Semáforo en 3D
Proceso de diseño del semáforo
Todo comenzó con un semáforo de topera, y a partir del mismo, que salió de la impresora 3D de una forma bastante aceptable, comencé a preguntar si había posibilidad de hacerme todos los semáforos que tiene RENFE en la actualidad.
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Semáforo de toperaEl semáforo aludido es la típica luz roja que se pone sobre una topera para dar referencia al maquinista del final de la vía. Mi caso fue copiar un semáforo que existía sobre la topera de final de vía de la estación de Mollet-Sant Fost-Martorelles de la línea R2 de Barcelona. La primera prueba fue el semáforo bajo, aunque me di cuenta que el semáforo original tenía algo más de altura, así que dupliqué el foco y ya tenemos todo hecho. En este caso utilizo para iluminar un led de 2 mm que tiene un foco de 1,8 mm de forma redondeada, lo que me permite insertar el led de alta intensidad en el habitáculo trasero. Más información en el artículo que realicé a este respecto: Poner semáforo de una luz en una topera para marcar el fin de vía
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Semáforo con pantalla separadaA partir de este primer semáforo, realizar uno más complicado de tres, cuatro o cinco luces por acumulación de los cubículos de los led no era difícil, por lo que comencé a probar con realizar el cuerpo del semáforo y por separado las pantallas. El problema es que los agujeros de las pantallas por dónde debían introducirse las viseras de los semáforos tenían tan poca holgura que se hacía prácticamente imposible no tener que limarlos para ensancharlos. La mecanización de esas piezas llevó su tiempo, además el cuerpo del semáforo, unido a la pantalla daban un fondo de al menos un milímetro más de lo que sería bueno obtener.
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Semáforo con pantalla incorporadaDespués de muchas pruebas con pantallas de un tipo u otro siempre tenía el problema de los monos bajos con cuatro luces. No había manera de fabricar uno con la pantalla por separado y que la pantalla entrara en el cuerpo sin problemas de todo tipo. La solución fue hacer todo junto, ganaba el milímetro del borde de la pantalla en el fondo del semáforo y además el bode que antes resaltaba en la pantalla, ahora es lo contrario y se queda hundido (el motivo es el fácil pintado de la orla blanca). Así los semáforos pasaron a tener la pantalla incorporada, aunque aún presentaban algunas complicaciones técnicas, como por ejemplo el tipo de base que utilizar.
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Añadir la escalera y otros accesoriosPara poner la escalera y no morir en el intento (siempre desde el punto de vista de una impresora 3D de filamento) tuve que diseñar los accesorios para que pudieran entrar en el poste del semáforo, como se puede ver en el diseño que está algo sobredimensionado. El motivo de todas estas pruebas era encontrar una fórmula en que la impresora 3D de filamento diera una escalera decente para poner al semáforo, y además incluir un foco bajo de luz blanca daba muchos problemas porque los soportes de impresión eran "impresionantes" y en ocasiones muy difíciles de quitar. Además tener tanto soporte era mal por dos razones, la primera deja un suelo irregular de la pieza y la segunda que el tiempo de trabajo de la impresión se dispara. En la foto se puede ver el raro modelo de cuatro luces con foco separado que se ha utilizado en la línea R1 de Barcelona aprovechando la introducción del ERTMS. Aquí ya comienzo a discriminar con colores los diferentes aspectos de los semáforos para no equivocarme: verde los de dos luces, amarillo los de 3 luces, naranja los de 3 luces +1, rojo los de 4 luces y granate los de 5 luces. Además dejo ya aparte los soportes del semáforo ya que sobre ellos va a haber grandes cambios como veremos más tarde.
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Semáforos nuevos de ADIFCon la construcción de la estación de la Sagrera me doy cuenta de que los nuevos semáforos que pone ADIF son diferentes a los anteriores y todas las luces están incluidas en la misma caja. El mástil se inclina hacia adelante para evitar que el operario de mantenimiento tenga que subir al semáforo, sino que es el semáforo que se apoya en tierra para su reparación. Además la iluminación de los semáforos deja de ser con bombillas y reflectores para ser con luces LED bastante más potentes. Tuve como original para reproducir un semáforo que se encuentra en la vía desviada de la LAV Barcelona-frontera y que va a parar al llamado nudo de Mollet (curioso porque se encuentra en Santa Perpetua de Mogoda). El semáforo era también de 5 luces con un aspecto muy estilizado según se ve desde la salida 1 de la autopista C-33. Al principio pensé que los semáforos de la LAV eran todos de color azul (claro+oscuro) pero me di cuenta que sólo los de la LAV Madrid-Barcelona eran de ese tipo, mientras que los otros mantenían unos colores más discretos negro y gris (o blanco).
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Reforma de los semáforos ADIFAl poder pasar cerca de los semáforos antes mencionados en Sant Andreu, me di cuenta de que había cometido un error al hacer la caja del semáforo cuadrada, esta era de forma redondeada, por lo que cambié todos los diseños para ser más fiel a la realidad. Además las señales se diferenciaban claramente con visera larga o corta dependiendo del lugar dónde se encontraban ubicados en la realidad. Por tal motivo también hice dos versiones diferenciadas de los semáforos. Aunque los semáforos son de 2, 3, 4 y 5 luces, hay pequeñas diferencias con los semáforos de RENFE anteriores.
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Mejoras en todos los semáforosA partir de la fabricación del semáforo en escala 0 con filamento pude añadir algunas mejoras que también se han añadido a los semáforos de RENFE y ADIF. En esta fase recorto algo las viseras largas y les doy una forma más acorde a la realidad, aunque el programa de diseño no permita redondear los cantos. Añado cajas o tornillos en la base, que si bien no son posibles en filamento si que lo podrían ser en resina. Además ya pienso en hacer el semáforo totalmente terminado para resina en vez de por piezas para filamento. Los márgenes de holgura son prácticamente inexistentes para las piezas, que se estilizan aún algo más. La plataforma tiene rejilla, se incluye una placa para poner la designación del semáforo, se estiliza la base para hacerla encajable en un tablero de 10 mm. El resultado es una señal totalmente terminada que no necesitará la manipulación o pegado de piezas, aunque aún quedará la introducción de LED y cables por su interior.
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Cambio de base
La diferencia fundamental está en la base, una prevista para descodificador externo y por tanto los cables salen al aire desde el led y contienen una resistencia de acuerdo con la luminosidad que se quiere tener que puede ir entre 1K5 y 10K (hay que recordar que los LED tienen unos consumos diferentes dependiendo del color siendo el VERDE el que más se ilumina y el ámbar el que menos se ilumina con una misma resistencia).
| Semáforos RENFE | Semáforos ADIF | ||
| sin descodificador | con descodificador | sin descodificador | con descodificador |
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En la tabla se pueden observar que hay dos tipos de base diferentes, los fijos de la izquierda que son de las señales antiguas y los móviles de la derecha, que son los de las señales más actuales (se desenclava la base y todo el semáforo se bascula hacia adelante para que el operario pueda arreglar el semáforo sin hacer malabares sobre una escalera). La tensión que llega a estos semáforos es de entre 12 y 17 voltios, por lo que es necesario que en el extremo exterior del cable se pongan unas resistencias de limitación protegidas para evitar que se cortocircuite el cable del LED.
Aparte de eso tenemos además que las bases sin descodificador son para que por ellas pasen todos los cables de los LED y el común /un máximo de 6 cables) mientras que las bases para el descodificador contienen un micro-descodificador especialmente realizado para la señal, como veremos en el apartado de programación, con unas medidas muy contenidas y los elementos necesarios para el control de la señal, que al ser con LED no necesita tener una tensión superior a 5V.
Fabricación del semáforo
En este apartado sólo se menciona la forma de proceder con los LED en el semáforo y el total de manipulación de la base sin descodificador. El material necesario para los semáforos dependerá de la escala del mismo, y de momento sólo escala H0 y 0:
- Cable AW36 en los colores de los LED, excepto el azul, que lo dejamos para el común, el cable del LED azul será negro (para la escala 0) o,
- Hilo esmaltado en los mismos colores de los LED de la misma manera mencionada con los cables.
- LED de 3 mm (escala 0), o de 1,8 mm (escala H0).
- macarrón termoretráctil de 3 mm. (sólo para la escala 0).
- Resistencias de 1/8W de diferente resistencia para los LED del semáforo. Dependiendo de fabricante del LED de alta intensidad se pueden poner desde 1K5, 2K2, 3K3, 4K7, 6K8, o incluso llegar a los 10K. Observación: Cuanto más alta sea la resistencia menor será el consumo del LED.
| Escala | Cable | LED | Resistencias | Otros | |
0 |
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H0 |
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Una vez que nos hemos hecho con el material necesario la fabricación es relativamente sencilla.
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Se cortan las patillas de los LED por debajo del borde del cuerpo del semáforo, así una vez terminado no sobresale por detrás del cuerpo. Para soldar en estas patillas tan recortadas y no eestropear el LED es prácticamente obligatorio utilizar flux para que la soldadura sea lo más rápida posible. Teniendo en cuenta que el cable va a desplazarse hacia un lado y no hacia atrás, como veremos en las fotos siguientes.
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Se suelda el cable del color del LED correspondiente (en el LED azul yo pongo el color negro) al cátodo. Y se introducen en el cuerpo del semáforo dejando todos los ánodos alineados, ya que en éstos se suelda directamente el cable azul en 2/3/4 o 5 patillas. (en el semáforo de escala 0 se tiene que añadir al LED un tubo termoretráctil de unos 4 mm de largo por 2,5 mm de diámetro y que debe apoyar en el borde del LED sin tapar la curva frontal del mismo). Hay que recordar que no es lo mismo soldar el cable AWG36 o similar que se emplea en el semáforo de escala 0 con el hilo esmaltado del semáforo de escala H0 (que se verá en otra foto), que se tienen que preestañar los bordes de los cables y las patillas para evitar un calentamiento excesivo del LED en la soldadura posterior. Si puede ser se debería acodar o hacer forma de gancho alrededor de la patilla para evitar una soldadura falsa.
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Se pasan todos los cables desde el cuerpo del semáforo al poste y posteriormente se sacan por la parte inferior de la base. Yo he dado unos 300 mm de largo a cada cable para la escala 0 y unos 200 mm. para la escala H0. En la foto se puede ver como pasan los 6 cables esmaltados por el agujero del semáforo. Normalmente son 4 los cables, pero en este caso de la foto el semáforo de ADIF tiene 5 colores y da muchos problemas de introducción, ya que como se puede ver los cable van pasando entre las patillas de los LED de 1,8 mm, y al llegar abajo se acumulan todos en un espacio muy reducido de 1 mm cuadrado o quizás menos, ya que el LED correspondiente al ámbar estorba el paso de los cables. La introducción de los cables ha realizo habitualmente en el cabezal sin poner todavía el poste del semáforo.
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Después del soldado de los LED se prueban con los cables y con el téster para ver si lucen convenientemente. Llegados a este punto siempre podemos rectificar si nos hemos equivocado o alguno de los LED no luce adecuadamente.
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Se pueden tapar los agujeros traseros enrasando una bola de plastilina que nos dejará la parte posterior totalmente lisa y no se verán los LED, ni sus cables. La plastilina se puede pintar si es de buena calidad y nos ofrece la ventaja de que si alguno de los LED se estropeara se puede llegar a cambiar quitando la plastilina por ser un material blando.
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Una vez puesta la plastilina en su lugar se pinta el conjunto con los colores que toquen. En la foto se ponen como referencias semáforos que no están terminados. Por ejemplo en el mono baso del tipo ADIF sólo se ha dado una imprimación con color gris metalizado y falta pintar la base, que es con cables, o pintar el fileteado de los semáforos intermedios que tienen una base fija con descodificador. El de 5 aspectos de ADIF está más terminado, pero aún con margen de mejora y adición del indicador del semáforo y base con descodificador oscilante. Como se puede ver en algunos semáforos el PLA utilizado es de color azul, que una vez pintado queda perfectamente tapado por la pintura Model Color de Vallejo que he utilizado.
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Una vez aquí tenemos la posibilidad de incluir un descodificador o no según la base.
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En el caso de que no se incluya descodificador, el semáforo se termina añadiendo resistencias a los LED que serán diferentes dependiendo de los colores, y va en función de los lúmenes que necesitemos. Van desde los 10K para el verde, 6K8 para blanco y azul, los 4K7 para el rojo o los 3K3 para el ámbar. Dependiendo del fabricante o tipo de LED puede ser que estos valores cambien a menos en función de la intensidad de los mismos a 4k7 para el verde, 3K3 para el rojo y 2K2 o 1K5 para el ámbar. Para evitar cortocircuitos en la pruebas y al final pongo una protección para la soldadura del hilo esmaltado o cable con la resistencia del tipo pintura o tubo termoretráctil, y en el otro lado recorto la resistencia y doblo su rabito para realizar una especie de terminal para introducir en lso terminales atornillados o de presión del descodificador.
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