La forma ideal de introducirse en el mundo 3D y conocer las posibilidades que ofrece esta tecnología es entender la propia impresora 3D y la funcionalidad de cada componente. Por ello, en este artículo navegaremos por los tipos de impresora que hay en el mercado, las partes de la máquina con su función correspondiente y las partes que son susceptibles de cambio para mejorar el rendimiento de la impresora.
Estructura
La estructura de una impresora se basa en todas las piezas que conforman el soporte del aparato y donde se sujetan el resto de componentes de la máquina. Es por ello esencial que esta estructura sea fuerte y rígida.
Una buena estructura garantizará la estabilidad en el control de los movimientos, asegurando la calibración óptima de la máquina. Por consiguiente, una estructura débil provocará problemas como vibración durante la impresión que reduce la calidad y limita la velocidad de impresión, desajuste de la cama, etc.
Existen varios tipos de estructura. Algunos modelos disponen de estructura a base de tablones de madera (por MDF) que se ensamblan con tornillos o pegamento. Otros modelos tienen estructura de paneles de metacrilato. Ambos materiales no se recomiendan por la escasa rigidez y la carente precisión de ambos materiales y ensamblajes.
Las estructuras más comunes son los perfiles de aluminio debido a la comodidad de ensamblaje y su rigidez y precisión (apenas genera holgura en la máquina). No obstante, existen otras opciones recomendables como las estructuras de materiales compactos fenólicos de alta resistencia. La rigidez de este material genera la estabilidad idónea a la impresora para evitar cabeceos o movimientos del marco durante la impresión.
Mecánica de movimiento
Es imprescindible que las piezas encargadas de guiar el movimiento en la impresora sean de buena calidad para garantizar una resolución óptima de impresión.
El sistema de movimiento es el encargado de desplazar el cabezal para poder imprimir en el plano XY y en el eje Z, generando la superposición de capas y formando la pieza en cuestión. Los elementos que transmiten los movimientos se denominan ejes (en relación con los ejes cartesianos X, Y y Z).
Varillas y rodamientos
Son los elementos que guían las partes móviles. Son tubos normalmente de acero inoxidable o acero cromado por la cual las piezas se desplazan mediante rodamientos de bolas.
Estas varillas suelen ser de buena calidad, pero se recomienda el uso de acero inoxidable pues las de acero cromado se desgastarán mucho antes. En cuanto a los rodamientos, es importante elegir piezas de alta calidad pues va a influir enormemente en la impresión y va a evitar arañazos de varillas, atascos y ruidos en la impresora.
Hay algunos modelos de impresora con perfiles de aluminio que se ahorran el uso de varillas y husillos gracias a su perfil Vslot.
Estos perfiles tienen unas ranuras en V por las cuales unas ruedas de goma con rodamiento se desplazan, de esta forma el perfil sirve como estructura y como guía lineal.
Este sistema abarata mucho el precio ofreciendo unas prestaciones adecuadas. Lo negativo de este sistema es que los perfiles se acaban desgastando con el tiempo y que los rodamientos requieren de un ajuste frecuente.
Correas
Son los elementos que transmiten el movimiento procedente del motor al elemento móvil. Las correas de goma barata suelen dar problemas pues no se tensan adecuadamente, lo que produce un movimiento inestable. Por ello, se recomienda invertir en correas de calidad como las reforzadas con fibra de vidrio, que aportan rigidez y buen funcionamiento.
Husillos
Son los elementos que guían el movimiento en el eje Z, es decir, el movimiento vertical del extrusor. Hay algunas impresoras que disponen de motores con husillos incorporados que evita posibles oscilaciones en el movimiento Z.
Extrusión
La extrusión es el proceso esencial en la impresión 3D. Gracias a este proceso, se convierte el filamento en las capas de una pieza impresa debido al cambio de estado del material. Por ello, el extrusor debe de tener una calidad óptima para asegurar la fiabilidad de la impresora en cuestión.
El sistema de extrusión se compone de varias partes. El extrusor se compone de motor, sistema de engranajes y fusor y es el encargado de empujar el filamento gracias a los elementos de transmisión de movimiento.
El fusor o hotend es el encargado de fundir el material y expulsarlo por la punta. El fusor está compuesto por la boquilla o nozzle, calentador o heat block y disipador de calor.
Hay dos tipos de extrusor. Por un lado, está el directo, cuando el extrusor está justo encima del fusor, ambos integrados en el cabezal por lo que ambos se desplazan solidariamente.
Por otro lado, está el bowden, cuando el extrusor se encuentra separado del fusor. En este caso, el filamento se conduce desde el extrusor al fusor a través de un tubo.
Los extrusores directos son los más recomendados porque disponen de mayor control del filamento, tienen más fuerza y son más fiables. Por su parte, el sistema bowden tiene la ventaja de que el fusor no carga con el extrusor y puede en teoría ofrecer velocidades altas y menores vibraciones.
Se debe tener en cuenta varios aspectos a la hora de elegir un sistema de extrusión como la calidad del mecanizado, el diseño de la garganta, barrera térmica o barrel (parte donde se produce el cambio de estado del material), el disipador térmico (con o sin ventilador) y la boquilla.
Electrónica
La electrónica hace referencia a los elementos que ponen en marcha la impresión como la placa base, los motores, la cama o los sensores.
Placa base
Actualmente, la placa base suele ser específica para cada impresora.
La única diferencia que pueden tener entre ellas está en los drivers que utilicen ya que los drivers son los que suministran la potencia necesaria a los motores.
La placa base se encarga de encender y apagar la impresora, de interpretar las instrucciones del código, accionar los motores, etc. Algunos de sus componentes son el procesador (realiza los cálculos para el funcionamiento de la impresora), los controladores de los motores (mosfets y control de potencia) y las conexiones USB y el LCD con lector de tarjetas SD (para interactuar fácilmente con la impresora).
Cama caliente
La cama caliente es un componente conveniente cuando se trabaja con materiales más técnicos o en entornos fríos. Dependiendo del material, la temperatura de la cama será una u otra y será establecida por las instrucciones del archivo.
Este sistema consigue que las piezas se adhieran a la cama caliente y cuando ésta se enfríe, sea fácil de despegar. Hay de varios tipos: PCB (placa con circuito impreso), PCB con aluminio (el aluminio reparte mejor la temperatura en la cama) y más tipos con características extra.
Panel de control
El panel de control es la forma que tenemos para comunicarnos con la impresora. Desde aquí se pueden controlar propiedades como la temperatura, el movimiento de los ejes, la calibración o la nivelación de la cama.
Fuente de alimentación
La fuente de alimentación es el elemento que convierte la corriente alterna de la red eléctrica en la corriente continua a voltaje adecuada que necesitará la impresora para su funcionamiento. Las fuentes de 12V son las que suelen utilizar para impresoras pequeñas y medianas.
Las fuentes de 24V son recomendables para impresoras de mayores dimensiones pues requieren de mayor potencia al trabajar en intervalos más largos.
Sensor inductivo
Finalmente, el sensor inductivo es el elemento que compensa las desviaciones de la cama caliente. Con este componente se ajusta la nivelación de la base y la distancia a la plataforma de impresión de manera más precisa.
Es recomendable asegurarse de que los motores del eje Z se encuentran alineados para que la base se encuentre paralela a los mecanismos de movimiento y asegurar el funcionamiento del sensor.
Un buen ejemplo de equipo de impresión con las prestaciones más competentes del mercado son las impresoras de la empresa ABAX.
Cuentan con dos gamas de máquinas en función del entorno del usuario: PRi3 y PRi5 para particulares y Titán300 y Titán500 para entornos profesionales. Estas máquinas cuentan con una estructura rígida y fuerte, una cama de hasta 310 x 310 x 500 mm de espacio útil de impresión y pueden imprimir en una resolución de hasta 50µ.
Además, cuentan con una función de auto nivelación mediante sensor inductivo y con un hotend que alcanza los 265ºC (lo que le permite imprimir en múltiples materiales como PLA, ASA, PETG o Nylon entre otros). Las máquinas de este fabricante tienen unas características que aseguran a cualquier usuario, ya sea amateur o profesional, una impresión de gran calidad.
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