Título	Módulo performático de un dibujo comestible
Tipo de Proyecto	Proyecto de Titulación, Proyecto de Pregrado
Palabras Clave	Proyectos Interacción Territorial 2023
Período	2022-2023
Asignatura	Proyecto de Título: Interacción Territorial 2° semestre 2023
Del Curso	Proyecto de Título: Interacción Territorial 2° semestre 2023
Carreras	Diseño
Alumno(s)	Daniela Sifaqui
Profesor	Leonardo Aravena, Daniela Salgado

Introducción

Al finalizar el primer semestre, se entregó una propuesta en dónde aparece un nuevo elemento que sería la base para el desarrollo del proyecto durante este semestre. El extrusor Anteproyecto: https://wiki.ead.pucv.cl/Moldajes_modulares_para_la_construcci%C3%B3n_de_un_bocado

Extrusión como punto de partida

Dentro de la cocina el proceso de la extrusión se utiliza con mucha frecuencia, se puede ver de diversas formas y tipos, desde una extrusión por un perfil con una forma determinada como en los extrusores de galletas o churros, o como dosificadores de salsas. La aplicación de este proceso debe comprender al alimento mismo y los estados por los que va a pasar, no se diseña un extrusor con un dibujo para que pase un semilíquido que perderá la forma y tampoco serviría extruir una pasta que posteriormente se cocine y pierda la forma que se le dio inicialmente.

La impresión 3D toma un rollo de filamento (sólido) plástico el cual pasa por una boquilla que calienta el filamento derritiéndolo controladamente para ser extruido, el plástico se solidifica rápido por lo que se pueden crear capas sobre capas permitiendo crear altura. Dentro del mercado existen varias impresoras 3D que imprimen con chocolate, que funciona similar al plástico, es un material sólido, que se calienta y al estar líquido se puede extruir y mantendrá la forma una vez se enfríe. Luego de investigar existen ciertos puntos críticos al extruir con chocolate, el primero es que el chocolate no se solidifica a la misma temperatura ni con la rapidez del plástico por lo que crear piezas con mucha altura requiere de un sistema de refrigeración, la temperatura de extrusión debe ser por debajo de la de fusión, por ejemplo, si el chocolate se derrite a los 45°C, la extrusión de este debe ser cuando este por 28°C de forma que el chocolate ya se encuentre cristalizando y pueda mantener la forma. Tercero, en ciertos casos no todos los chocolates funcionan para el proceso, incluso en algunos se utilizan aquellos que tienen mayor cantidad de azúcar y manteca vegetal mantengan la forma, pero estos productos ya salen de la categoría de cobertura y comienzan a ser sucedáneos que son malos de sabor, textura e incluso malos para la salud.

Encontré este blog en dónde presentaban la extrusión de glaseado, el cual es un acercamiento a la extrusión de un material comestible que puede endurecerse y mantener la forma. El glaseado es una mezcla fácil de realizar el único inconveniente que tiene es que se endurece como roca y es puro azúcar, prácticamente no es tan comestible, pero es un buen ejemplo de materialidades y se puede jugar con su composición para tener más fluidez o un secado más rápido; cualquiera sea el caso requiere de un par de horas para que la pieza evapore toda el agua y seque correctamente.

Blog: http://blog.reprap.org/search?q=syringe

Ejemplos de impresoras 3D de chocolate existentes en el mercado

Extrusor de chocolate de MarVtec

Para la introducción al mundo de los extrusores de pasta, se revisó como funcionaban, elegí replicar uno inicialmente para saber cómo funcionaba y como había solucionado cada uno de los problemas. A partir de este extrusor se comenzó a trabajar como base para crear uno propio utilizando el tubo acrílico que había utilizado para el extrusor del anteproyecto. Cabe destacar que en la propuesta del extrusor de chocolate el diseño está hecho para una jeringa de 50ml por lo que todo está diseñado para el centro de ese tipo de jeringa en particular por lo que una de mayor o menor contenido mueve al pistón del centro y como el pistón solo se sostiene por un semicírculo queda suelto.

https://www.thingiverse.com/thing:3511736

Circuito

Composición general del circuito electrónico.

https://www.flux.ai/elesif/circuito-1?editor=schematic

Esquema conexiones del circuito electrónico.

Caja electrónica.

Referencia para conexión del interruptor

Propuesta chasis

Desarrollo A

Desarrollo B

Desarrollo C

Propuesta inicial del sistema de movimiento del disco y extrusor

Propuesta extrusor

Para la propuesta de módulo se requiere un extrusor con un alimentador de mayor tamaño para contener la cantidad de pasta necesaria para cubrir una mayor distancia. Tomando el funcionamiento base del extrusor de chocolate diseñado por MarVtec, cuyo contenedor era de alrededor de 50ml, se realizó un diseño que ocuparía un tubo acrílico de 4cm de diámetro con un largo aún por definir según los ml necesarios para realizar un dibujo a lo largo de la superficie. Por el momento el largo del tubo acrílico es de 25cm, pero puede aumentar o disminuir según las pruebas. El volumen del tubo de 25cm de largo restando la boquilla y encaje superior, permite tener un total de 200ml de contenido.

Componentes

Ensamblaje

Planimetría

Chasis

Tablas pruebas ganache

Las pruebas se realizaron con cobertura de chocolate Neucober 35% sin azúcar y las recetas se encuentran escaladas a la mitad. El uso de estas sería a temperatura ambiente por lo que las pastas se encontrarían blandas, aunque la densidad de ellas varia y también su elasticidad. Con las pruebas se vio que la altura máxima que debe haber entre superficie y boquilla no puede superar los 5mm ya que comienza a generarse tensión en la línea extruida provocando cortes, estas pruebas se realizaron con una jeringa con boquilla de 5mm. En orden de densidades a temperatura ambiente, la de mayor densidad es la prueba C y la de menor densidad es la B. C>A>B. Tras realizar las pruebas, la pasta A resulta ser la más estable, B al ser tan blanda "explota" cuando hay burbujas dejando grumos grandes. C resultó ser demasiado denso para la boquilla utilizada a la vez que requería más fuerza para se extruido y las burbujas cortan el dibujo.

Módulo móvil

Me puse en contacto con un conocido que es ingeniero para que me entregase su opinión acerca del chasis que estaba diseñando, explicándole y mostrando los distintos diseños que había dibujado hasta el momento para saber si funcionaría el sistema y que cosas podría corregir a nivel del mecanismo.

El centro de masa (refiriéndose al extrusor que va sobre el chasis) es demasiado grande, lo que genera inestabilidad y requerirá una forma más compleja para acoplarlo y que se mantenga estable. Esto se podría resolver utilizando un extrusor de menor largo y mayor diámetro, pero esto podría necesitar posiblemente un motor de mayor potencia y dimensionar las piezas ya hechas.

El diseño del disco como se encuentra ahora mismo va a deformarse por el uso, que es un desgaste común en los discos y cuya deformación también depende del material.

Al haber 3 ruedas, al lado en dónde se encuentran 2, el carro generará más peso, tendiendo a levantar la rueda que se encuentra sola que podría ocasionar que con el tiempo se suelte o salga, al mismo tiempo que para realizar el acople a la mesa requeriré un sistema distinto.

El diseño requiere de mayor desarrollo para saber en dónde se colocan los motores y cables que van al disco y ruedas.

La boquilla del extrusor debe adaptarse a contener un acople de manguera flotante de forma que el disco al girar no se estrangule la manguera y gire continuamente, esto es un caso que puede pasar o no.

Tener un carro móvil en el mismo disco añade peso hacia un lado en mi diseño actual, que generará fricción y desalineación del disco puesto que irá girando de forma diagonal y no horizontal.

A partir de la conversa y los consejos que me entregó, se realizó un nuevo diseño del chasis que modifica el exterior para tener un marco firme similar a los de la segunda propuesta de diseño. Se realizaron algunos cambios menores al funcionamiento del disco, primero se quitó el carrito móvil del disco puesto que con el movimiento del carro y el giro del disco ya se pueden realizar líneas rectas y tener el carrito móvil en el disco es redundante y añade peso el, lo que al girar cargaría el disco hacia un lado generando fricción y deformación en las piezas con el uso. Al disco se le realizaron perforaciones para quitar peso y se pensó en colocar un eje al centro que sostenga el disco aparte de las ruedas que van en cada arista del marco metálico. El marco debe ser de algún metal para tener la resistencia suficiente como para no deformarse, aunque acero sería lo ideal el peso es demasiado y requiere de soldadura por otro lado se puede utilizar aluminio, que necesitará diseñar acoples para las esquinas y al igual que en las propuestas pasadas se colocará una superficie en dónde va el extrusor y resto de elementos.

Diseño prototipo

Sistema de ruedas

Para el sistema de movimiento del módulo se estableció utilizar la mesa como un sistema de riel, para esto se venía pensando en una forma en dónde fuera una rueda sobre y debajo de la mesa que fuese ajustable.

Se diseñó un sistema que tiene una rueda fija al chasis y otra rueda móvil, esta rueda “móvil” se ajusta al espesor de la mesa mediante un resorte de compresión, el resorte utilizado tiene bastante dureza por lo que se cortó en 40mm de modo que la fuerza que ejerza permita a las ruedas acoplarse en un espacio con un espesor de 1” sin generar demasiada presión quebrando las piezas impresas o deformando el sistema.

Es posible que debido a que la presión se ejerce sobre la rueda, el pasador llegue a deformarse ya que solo se encuentra sujeto en 1 punto a un extremo de él y no en ambos extremos, lo que puede generar palanca.

Correcciones y cambio en extrusor

A partir de las pruebas con ganache surgieron varios problemas a resolver con el extrusor, el funcionamiento iba bien sin embargo existían varios detalles que se pueden mejorar para una extrusión con mayor facilidad.

El pistón comenzaba a girar en su eje al extruir, a pesar de que es muy poco lo que gira, significa que está perdiendo presión en la pasta, para corregir esto se diseñó una pieza que alinea el pistón y la base exterior. Gracias a que la base del extrusor y el pistón tienen un hueco central se puede colocar una pieza que calce entre ambos para evitar el giro.

El pistón actualmente tiene un eje interno en su centro para el husillo, sin embargo, al momento que va muy avanzada la extrusión, el husillo no tiene un eje por donde pasar y comienza a jugar en el espacio, lo que puede causar el quiebre de alguna pieza o el malfuncionamiento del motor ya que puede llegar a mover el eje de este. Para esto se modificó el pistón añadiendo 2 ejes más.

Al realizar las pruebas con ganache se pudo notar como la pasta al llegar a la boquilla generaba mucha presión para el motor. Para facilitar la extrusión en un futuro primero se modifica la boquilla del extrusor, está actualmente es de 5mm de diámetro, y se agrandó a 8mm, al mismo tiempo se modificó la pendiente de la boquilla, para que esta fuese lo que finalmente hacía que la extrusión fuese más difícil; y por último se añadió un sujetador para el motor. más abierta, para evitar que la pasta tuviese que pasar desde un diámetro de 30.4mm a uno de 5mm de forma tan abrupta lo que finalmente hacía que la extrusión fuese más difícil. Y por último se añadió un anillo en la pieza que sostiene el motor para poder apernarlo a la base del extrusor.

Armado chasis

Componentes para ensamblado del módulo

Esqueleto del módulo

Para el funcionamiento de la rotación del disco se hizo un sistema simple de engranajes, para ello se añadió a un lado un espacio en dónde iría colocado un motor en cuyo eje estaría sujeto un engranaje. La relación en los engranajes es que por cada 7 vueltas del engranaje chico, el grande completa 1 vuelta. Puesto que no se puede añadir un eje que sostiene el disco grande a la base superior de madera ya que desde el centro de ella sale la boquilla y manguera del extrusor, se optó por añadir un riel por debajo del disco mismo por el cual pasan las ruedas para alinearlo.

El primer disco realizado al probarlo resultó sostenerse por 3 de las 4 ruedas, en parte este problema se dio porque en ese momento las ruedas no se encontraban a la misma altura por lo que posteriormente se hizo el cambio de las escuadras que sostenían los perfiles de aluminio para que contenían las perforaciones en dónde debían calzar las piezas de las ruedas. Al mismo tiempo, al revisar el disco, este no era completamente recto, tenía cierta curvatura lo que empeoraba la alineación con las ruedas. Cabe destacar que el engranaje chico del motor también puede ayudar a mover y ajustar la posición del disco grande.

La base superior del módulo se diseñó de forma que pudiese sostener el extrusor y este al ser de extensa longitud requería ser fijado a la base de forma que al moverse el chasis no se tambalear. Para ello se diseñó una escuadra de terciado que sostiene el extrusor, pero al ser un plano este tampoco tenía la estabilidad, continuando con la forma de escuadra se realizaron dos distintas que sostienen el cilindro del extrusor en dos puntos de su altura y se sujetan a la base con pernos. Las patas de estas escuadras se encuentran sujetas en ángulos distintos para contrarrestar los distintos movimientos que podrían tambalear el extrusor.

Ruedas del disco

Para las ruedas que sostienen el disco se hizo una pieza con una rueda en posición diagonal de forma que la misma se pueda ir rotando en 90° colocándola en cada uno de los perfiles y sigan una circunferencia. Dada la necesidad de crear un riel en la capa superior del disco para alinearlo, la pieza de las ruedas se modificó añadiendo a ellas un sujetador que encaja en esta capa.

Prototipo de módulo ensamblado

Se esperaba que al utilizar una ganache con menor densidad y agrandar la boquilla del extrusor ésta pudiese salir por la presión del pistón, sin embargo, eso no sucedió. Anteriormente el motor no había sido capaz de extruir la pasta por lo que se realizaron estos cambios para una extrusión con mayor facilidad, cambios que no generaron ningún efecto positivo ni negativo.

A partir de esto surge la duda de si el motor realmente tiene la potencia para la extrusión o si está siendo mal utilizado. Para ello se tomaron varias partidas, puesto que el extrusor es un elemento que debe funcionar, la primera es realizar una nueva ganache en proporción 1:1, ya que las ganache anteriormente realizadas se sentían blandas pero puede que para el motor sea mucha resistencia, estas ganache anteriormente realizadas seguían una regla de proporción de 1:2. La segunda partida es regresar a una propuesta en dónde el motor y husillo se conectaban mediante dos engranajes, puesto que esto ayudaría a generar mayor presión sobre el pistón. Y la tercera posibilidad es utilizar un motor con mayor potencia.

El tamaño de la caja electrónica fue reducido puesto que al comienzo no se sabía cuál tamaño tendría la superficie del módulo. Al mismo tiempo al volver a armarla se alargaron los cables que conectan al motor puesto que este se encuentra a 300mm de altura de la base.

Para la exposición del prototipo se realizará una superficie en la cual pueda adosarse, puesto que el prototipo tiene bastante altura y debe ir colocado frente a la lámina de exposición, para evitar tapar por completo el contenido de esta, la mesa a realizar será de baja estatura, se estima que debe tener una altura de 600mm. El módulo mide unas medidas de 310x310, pero el espacio entre las ruedas por dónde se puede calzar la mesa es de 280mm de ancho. Para poder armarlo requiere una superficie de 1”x11” pero al no encontrar una tabla con esas medidas se opta por unir dos tablas de 1”x5” contigua a una de 1”x6” por un largo de 900mm que equivale el ancho de la lámina de la exposición.

En base a el problema de la extrusión expuesto anteriormente, se realizó una nueva ganache modificando las cantidades de forma que esta fuese muy fluido y de baja densidad. Esta nueva receta permite la extrusión sin necesidad de cambiar el motor o utilizar un sistema de engranajes; cabe destacar que la pasta se utilizó a temperatura ambiente.

Una de las últimas piezas realizadas fue la boquilla o lápiz que se encuentra sujeta en el disco y conectado al extrusor mediante una manguera. La manguera utilizada es de silicona de grado alimenticio, es decir no tóxico, sin olor y apto para el contacto con alimentos, la manguera utilizada tiene un diámetro interior de 8mm y exterior de 11mm. La manguera a pesar de ser flexible tiene cierta resistencia que podría interferir en el movimiento del disco o incluso producir una estrangulación en sí misma. Para evitar la estrangulación se hizo una boquilla flotante en el disco, de forma que al ir girando la manguera pueda rotar junto a la pieza de boquilla. El largo de la boquilla puede ser modificable según el tipo de elemento que se quiera dibujar encima. En el caso del prototipo se hizo una boquilla de 90mm de largo, dejando un espacio de 3mm de separación con la superficie.

Posterior a unas pruebas de uso del módulo, se verificó que la manguera si genera resistencia después de ciertas vueltas, lo que empieza a mover el disco de su eje ya que genera fuerza hacia un lado y arriba, por lo que realizar vueltas hacia una dirección de forma infinita no es posible de momento. A pesar de hacer la boquilla del disco flotante esta al ser la que ejerce el movimiento no permite el que gire para evitar la torcedura; originalmente se quería lograr crear una boquilla flotante que saliera desde la boquilla del extrusor ya que al estar el centro tendría más facilidad para girar y evitar la resistencia de la manguera.

Movimiento del disco

Módulo de dibujo

Vídeo movimientos del módulo

Módulo de dibujo performático comestible

Durante el transcurso del proyecto, llegó a tener 3 formas distintas mas todas estas siempre se encontraron relacionadas. Esta última etapa en dónde la forma cambió en gran escala, continuaba con la premisa de una propuesta sobre mesa performática que permitiera a las personas disfrutar de lo comestible. Se construye un módulo de dibujo que pueda utilizarse en un futuro como una herramienta para dibujar sobre múltiples bocados en un acto performático que al terminar este dibujo desaparezca en boca de cada uno de los comensales.

Anteriormente se habían traído los patrones como un sistema de construcción de bocado; en este caso con la extrusión se quiere lograr dibujar patrones con relieve sobre la comida. Una de las ideas que apareció al trabajar en el módulo era poder colocar debajo de él una gran galleta con una grilla cuadrada, y que el módulo dibujara encima de esta masa un patrón de forma que cada cuadrado sería una unidad de azulejo que posteriormente podría quebrarse y comerse; y asimismo se podría utilizar de muchas otras formas para realizar diversos dibujos.

La ganache utilizada al ser bastante fluida requiere ser utilizada a una temperatura promedio de 20.5°, sobre eso la ganache comenzara a ser demasiado líquida.

El módulo está pensado para poder ser programado y utilizado sin intervención directa de una persona, pero dado al tiempo y al desconocimiento en programación no se pudo realizar un sistema mecánico completo. El proyecto queda registrado para que en un posible futuro alguien pueda ver el diseño y funcionamiento, pueda aplicarlo, revisar el registro de cambios, problemas y soluciones y crear su propio módulo de dibujo comestible.

Nota: La perforación del disco en dónde va la boquilla/lápiz se encuentra justo en el límite con la rueda, por lo que dependiendo del diámetro de la boquilla, la línea de extrusión podrá ser aplastada por la rueda. Un cambio a realizar es mover esta perforación un poco más al centro para que el disco pueda realizar giros completos sin que las ruedas pasen sobre el dibujo.