo de la impresión 3D, existen filamento con gran resistencia a la humedad, como el PETG o el CPE HG100, copoliésteres que pueden estar expuestos al agua largos intervalos de tiempo sin problemas. Entre el resto de filamentos encontramos algunos con resistencia moderada, como puede ser el PLA o el ABS, y otros, especialmente los nylons y el PVA, altamente propensos a la absorción de la humedad, llegando a alcanzar altos valores en menos de un día.
Ciertos usuarios de impresoras 3D utilizan métodos convencionales para eliminar la humedad del filamento y almacenarlo, como secar el material en un horno doméstico y almacenar el filamento en cajas con un cierre que no es totalmente estanco. Estas medidas, aparte de ser peligrosas en el caso del horno doméstico, no son totalmente efectivas, sobre todo con materiales técnicos y avanzados.
La manera más efectiva de eliminar la humedad contenida en un material es utilizar una secadora de filamentos, como la secadora de filamentos PrintDry, un dispositivo capaz de romper los enlaces intermoleculares entre el agua y el polímero gracias a su temperatura de secado (35 - 70ºC) y al flujo de aire natural que existe en su interior, el cual arrastra la humedad de la superficie del filamento al aire que lo rodea. El valor ideal de la humedad en un filamento es entre 10 - 13%.
Tanto al inicio del uso de una nueva bobina como a continuación de secar un filamento, es indispensable el correcto almacenamiento para mantener el mínimo porcentaje de humedad. En materiales convencionales (PLA o ABS) y intervalos cortos de almacenaje (< 2 meses) el uso de su bolsa con cierre a presión tipo "grip" es suficiente. En caso de tiempos de almacenamiento superiores o con materiales técnicos y avanzados esta medida no es suficiente. La solución ideal es emplear los envases de filamentos herméticos con sellado al vacío PrintDry. Son unos recipientes de plástico de alta resistencia, donde cada usuario puede almacenar su filamento con total seguridad sin preocuparse por si éstos cogen humedad. El potencial de estos envases está en la tapa, ya que, en esta se aloja una válvula de vacío, a través de la cual y con la ayuda de una bomba manual (incluida con los envases), se consigue extraer el aire del interior del envase, proporcionando un almacenamiento libre de polvo y humedad. De esta forma se puede garantizar el correcto estado del filamento, aunque hayan pasado varios meses desde que la bobina se sacó de su precinto original de fábrica. A mayores, hay que tener en cuenta que la humedad relativa de la zona donde esté almacenado el material afecta en gran cantidad, debiendo ser este el menor posible sin perjudicar a la salud del usuario (Un buen valor sería sobre el 40%).
La vida de un filamento de calidad desde su fabricación es de 2-3 años, siempre y cuando esté en su precinto y vacío original. Una vez abierta la bolsa original, el tiempo que tarda en perder sus propiedades mecánicas y de color depende del tipo de material y del almacenaje. Un PLA o ABS almacenado de la manera mencionada anteriormente puede conservar sus propiedades más de 1 año, pero en caso de no ser así, resistirá una décima parte del tiempo. En materiales más delicados, como nylons y PVA, la pérdida total de su vida puede ser de escasos días.
Es, por tanto, una evidencia que mantener los filamentos con bajos valores de humedad (10 -13%) es un factor clave a tener en cuenta en todo momento, para evitar problemas antes, durante y después de una impresión 3D.
Para tener la máxima fiabilidad a la hora de la impresión es vital tener el máximo número de variables posibles controladas, y la humedad es una de ellas para garantizar la máxima robustez en el proceso de impresión.
En este artículo vamos a hablar sobre los tipos de extrusores y HotEnd más comunes en el mundo de la impresión 3D. En el artículo se habla de productos de primeras marcas. Este matiz es necesario ya que si se utilizan extrusores y HotEnd de baja calidad puede darse el caso que no se cumplan las características que comentamos a continuación.
La función principal del extrusor es desplazar el filamento desde la bobina hasta el HotEnd de la manera más precisa y a la velocidad adecuada para la impresión 3D, pero existen diferentes clasificaciones de los extrusores. En este post analizaremos las principales.
Dentro de los extrusores existen dos tipos en función del tipo de accionamiento: Directo y Bowden. En el extrusor directo, como su propio nombre indica, el filamento transcurre directamente desde la rueda dentada del extrusor al HotEnd. Incluso hay sistemas en los que estas dos partes están juntas, como en el Titan Aero.
En los extrusores Bowden, por el contrario, la unión con el HotEnd es a través de un tubo PTFE por el que transcurre el filamento.
El HotEnd es el encargado de fundir el filamento para poder realizar la pieza deseada. En él se configura el tipo de HotEnd (V6 o Volcano) y el nozzle en función del diámetro del material, en función del tipo de pieza, calidad y acabado que se desea obtener. Clasificamos de esta forman los extrusores en tipo V6 y Volcano y a continuación citamos las ventajas e inconvenientes entre estos dos tipos de HotEnd.
Ciertos fabricantes denominan los HotEnd en función del sistema de extrusor y del diámetro de filamento que se quiera utilizar. Por ejemplo, E3D Online utiliza la designación "universal" para sus HotEnd de 1.75mm (universal directo y universal bowden) en el cual el tubo TPFE llega hasta el interior del Heat Break, canalizando al filamento sin interrupciones hasta el bloque calentador. Para los HotEnd de 2.85/3mm simplemente utiliza la designación "directo" o "bowden".
Por nuestra parte recomendamos que cada usuario estudie su caso particular en función del tipo de piezas y la velocidad con las que desea imprimir 3D pero siempre utilizando componentes de primera categoría que aseguren la calidad en todos sus productos.
Con la utilización de materiales fuera de los convencionales, como puede ser el nylon, o al imprimir ciertas piezas en FDM/FFF que tienen base pequeña o un diseño complejo, suelen aparecer problemas de adherencia del filamento a la base, tanto al inicio como durante la impresión 3D.
Lo primero que se debe comprobar es la nivelación de la base y que la temperatura de esta sea la indicada para ese tipo de filamento. Si, aun así, sigue persistiendo el contratiempo, se puede subsanar el error mediante 3 métodos distintos de adhesión a la base: brim, raft o skirt. Su activación mediante el programa de impresión escogido (Cura, Simplify3D, etc) se llevará a cabo en el apartado de "plataforma de adhesión".
Este procedimiento se encarga de la elaboración de la copia del contorno de la pieza a imprimir, previamente a ser impresa la propia pieza. Con esto se asegura la purga del extrusor antes de empezar a fabricar la pieza y la nivelación de la base, evitando así errores al inicio. Se puede configurar el número de vueltas de contorno que efectúa, la distancia de separación a la pieza, así como la altura hasta la que se debe realizar. Si se elabora el contorno con la altura de la pieza se crea un muro que la protege de corrientes de aire, lo que favorece la impresión 3D de materiales sensibles a esto, como el ABS.
El brim utiliza el mismo procedimiento que el skirt, pero en contacto directo con la pieza. Este método es ideal para piezas pequeñas o de base estrecha, como en una silla o en una torre. También se recomienda su utilización con impresiones 3D de piezas que tienden a despegarse las esquinas o que contengan partes estrechas, como piñones y engranajes. Con el uso de 1-2 capas de altura se consigue la adhesión suficiente para evitar el problema. El único contratiempo que tiene este método es la dificultad de eliminarlo después de la impresión 3D si no se dispone de alguna herramienta postprocesado, como es el Modifi3D.
Este es el método más adecuado para materiales de difícil adhesión a la base. Este sistema crea una celosía horizontal entre la base de la impresora 3D y la pieza. Como esta celosía tiene más área de contacto con la base que la propia pieza, favorece la adherencia y elude problemas de nivelado (cuando el desajuste es pequeño). Referido a esto último, en ciertas impresoras 3D que tienen una base de grandes dimensiones y cuya nivelación exacta es muy difícil de conseguir, es aconsejable utilizar siempre el raft. Al contrario que el brim, el soporte del raft, es fácil de eliminar y sin prácticamente restos ningunos.
Con los procedimientos mencionados anteriormente, cualquier usuario puede realizar impresiones 3D de todo tipo y con casi cualquier material sin ningún tipo de problema o complicación, como podría ser la aparición de warping.
Si comparamos un robot con una persona, los sensores serían sus sentidos. Éstos transmiten información a su sistema de control o cerebro, modificando su comportamiento e influyendo sobre el mundo mediante sus actuadores. Además, un robot necesitará una fuente de energía para funcionar y una estructura física para sostener los elementos que lo componen.
El cerebro o la placa controladora es como un pequeño ordenador. Básicamente es un microcontrolador al que se le pueden conectar sensores (sentidos), y actuadores (músculos, voz, etc).
Un sensor no es más que un componente electrónico que transmite más o menos electricidad en función de un elemento físico, como la luz, el sonido, la distancia, etc. Si queremos conectar un sensor a nuestra placa, tendremos que averiguar primero si el sensor es digital o analógico.
Un sensor digital solo puede tener dos valores: 1 o 0, todo o nada. Un ejemplo de sensor digital es un pulsador, en el que cuando pulsamos el botón éste vale 1, y cuando no lo pulsamos 0. En una placa ZUM o similar, los sensores digitales irán conectados en los pines digitales D0-D13.
IMPORTANTE: Los pines digitales 0->RX y 1->TX se usan para recibir y enviar información, por lo que si les conectas un sensor o actuador y programas la placa, puede que el programa no se cargue o no funcione correctamente. Además, el pin D13, debido a la existencia del LED D13, no recibe la misma tensión, por lo que puede darte problemas en el uso de algunos elementos. Usa con precaución dichos pines.
Un sensor analógico puede tener múltiples estados siendo capaz de transformar la cantidad de luz, temperatura u otros elementos físicos en un valor comprendido entre 0 y 1023. Un ejemplo de sensor analógico es un sensor de luz, donde dependiendo de la cantidad de luz que el sensor recibe dará un valor mayor o menor. En una placa ZUM o similar los sensores analógicos irán conectados en los pines A0-A5.
Un actuador es un componente electrónico capaz de realizar una acción sobre el entorno. Por ejemplo, un motor que mueve una rueda, un LED que indica que un aparato está encendido, un altavoz que emite un sonido de alerta, etc.
Utilizando una placa ZUM o similares, todos los actuadores que utilicemos irán conectados a un pin digital. Hay actuadores, como un LED, que solo tienen dos estados, mientras otros como un servomotor, pueden tener múltiples posiciones y por tanto ser analógicos. Para este tipo de actuadores nuestra placa, que es digital, se servirá de un truco o método conocido como señal PWM. De momento no te preocupes por ella, veremos su utilidad más adelante.
A veces crearás un proyecto o un robot que no se comportará como habías pensado. Recuerda que tu placa controladora es el cerebro de tu máquina, pero es mucho más limitado que un cerebro humano.
Un robot simple diseñado para el campo educativo. Las características principales de SMARS son la cantidad reducida de componentes, la posibilidad de montarlo sin tornillos y sin soldar ninguna parte, no necesita pegamento o similar y es muy barato de construir.
Otro punto principal de SMARS es el diseño modular. Puede montar diferentes sensores y herramientas y diseñar sus propias piezas.
Las características principales de SMARS son "cantidad reducida de piezas", "la posibilidad de montarlo sin tornillos" y "sin soldar ninguna parte", "no necesita pegamento" y es muy barato de construir.
La palabra robot proviene del checo: robota, que significa trabajo duro o forzado. Se usó por primera vez durante la obra de teatro Rossum Universal Robots de Karel Čapek y su uso se extendió gracias a las obras de ciencia ficción creadas por el escritor Isaac Asimov.
A menudo nos imaginamos a un robot como una máquina con forma humana que camina, habla, gesticula… pero en realidad es algo mucho más sencillo:
“Un robot es una máquina automática programable que es capaz de interpretar información del medio físico para modificar su conducta. Tiene la capacidad de interactuar con el entorno y, en función de ello, realizar unas funciones u otras.”
Si comparamos un robot con una persona, los sensores serían sus sentidos. Éstos transmiten información a su sistema de control o cerebro, modificando su comportamiento e influyendo sobre el mundo mediante sus actuadores. Además, un robot necesitará una fuente de energía para funcionar y una estructura física para sostener los elementos que lo componen.
¡Podes programa tu propio robot, actualizarlo y explorar el mundo robótico!
Zowi es un robot que evolucionó de "BOB el Robot" basado en Arduino, puede comunicarse y tiene su propia aplicación Zowi para ser controlada a través de Bluetooth y hay diferentes juegos y actividades disponibles en la aplicación y nuevas funciones serán desbloqueadas mientras juegas. ¡Descúbrelos a todos!
Juega a los minijuegos. Controla los movimientos de Zowi con el control remoto; ¡puedes hacerlo caminar o balancearse de puntillas, cambiar sus gestos o coordinar sus movimientos de baile! También puede programar acciones desde la computadora para que Zowi las realice.
Pon a prueba tus conocimientos, supera desafíos y aprende más sobre tu robot. Con cada prueba que pases, desbloquearás nuevas acciones.
Zowi viene con un tablero reprogramable para que puedas enseñarle cosas nuevas. Puedes hacer esto usando Bitbloq.
Bitbloq es una herramienta de programación de bloques simple e intuitiva.
¡Abrí la tapa de tu robot y agregale sensores, LEDs, motores, o simplemente pégale un skins y personaliza tu Zowi y sus funcionalidades!
Además, es un robot de código abierto: el diseño físico, el código y la aplicación se han puesto a disposición de forma gratuita para que cualquiera pueda entenderlo y modificarlo.
El primer robot apilable del mundo con el objetivo de brindar a los niños una forma intuitiva e interesante de aprender y jugar.
Los motores, cabeza, brazos y sensores de los componentes del robot son "bloques" con diferentes colores y diferentes funciones que se pueden apilar para que el robot se comporte de manera diferente.
El artrópodo asistente robótico. Fluido como un insecto real, también es inteligente y de ¡código abierto!
Lo puedes controlar con tu celular y mirando a través de su cámara: ¡una nueva perspectiva para las misiones de exploración! 🤯
El robot utiliza la potente placa Intel Edison y está equipado con funciones de visión artificial como el reconocimiento de rostros y objetos.
Es un pequeño robot imprimible en 3D basado en una Raspberry Pi que es fácil de construir y se ve bien en comparación con los kits más comunes de "arduino car".
Las partes que integran el "ZeroBot" son: "Raspberry Pi Zero W" para el cerebro, un controlador, dos motores para el movimiento, una batería lipo para el poder y una cámara pi para ver.
El chasis está hecho completamente de piezas que se pueden imprimir fácilmente en 3D.
El Zero W crea un punto de acceso WiFi al que los usuarios pueden conectarse en una computadora o teléfono inteligente, y posteriormente proporciona control de FPV.
Kit modular de "bloques" similar a Lego Mindstorm que es fácil de ensamblar y no requiere soldadura: ¡solo conéctelo y juegue!
¡El kit incluye una unidad central que se conecta con un teléfono inteligente, dos motores y un paquete de bloques de plástico para dar diferentes formas a sus creaciones!
Con este kit se pueden construir un robot con ruedas, un dinosaurio o un brazo robótico con los mismos componentes.
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