¿Quieres conocer cómo imprimir en 3D? En este artículo vamos a desarrollar los pasos a seguir, desde la decisión de los materiales a elegir, hacer el diseño o descargarlo y ajustes típicos en el Slicer o programa de laminación y la impresora.
Veremos también una breve explicación de cómo hacer cada uno de los pasos, para que puedas tener claro en qué consiste cada uno y despejar algunas dudas típicas.
Recuerda que también puedes echar un vistazo al análisis de las mejores impresoras 3D de la actualidad, en la que te indico para qué tipo de usuario está enfocada cada una.
¿Cómo imprimir en 3D?
La impresión 3D permite fabricar objetos tan variados como puede ser un chuletón, una casa o piezas industriales, que se realizan en muy diferentes materiales.
Es un proceso en el que el producto final se obtiene a partir de la superposición de capas de material. En este artículo nos vamos a centrar en los pasos a seguir para la obtención de piezas que luego se fabricarán en plástico, que describimos a continuación.
Modelo (necesidades/requerimientos para su impresión)
El primer paso para la producción en impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es la obtención de un modelo 3D. Es decir, el producto final en formato virtual, que la maquinaria empleada codificará para reproducirlo.
Para obtener dicho modelo, se puede proceder mediante un diseño propio, utilizando un software especializado, o bien elegir un diseño que ya haya sido creado.
Existe una gran variedad de software orientado al diseño asistido por ordenador e impresión 3D. Por un lado, hay programas para piezas técnicas, como AutoCAD, SolidWorks o Fusion360 y, por otro, aquellos para modelos con diseños más orgánicos o artísticos, como Blender o MeshMixer.
Los formatos más comunes para la descarga del modelo final son: 3MF, STL y OBJ. Todos los programas habitualmente empleados son capaces de leer estos y muchos más formatos.
Para la segunda alternativa, existe una gran cantidad de webs que ofrecen modelos, tanto gratuitos como de pago y listos para descargar en formatos preparados para la impresión. Esto puede resultar interesante si lo importante es la obtención rápida de una pieza. También puede resultar útil para complementar modelos propios con piezas específicas o normalizadas.
Materiales
A la hora de elegir el modelo que se desea imprimir, habrá que tener en cuenta en qué material se debe fabricar, algo que depende del uso que se le vaya a dar al producto.
Dicho material determinará el tipo de impresión que se debe emplear. Entre las tecnologías más empleadas están las FDM y SLA.
La impresión FDM (deposición de material fundido) se basa en fundir un polímero termoplástico, alcanzando su temperatura de fusión, para extruirlo por una boquilla que se desplaza sobre una base (cama) depositando el material y generando capas de material sobre esa base hasta formar la pieza.
Para la impresión de tipo FDM, el material más extendido es el PLA, dadas sus adecuadas propiedades de rigidez, su facilidad para fundirse e imprimir y su biodegradabilidad.
Sin embargo, dichas características pueden resultar insuficientes para determinados usos. Se trata de un material frágil y especialmente sensible a la temperatura, por lo que no será posible su utilización en piezas sometidas a temperaturas superiores a los 60 ° o a fatigas mecánicas.
Para solventar estos problemas, existen otros materiales. Uno de los más utilizados es el PETG, que soluciona los problemas de resistencia a la temperatura del PLA, y tiene cierta elasticidad, a cambio de una mayor dificultad a la hora de imprimir, ya que se puede atascar el extrusor durante impresiones largas.
Además de estos dos, existen más materiales, como el ABS o el ASA, cada uno con sus ventajas y limitaciones.
El segundo tipo de impresión mencionado se denomina SLA o estereolitografía. Su funcionamiento se basa en el empleo de resinas sensibles al paso de rayos UV, que solidifican por el paso de un láser, capa a capa.
El rayo láser barre la superficie de resina, que al principio se encuentra líquida, y la polimeriza haciéndose sólida. Una vez solidifica la primera capa, comienza un nuevo ciclo de solidificación y así sucesivamente, hasta crear la pieza completa.
La ventaja de las impresoras de SLA frente a las de FDM, es una mayor calidad de impresión, gracias a que su solidificación se realiza mediante luz, mientras que la en la impresión en FDM, la calidad está limitada a la altura de capa y el grosor de la boquilla. Sin embargo, la impresión en FDM tiene como ventaja ser más barata que en SLA.
Pasos para imprimir en FDM
Una vez concretados modelo y material, habrá que introducir ambos en la impresora.
Con respecto al modelo, éste se podrá introducir en la impresora de diferentes formas. Habitualmente la impresora incorpora lectores de tarjeta SD para introducir los modelos codificados, en formato GCODE.
Dicha codificación se obtiene con un software de laminación (Slicer), como Simplify3D o Cura. Estos programas permiten obtener el archivo que leerá la impresora, en el cual aparece el diseño formado por capas. En dichos SW se prepara el diseño de cara a la impresión, incorporando soportes o dividiendo las piezas en diferentes procesos, pudiendo variar diferentes parámetros, como la velocidad o la temperatura de impresión.
También permite regular ajustes de la pieza final, que dependerán del uso y del acabado deseado. A continuación, se muestran los más relevantes, relacionados con el relleno, velocidades, perímetros, filamento, ventilación y soportes.
Relleno:
- Densidad de relleno: Es la cantidad de material con la que se desea rellenar la pieza. Habitualmente es expresado en porcentaje respecto al volumen de la misma. Mayor relleno significará, lógicamente, una mayor resistencia, pero también consumirá más material, y requerirá más tiempo de impresión. Para requerimientos medios, se suele emplear un relleno de en torno al 20%, pero esto depende mucho de la pieza ya que el SW propone macizar más o menos de forma automática dependiendo de la forma de la pieza.
- Patrón de relleno: Existen una gran cantidad de patrones de relleno que aportarán unas características mecánicas diferentes a la pieza. El patrón más común es el de una malla rectilínea. Habitualmente se emplean ángulos de 45 grados con respecto a las caras exteriores de la pieza.
Velocidades:
- Velocidad estándar de impresión. En algunos materiales, para obtener los mejores acabados, se recomienda una velocidad de 40 mm/s. El fabricante del material suele recomendar la velocidad adecuada de impresión para maximizar la calidad de la pieza. Geometrías grandes y simples se podrán imprimir más rápido que piezas complejas y pequeñas. Por ejemplo, en una pieza en la que la sección variable, es importante disminuir la velocidad que será mayor en las zonas de sección mayor y disminuirla en las zonas de sección menor para evitar sobrecalentamientos.
- Velocidad de contornos: Normalmente se pueden establecer valores independientes para partes de la pieza internas y externas, ya que las segundas serán las que queden a la vista en la pieza, y podrían requerir menores velocidades.
- Velocidad de impresión del relleno de las piezas: Se introduce como valor, siendo los más típicos entre 40 y 80, según la complejidad de la pieza.
- Velocidad de relleno en áreas pequeñas: Lo más recomendable es reducirlas a valores en torno a los 10-20 mm/s. Esto es, porque el cabezal realiza muchos movimientos en poco tiempo.
- Velocidad del cabezal en vacío: Regula la velocidad del cabezal cuando se mueve de una zona a otra de la pieza sin extruir. No es recomendable sobrepasar valores de 150 mm/s. Típicamente se suele configurar entre 90-100 mm/s.
Brim o Falda:
- Número de perímetros: Se realizan para marcar el área que ocupará la pieza y purgar el extrusor de posibles impurezas antes de empezar la pieza. Normalmente, un único perímetro, con una única capa, es suficiente. Se permite también establecer la distancia desde la pieza a la que se va a imprimir este perímetro. En caso de tener una pieza con poca superficie de contacto con la cama, es recomendable aumentar el número de perímetros y pegarlos a la pieza para que ésta aumente en superficie de contacto y evitar que se despegue.
Filamento:
- Diámetro: Se debe establecer el diámetro del filamento que se está utilizando, los valores comunes son 1.75 y 2,85 mm de diámetro.
- Temperatura: Se debe indicar la temperatura a la que debe trabajar el extrusor, que corresponde con la temperatura de fusión del material empleado y deberá estar dentro de los valores indicados por el fabricante.
Ventilación:
- En este apartado se indica si se desea una ventilación en todo momento, lo cual puede resultar beneficioso para algunos materiales y perjudicial para otros; o, por el contrario, se prefiere fijarla en modo automático.
Soportes
- Utilizados para aquellas piezas que contienen partes en voladizo, y que necesitan una base sobre la que incorporar el material. En todos los programas se incluye un ajuste automático que fija los soportes y permitirá al usuario eliminar los que considere innecesarios. La mayoría de las impresoras soportan voladizos de 45º, pero las más precisas son capaces de imprimir a 60º con ciertos materiales.
Impresora 3D, ajustes
Antes de iniciar la impresión, conviene tener la impresora preparada, con el fin de que trabaje adecuadamente. Esto es algo de especial importancia, ya que con el uso la impresora se puede ir desajustando hasta el punto en que se necesario hacer una revisión de ciertos aspectos.
Para ello hay disponibles diferentes tipos de Software, como Repetier u Octoprint.
Estos programas permiten realizar los movimientos del extrusor de manera rápida y sencilla para tareas de mantenimiento como una correcta nivelación de la cama (es decir, que ésta quede completamente horizontal), y separación entre la misma y la boquilla (offset – Z).
Para la separación entre la boquilla y la cama, la mayoría de las impresoras tienen un sensor inductivo o táctil, que mide dicha distancia y sitúa la boquilla en la posición correcta en todo momento.
Sensor y boquilla se mueven a través de la impresora de manera conjunta, y el sensor sirve para para determinar la posición de la boquilla respecto a la cama. Si el sensor queda demasiado bajo respecto a la boquilla, detectará la cama demasiado pronto y la boquilla podría imprimir en una posición demasiado elevada. En caso de que quedara demasiado alto, éste podría tardar en reconocer la cama, y podría ocurrir que la boquilla chocara con la cama.
Por lo tanto, se debe trabajar regulando tanto la posición del sensor (habitualmente con una llave fija) y, de manera paralela, variando los parámetros de separación.
Como conclusión, hay que destacar que para obtener un producto final adecuado es necesario integrar todos los parámetros que intervienen (forma de la pieza, material, software implicado, calidad de la impresora…), ya que todos dependen unos de otros y será necesario su control simultáneo para conseguir una pieza con la calidad deseada.
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Técnico en mantenimiento + Certificación fabricación aditiva: impresión 3D
Aficionado a la tecnología y al gaming desde finales de los años 90, probando cada gadget y aparato electrónico que sale en el mercado desde que recuerdo.
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