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Open-hardware tensile testing machine for plastics (ASTM D638). Project by Diego Víctor Saavedra Ravier. ➠ Read this README in English

Máquina de Ensayo de Tracción de Plásticos (ASTM D638)

Máquina de ensayo de tracción (UTM) para plásticos, orientada a piezas fabricadas por manufactura aditiva (impresión 3D) y diseñada para cumplir con los requerimientos de la norma ASTM D638, para garantizar obtener ensayos válidos y comparables con otras máquinas bajo el mismo estándar.

Proyecto de grado en Ingeniería Electromecánica – UTN FR Chubut.

Título académico: Máquina de ensayo de tracción de plásticos Diseño y cálculo según norma ASTM D638

Autor: Diego Víctor Saavedra Ravier

Año: 2025

Licencias: CC BY-SA 4.0 (documentación) y CERN-OHL-S v2 (hardware)

Documentación completa del trabajo ➠

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📸 Vista general de la máquina

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🧩 Descripción general

Este proyecto presenta el diseño y cálculo de una máquina de ensayo de tracción para todo tipo de plásticos, pero con mayor foco en materiales utilizados en Manufactura Aditiva (FFF/FDM, SLA, SLS, etc.). La máquina busca ser:

• Accesible y de bajo costo
• Replicable con recursos locales
• Documentada y abierta para la comunidad académica y maker

El diseño cumple con los requerimientos principales de la norma ASTM D638 (norma empleada para realizar ensayos de tracción de plásticos) para probetas tipo “dog bone”, poniendo especial énfasis en:

• Limitación de la deformación propia de la máquina
• Correcta selección de celda de carga, transmisión, estructura, mordazas y accesorios
• Posibilidad de integrar un sistema extensométrico basado en correlación digital de imágenes (DIC)

Actualmente el proyecto abarca el diseño completo, cálculos, propuesta de electrónica y control, planos, listado de materiales (BOM) y costos de fabricación. No se incluye la fabricación del prototipo físico.

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🔧 Características principales

• Norma de referencia: ASTM D638 (ensayo de tracción en plásticos)
• Capacidad de ensayo objetivo: hasta 10 kN (dimensionada para cubrir la mayoría de polímeros usados en impresión 3D)
• Rigidez: 25,4[kN/mm] (para cumplir con el requerimiento 5.1.6 de la norma)
• Peso de la máquina: 75[kg]
• Probetas: tipo (I, II, III, IV, V)
• Velocidad máxima: 100[mm/min]
• Ámbito de uso:
  • Laboratorios de universidades e institutos
  • Talleres y emprendimientos que utilizan manufactura aditiva
  • Industria del plástico
• Diseño estructural:
  • Marco con caños estructurales
  • Cruceta móvil en la parte superior de la máquina
  • Sistema de transmisión con tornillos de potencia trapezoidal (TR20x4) y caja reductora con poleas y correas sincrónicas (perfil XL-L)
  • Mordazas del tipo cuñas con palanca y resortes (Wedge Grip)
  • Uso intensivo de análisis FEA en componentes críticos para garantizar un FDS>2 a máxima capacidad de la máquina
• Componentes impresos en 3D:
  • Caja reductora de 2 etapas con poleas y correas sincrónicas (i=8,16 T=11Nm)
  • Piezas auxiliares y de soporte
• Sistema extensométrico propuesto:
  • DIC con Raspberry Pi + cámara de 108 MP Arducam
  • Alternativas de software open source para el procesado de imágenes

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🔄 Estado del proyecto

• ✅ Diseño y documentación completos
• ⚙️ En espera que alguien se anime a fabricar el prototipo
• 📈 Abierto a mejoras y contribuciones

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🎯 Objetivo del proyecto

• ⚙️ Fabricación del primer prototipo
• ⚙️ Feedback de parte de la comunidad respecto a mejoras o revisiones
• ⚙️ Desarrollar una variante de esta máquina de tracción para realizar otro tipo de ensayos, como flexión, compresión, o incluso para traccionar madera de acuerdo a norma ASTM D143
• 📈 Feedback de parte de la comunidad respecto a mejoras a realizar en la caja reductora, para elevar el torque resultante o incluso implementar una 3ra etapa para triplicar el torque hasta más de 30Nm (ver sección 5.2.1 del informe ➠ )
• 🔌 Posibilidad de implementar una integración de software y control de la máquina, dedicado a este proyecto
• 💡 Desarrollar el método de ensayo de tracción sin el uso de un extensómetro (ver sección 6.8 del informe ➠ )

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📂 Estructura del repositorio

Nota: Esta sección describe la estructura de los archivos de este proyecto.

tensile-testing-machine-astm-d638/
│
├── hardware/                    # Hardware bajo licencia (CERN-OHL-S v2)          
│   ├── cad/                     # Archivos CAD nativos (ensambles, piezas)       
│   ├── drawings/                # Planos técnicos (PDF, DWG, DXF)          
│   │   ├── mechanical/          # Planos mecánicos de conjuntos y piezas          
│   │   └── electrical/          # Planos eléctricos con esquema de componentes, topográfico y conexionado
│   ├── img/                     # Imágenes y renders de la máquina  
│   ├── step/                    # Exportaciones neutrales (STEP, IGES)          
│   └── stl/                     # Archivos STL para impresión 3D
│
├── LICENSE_CERN_OHL_S           # Licencia para hardware (CERN-OHL-S v2)
└── README.md                    # Este archivo