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Somos el laboratorio de Fabricación Digital de la Universidad de Chile. Apoyamos proyectos y emprendimientos en donde la ciencia y la tecnología estén al servicio de la sociedad!

PROYECTO DESTACADO FABLAB
PROYECTO DESTACADO COMUNIDAD

Algoritmo de detección visual en tiempo real

Tarea Universitaria 07 Dic 2017

El proyecto consiste en la realización de un algoritmo de detección visual en tiempo real usando el lenguaje de programación Python. El proyecto se lleva a cabo utilizando únicamente librerías que se pueden descargar gratuitamente desde la interfaz de Python, principalmente TensorFlow la cual es una biblioteca de código abierto para aprendizaje automático desarrollado por Google. La principal característica de TensorFlow corresponde a que es capaz de construir y entrenar redes neuronales para detectar y descifrar patrones y correlaciones, lo cual es fundamental para realizar la comparación de la imagen entrante (tomada por la cámara) con relación a distintas bases de datos. Únicamente utilizando la cámara frontal de un notebook como material, se realizó este algortimo el cual es lo suficientemente robusto como para poder detectar sin problema distintas personas (aún cuando estas no aparezcan completas frente a la cámara) y distintos tipos de objetos que se posen en el rango de captura de la cámara en tiempo real. Dado el alto potencial que las redes neuronales tienen en el ámbito de la robótica, se considera que la mejora de este algoritmo y su implementación en distintos dispositivos electro-mecánicos como los realizados en el FabLab pueden entregar grandes y simples soluciones a problemas cotidianos, como por ejemplo saber si quien se encuentra parado fuera de la puerta de nuestro hogar es alguien conocido o no. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Las librerías utilizadas para Python: Numpy TensorFlow Pillow Lxml Jupyter (unicamente para revisar el código por celdas) Matplolib OpenCV (es externo a Python, se utilizó para obtener las imágenes de la cámara) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- La base de datos para las comparaciones, así como el modelo de comparación se obtiene de: https://github.com/tensorflow/models --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Video del algoritmo en funcionamiento: https://youtu.be/I6XrZlTq0uc --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Este proyecto se basó en el trabajo realizado previamente sobre la detección de objetos utilizando TensorFlow por Daniel Stang, en la página medium.com, tal como se especificó en las referencias.

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NUEVOS PROYECTOS
BioPrinter
Tarea Universitaria

El mundo de la impresión 3D La impresión 3D es un método de fabricación aditiva, que consiste en una técnica de producción controlada por computadora que construye un producto capa por capa. Aunque existen diferentes técnicas disponibles, los tres componentes básicos son[1]:   Diseño digital. Tecnología de impresión 3D. Material utilizado.  Las tecnologías de impresión 3D se pueden dividir en varias clases, esquematizadas en la siguiente figura. En principio, todo tipo de materiales puede ser utilizado para manufactura con técnicas de impresión 3D; desde arena a metales, cerámica, comida, células vivas y plástico. Las características principales de interés son la temperatura de fusión, viscosidad de fusión y tiempo de coagulación[1]. En los últimos años, el plástico se ha posicionado como el material más utilizado en manufactura, alcanzando una producción global anual de 300 millones de toneladas aproximadamente. El consumo de plástico en Chile es del orden de las 900.000 toneladas anuales (50 kg/habitante/año), siendo los plásticos más utilizados los polietilenos de alta y baja densidad (PEAD y PEBD), polipropileno (PP) y polietilentereftalato (PET). Se estima que el 10% del plástico producido globalmente se convierte en desechos oceánicos, representando una significativa amenaza ecológica y a la salud humana[2].   Debido a sus propiedades mecánicas y su bajo costo económico, el plástico es el material más utilizado para impresión 3D.   Plásticos más utilizados​​   Los plásticos para impresión 3D corresponden a filamentos, empaquetados en bobinas, los que corresponden a: PLA, ABS y PET. A continuación se presentan ventajas y desventajas de cada material, además de aplicaciones típicas de los mismos.   Poliácido Láctico (PLA) Este es el material más utilizado por quienes se inician en el mundo de la impresión 3D, se utiliza especialmente para fabricación de elementos decorativos, figuras como maquetas y prototipos.  Ventajas  Desventajas  - Facilidad de impresión.  - No necesita cama caliente.  - Muy estable.  - Velocidad de impresión más rápida que otros materiales.  - Procede de materia orgánica (maiz, trigo, yuca, etc.).  - Biodegradable.  - Reciclable.  - Baja resistencia térmica (Se vuelve endeble a partir de los 60°C).  - Baja resistencia mecánica.  - Sensible a la humedad.   Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) Este material procede del petróleo, es muy utilizado en la indstria para fabricación de elementos mecánicos, piezas de automoción, entre otros. También se puede utilizar para elementos decorativos y otras aplicaciones.  Ventajas  Desventajas  - Muy estable a altas temperaturas (de 80°C a 90°C).  - Conserva tenacidad a temperaturas extremas (de -40°C a 90°C).  - Alta capacidad de mecanizado (lijar, perforar, etc.).  - Resistente a ataques químicos.  - Muy resistente a impactos.  - Requiere de experiencia en impresión 3D.  - Dificultad de impresión.  - Contracción entre capas más rápidas que el PLA, pudiendo resquebrajarse.  - Puede producirse efecto warping.   Tereftalato de Polietileno (PET) Es muy utilizado para fabricar cualquier tipo de objeto o envase de uso alimenticio, elementos decorativos con transparencia, y otros.  Ventajas  Desventajas  - Alta transparencia, incluso en filamentos de color.  - Alta resistencia al desgaste y corrosión.  - Buena resistencia química y térmica.  - Resistente a impactos.  - Impermeable.  - Resiste esfuerzos permanentes (flexibilidad).  - Baja absorción de humedad.  - En el uso doméstico, permite cocción en microondas.  - Alta capacidad de mecanizado.  - Resistente a ácidos, bases y grasas.  - Levemente tóxico.  - No es biodegradable.  - Se vuelve endeble a partir de 70°C.   Biomateriales   Como se expuso anteriormente, el amplio uso de plásticos ha generado una verdadera crisis ambiental, con lo que se hace necesario incentivar el uso de materiales amigables con el medioambiente, que permitan una mejor gestión de residuos. Es aquí donde toman protagonismo los biomateriales, los que son fabricados a partir de abundantes fuentes de ingredientes naturales, por ejemplo: minerales, alimentos, desechos de la agricultura, entre otros.   En el caso de alimentos para producir biomateriales, se pueden usar numerosos tipos de cultivos para extraer azúcares, almidones, aceites o lignocelulosas, desde remolacha azucarera, maíz, colza, pastos perennes hasta residuos de cultivos. Estos cultivos pueden convertirse en productos químicos a granel de base biológica a través de diferentes técnicas de conversión. Los productos químicos a granel de base biológica a menudo son productos intermedios y se pueden convertir en una amplia gama de plásticos de base biológica[1].   Biomateriales extruibles   Debido a la gran diversidad de materias primas que son útiles para formar un biomaterial, estos poseen una variada cantidad de propiedades interesantes, que pueden ser aplicadas en distintos ámbitos, ya sea desde un biomaterial comestible a incluso uno capaz de neutralizar olores. Debido a que en este proyecto se busca imprimir y construir figuras 3D, se buscan biomateriales pastosos, con el fin de que sean fáciles de extruir. Dentro del FABLAB se manejan ciertos materiales con esta característica.   Para lograr imprimir con distintos materiales se debe utilizar un cabezal intercambiable según la densidad del material. Además, el material de impresión debe cumplir con el requisito de solidificar a temperatura ambiente. Aunque otra posibilidad es acoplar elementos a la impresora, tales que permitan variar la temperatura de extrusión y secado del respectivo material, por ejemplo, añadir una hot bed en la superficie de impresión hace posible modificar la temperatura de secado, ampliando la gama de materiales disponibles. En la página Materiom.org se proporcionan diversas recetas de biomateriales que se pueden testear en este dispositivo.     Componentes y detalles; BioPrinter   El modelo original de esta máquina corresponde a una MakerBot Replicator 2, donde el software para manejarla fue modificado con Arduino y ciertas componentes aditivas especiales para impresoras 3D. El programa de Arduino maneja todas las especificaciones de la máquina, asi como la velocidad del movimiento de los ejes, la pantalla de control, temperatura en caso de trabajar con este requerimiento, entre otros.    Se agregó una fuente de poder de 12V y 20 amperes para alimentar todos los componentes presentes en la impresora de biomateriales. Todas las especificaciones técnicas y eléctricas respecto al funcionamiento ya estan cubiertas para el presente proyecto, por lo que se han omitido en esta información.   Extrusor Dado que el extrusor de la Makerbot2 está diseñado para un filamento de plástico, para lograr depositar un biomaterial es necesario diseñar un extrusor cuya boquilla sea acorde al material, además de tener una resistencia a la presión suficiente para poder comprimirlo. Otro punto a tener en consideración consiste en el depósito de material, dado que en este caso, no corresponde a un filamento.    Si el material a imprimir se encuentra arriba junto con el extrusor, se tendría una posible sobrecarga para los motores que mueven los ejes, lo cual puede desencadenar en alguna falla de estos mismos. Incluso existiría el riesgo de caída del material hacia la impresion, evento totalmente indeseable en el desarrollo de esta.   Por ende, el diseño inicial contaba de un depósito que se conecta a la boquilla mediante una manguera. Este consistía en un contenedor con un tornillo sin fin para empujar el material, el problema de este diseño era la restricción que se generaba en la cantidad de material, por lo que se desecho este prototipo.   Para evitar restringir la cantidad de material disponible para la impresión, se diseña un contenedo rellenable, con un tornillo de Arquímides, capaz de impulsar el material hacia la boquilla. Este se puede observar en la siguiente figura.   La boquilla a utilizar queda presente en la siguiente figura. Como se puede observar en la figura anterior, la boquilla presenta dos agujeros por los cuales las mangueras se conectarían, llenando asi parcialmente el contenedor y tendría un continuo flujo de material para imprimir. El transporte del material por las mangueras se puede hacer con un compresor.   Chasis   Para el diseño del chasis se buscó plasmar la idea open source, persiguiendo la mayor visibilidad de la impresora, para esto se pensó en 2 paredes transparentes de acrilico en los costados laterales, para que se pudiera apreciar la máquina trabajando. Para la cara trasera se colocaría una pared de aluminio por estetica y para la cara delantera se busca cubrir solo los bordes, es decir, el esqueleto de la impresora original, para evitar dificultades al retirar la impresión 3D, igualmente con aluminio. En la siguiente figura se plasma lo buscado.     Referencias [1] Wijk, A. and Wijk, I. (2015). 3D printing with biomaterials. Amsterdam: IOS Press. [2] Replacing Plastics with Biomaterial (Penn State College of Agricultural Sciences). (2019). [online] Available at: https://agsci.psu.edu/research/impacts/replacing-plastics-with-biomaterial [Accessed 30 Dec. 2019]. [3] Materiom.org. (2018). [online] Available at: https://materiom.org/ [Accessed 30 Dec. 2019].        

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Máscaras de Evaporación
Investigación académica

El contexto del desarrollo de máscaras de evaporación, es la necesidad de fabricar un circuito de Platino, el cual al tener un alto costo debe ser fabricado por la técnica de Sputtering (DIQBM) y/o Evaporador al Vacío (DFI). Este circuito (Figura 1) tiene como objetivo ser utilizado como sensor de gases, particularmente de hidrógeno, el cual debe ser medido constantemente al ser susceptible a la autoignición sobre el 4% de concentración en el aire. Figura 1. Esquema del circuito La investigación que tuvo como etapa la fabricación de máscaras para evaporar estos circuitos de Platino es de la Tésis del Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica, cuyo título y participantes son: Título: Diseño, construcción y puesta en marcha de un equipo para sensar hidrógeno en superficies mesoporosas Alumno: Nicolás Carvajal (DIMEC) Profesores a Cargo: Rodrigo Espinoza (DIQBM), Rodrigo Palma (DIMEC) y Marcos Flores (DFI) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. Método de Fabricación del Circuito con la máscara El Sputtering es un equipo el cual aplicando un alto potencial se puede ionizar un gas (como el Argón) y este gas ionizado al poseer carga es capaz de impactar el material ("blanco") siendo este pulverizado y eyectado en todas direcciones como se puede ver en la Figura 2. Figura 2. Funcionamiento Sputtering. El uso de la máscara tiene como objetivo dejar pasar el material pulverizado solo en sitios estratégicos, es decir, la máscara es una lámina que tiene agujeros justamente por donde debe pasar el material, quien posteriormente queda como una película delgada de aproximadamente 300 nm (espesor propio de la investigación, este puede variar) como se ve en la Figura 3. Figura 3. Resultado tras el uso de Sputtering. 2. Dificultades de la Fabricación de una Máscara Entre las propiedades del material usado como máscara esta: Ser una lámina muy delgada para evitar el efecto "pared". Debe ser menor a 0.2 mm El material debe no oxidarse con el paso del tiempo La lámina debe estar lo suficientemente plana para evitar el efecto "sombreado" Características que presentan dificultad en el diseño: La separación entre electrodos: 0.4 mm (implica el uso de pequeñas herramientas) Durante la fabricación hay que asegurarse de que la lámina no se flexione o se doble La fabricación profesional de estas máscaras es altamente costosa 3. Método propuesto de Fabricación y Resultados 3.1 Selección de la Lámina En primer lugar, la selección de la lámina a utilizar fue más que nada en base a la disponibilidad de láminas en el laboratorio donde se desarrolla la tesis (LABMAM). La lámina seleccionada es de 0.1 mm de espesor y de composición Cu/Ni de 55/45 respectivamente, cuya composición tiene la ventaja de ser resistente al desgaste y no tan corrosiva como lo sería una lámina de cobre puro. En la Figura 4 se dan más detalles de la lámina. Figura 4. Especificaciones lámina. 3.2 Selección de Equipo de Corte Debido a que la máscara se fabrica quitando material y que se debe evitar cualquier deformación plástica en la lámina, se utilizará el equipo CNC Roland Modela MDX-20, este equipo se utilizará procurando mantener la superficie firme, plana y con una base que se pueda trabajar.  Como esta máquina funciona bien con placas PCB se utilizará una placa PCB bajo la lámina para mantenerla plana y no dañar la superficie de acrílico del equipo.  3.3 Selección de la Herramienta de Corte Debido a que los canales deben ser pequeños, la punta de la herramienta también lo debe ser, y siempre considerando que el ángulo que está presente puede generar canales más grandes en uno de los lados de la lámina, ya que la parte inferior siempre será menor que la superior.  La herramienta seleccionada es una fresa de punta de 0.1 mm y con un ángulo de 60°. Esta herramienta fue comprada en AFEL y cuyo link del producto es: https://afel.cl/producto/punta-fresa-cnc-para-pcb-01mm-60/?v=5bc574a47246. 3.4 Preparación de la Lámina para la CNC Para cumplir lo relatado en el punto 3.2, la placa PCB es sellada por ambos lados con cinta doble faz (o de doble contacto) que preferiblemente sea muy delgada como la que está en la máquina MDX-20 que mide 0.1 mm de espesor. También se procura cortar los bordes de la cinta con cortante de modo tal de que no rebase la superficie de la PCB, resultando lo que se muestra en la Figura 5. Figura 5. PCB con la cinta de doble contacto adherida a la placa. Luego, al estar con el equipo MDX-20 se desprende el protector de la cinta que da el lado del cobre de la PCB y se pega al acrílico de la máquina. Y posteriormente, se desprende la cinta del otro lado y se pega la lámina previamente cortada (debe ser de tamaño menor a la placa PCB). 3.5 Consideraciones del diseño Como se puede ver en la Figura 6 en contraste de la Figura 1 (diseño inicial) se ha preferido separar la llegada de cada línea al lado contrario de 0.4 a 0.8 mm, esto con el objetivo de evitar el efecto sombreado, el cual se daba principalmente debido a que la fresa debía pasar más allá de lo estimado con tal de generar el fin rectangular de la línea horizontal, lo cual se explica en la Figura 7. Figura 6. Diseño Final.  Figura 7. La fresa excede el camino, generando una separación real mucho menor. Adicionalmente, y de mayor importancia es el borde del diseño, el cual se puede ver tanto en la Figura 1 como en la Figura 6 como un cuadrado de líneas negras. Este contorno tiene como objetivo cortar la máscara de la lámina y de dar las medidas correctas, lo cual se corrobora en la plataforma FabModules. 3.6 Parámetros en FabModules Los parámetros utilizados se han escogido experimentalmente, es decir, son los parámetros que mejor resultado entregaron en el propósito final de la máscara. Process: PCB traces 1/64 Machine: MDX-20 Las aplicaciones del fresado con la fresa mencionada anteriormente (0.1 mm en la punta) debe ser lenta, evitando que la punta falle. Por ello, no solo la velocidad será lenta, sino que la penetración en la lámina será progresiva en 3 pasadas. Primer fresado Speed (mm/s): 0.2 Cut Depth (mm): 0.1 Tool Diameter (mm): 0.3  (Aquí engañamos a la máquina para evitar ser afectados por el ángulo de la punta) Number of offsets: 1 (Con una pasada basta, de lo contrario la lámina se dobla) Segundo fresado Speed (mm/s): 0.5 (Se aumenta la velocidad ya que ahora la profundidad de penetración es menor) Cut Depth (mm): 0.14 Tool Diameter (mm): 0.3  Number of offsets: 1 Tercer fresado Speed (mm/s): 0.5 Cut Depth (mm): 0.17  (Esta es la profundidad que ha resultado con la cinta de doble contacto, dependiendo la cinta puede ser mayor o menor, incluso en ocaciones se tuvo que usar 0.18) Tool Diameter (mm): 0.3  Number of offsets: 1 3.7 Desprendimiento de la Máscara de la placa PCB A continuación, se dan a conocer los pasos para desprender la máscara y cuyos pasos deben ser seguidos al pie de la letra para evitar dañar la máscara: Se desprende cuidadosamente el conjunto PCB/Lámina de el acrílico de la MDX-20, para ello puede usar una hoja de cortante que está disponible en la caja metálica de la máquina Este conjunto es llevado a algún laboratorio o zona con extracción de aire y el conjunto es sumergido en acetona de alta pureza como la que se muestra en la Figura 8, y se deja sumergida durante 10 minutos. El objetivo de este procedimiento es suprimir la acción del adherente y poder desprender la máscara sin necesidad de doblarla. Se desprende fuertemente la lámina que no corresponde a la máscara, si es necesario doblarla se puede hacer, pero presionando la máscara para que no se desprenda en conjunto con la lámina. Para explicar mejor esta etapa se muestra la Figura 9. Tras haber desprendido la lámina restante es el turno de la máscara, para lo cual por uno de sus costados debe ser empujada, siempre mientras está sumergida en la acetona, esto sin uso excesivo de fuerza, a los 2 minutos máximos de aplicar fuerza leve se desprenderá. Finalmente, se debe limpiar el pegamento que aún está en la máscara, para ello utilice "cotones" o "varillas de papel", esto se debe hacer con mucho cuidado de no doblar ninguno de los canales de la máscara. Figura 8. Especificaciones Acetona. Figura 9. Desprendimiento de la lámina no utilizable. 3.8 Acabado de la Máscara Esta etapa de la fabricación se debe realizar debido a que la fresa no es recta y saca mayor material en la parte superior que en la inferior, y también debido a rebaba metálica que queda por debajo y encima de la máscara. Este acabado tiene 2 etapas: Pulido: Se utiliza una lija de número 1500 como se ve en la Figura 10, y procurando usar guantes, ya que estos permiten que la máscara no se resbale y pueda ser pulida. No debe ser sometido a un pulido agresivo, por el contrario, con mucha paciencia se debe sacar todo el material no deseado y pulirlo por ambos lados. Este proceso toma aproximadamente 1 hora. Limpieza: La limpieza es importante, ya que los equipos que usan la máscara son equipos sometidos a vacío, por lo cual una máscara sucia puede afectar estas condiciones. Se sugiere sumergir en acetona y aplicar baño ultrasónico durante 10 minutos, y posteriormente el mismo procedimiento con etanol. Figura 10. Se muestran guantes, lija y máscara. 3.9 Máscara resultante A continuación, se muestran dos tipos de máscaras resultantes (primer diseño y diseño final). Figura 11. Máscara resultante del primer diseño. Figura 12. Máscara resultante del diseño final. 4. Resultados del uso de la Máscara Tras obtener la máscara es necesario probar si es funcional para su propósito de generar un circuito. Las condiciones que debe cumplir este resultado son las siguientes: El circuito debe ser continuo (si no es pulido no se cumple esta condición) No debe haber contacto entre ambos electrodos (si el efecto sombreado no es sopesado habrá continuidad) El montaje de la máscara sobre el sustrato que tendrá el circuito se muestra en la Figura 13 (esta imagen es solo referencial, ya que el mejor resultado no se obtuvo con este montaje, donde claramente se ven canales levantados). Figura 13. Montaje experimental. Luego, tras ser sometido al equipo de Sputtering en el laboratorio del Profesor Rodrigo Espinoza utilizando Titanio (el propósito final es Platino) como material de prueba y como sustrato obleas de vidrio de microscopio, se obtiene lo que se muestra en la Figura 14. Figura 14. Resultado final con Ti. Las condiciones de continuidad fueron cumplidas al 100%, de hecho es posible ver que ambos electrodos no tienen ninguna unión, por lo cual este sustrato es funcional para ser usado en sensores de gases. 5. Conclusiones Se logró fabricar una máscara a menor costo de lo que presenta el mercado de máscaras de evaporación. Aunque, cuando hablamos de bajo costo debemos considerar el material consumido, dentro de lo cual lo más costoso son los 50 ml de acetona consumidos por cada fabricación de máscaras. Demostrar el principio utilizando Titanio es suficiente para prever su funcionamiento en Platino, aunque teniendo esos resultados serán publicados en este mismo proyecto a modo de actualización. Se debe ser muy cuidadoso en cada etapa del procedimiento, ya que si tan solo uno de los canales de la máscara se doblen, los contactos eléctricos se cruzan, y por lo tanto la máscara no es funcional. Esta técnica puede ser utilizada para cualquier tipo de fabricación de circuitos mediante evaporación (cuyo proceso puede ser industrializado, pero teniendo obviamente las máscaras fabricadas). 6. Agradecimientos Se agradece al FabLab de la Universidad de Chile por facilitar la CNC MDX-20 para lograr fabricar estas máscaras de evaporación. NOTA: Se dejan una máscara y un vidrio evaporado como muestrario en el FabLab con Gonzalo Olave. 7. Contactos Si usted necesita más información ya sea de la máscara o de otros equipos puede comunicarse con nosotros: Alumno: Nicolás Carvajal - hojanico19@gmail.com - +56942597670 Profesor: Rodrigo Espinoza - roespino@ing.uchile.cl  - Anexo 84239 Ubicación Laboratorio LABMAM: Beauchef 851, Edificio Oriente Piso -2

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INDICADORES DE PROYECTOS

96

tarea universitaria

15

investigación academica

53

proyecto personal

28

experimentación

12

nuevas máquinas

0

nuevos software

INDICADORES DE EMPRENDIMIENTOS

0

dispositivos

6

productos

1

servicios

PRÓXIMOS EVENTOS
TALLERES
  • 29

    ENE

    Taller de Impresión 3D y tecnologías aditivas

    Dos sesiones consecutivas, una teórico-práctica y una de evaluación. Posteriormente se envía un link para realizar reservas.

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