P á g i n a 2 INTRODUCCIÓN
La fabricación digital consiste en materializar objetos a partir de archivos digitales, utilizando para esto una máquina controlada por un ordenador.
Gracias a este mecanismo se logran varias ventajas, desde mejorar procesos de diseño, obtener piezas personalizadas o reducir costos de producción, hasta fabricar formas complejas que no serían posibles con las tecnologías tradicionales.
En la actualidad no existe una técnica única de impresión, así como tampoco un único tipo de consumible material. Algunas máquinas utilizan tecnología aditiva, por ejemplo, las que funden un material plástico o solidifican una resina artificial utilizando un láser; otras, por el contrario, utilizan una técnica sustractiva, como las que realizan esculturas a partir de un bloque macizo. Los materiales pueden variar desde plásticos a resinas, metales, vidrio, cerámicas o incluso concreto.
Las impresoras 3D suelen clasificarse, según su uso y prestaciones, en domésticas (o de escritorio) e industriales. Sus usos son muy variados, en parte debido a la diversidad de tecnologías y materiales de impresión: se aplican, por ejemplo, a la confección de joyas, vestimenta, muebles, máquinas, alimentos y prótesis. Si bien muchas de estas aplicaciones son mejoras de procesos existentes, también asoman usos más experimentales en áreas como la construcción de casas, la producción de tejidos humanos y la fabricación de repuestos en lugares extremos aislados. Un ejemplo de esto último ocurrió en la Estación Espacial Internacional (NASA, 2014), donde se produjeron los primeros objetos fabricados fuera de la Tierra en búsqueda de alternativas que permitan minimizar la cantidad de viajes espaciales que se realizan y disminuir así costos, tiempos de espera y uso de combustible.
La tecnología digital se utiliza en diferentes instancias del desarrollo de un producto.
En la etapa de diseño, por ejemplo, es fundamental la elaboración de un prototipo para poner a prueba sus dimensiones, su ergonomía y su utilidad práctica. Sin embargo, también avanza su aplicación para la fabricación del producto final gracias a las múltiples ventajas que presenta con respecto a otros procesos de fabricación, especialmente en pequeñas y medianas empresas.
Por otra parte, la tecnología de impresión 3D permite fabricar productos personalizados que se ajusten a las necesidades de los usuarios, sin que esto aumente el costo final de la pieza ni requiera una reestructuración o reforma en la máquina que la construye (como sí sucede en la fabricación tradicional).
La personalización en masa es una de las principales tendencias que se persiguen en el desarrollo de productos en la actualidad.
P á g i n a 3 TECNOLOGÍAS DE IMPRESIÓN
Como se ha mencionado anteriormente, existen varios caminos alternativos a la hora de convertir un diseño digital en un objeto físico. Los diversos enfoques se agrupan en las siguientes cuatro técnicas:
• ADITIVAS
• Se basan en la superposición de un material, capa a capa, hasta llegar a la forma final de la pieza.
• SUSTRACTIVAS
• Son las que, a partir de un bloque sólido de material, extraen el exceso para dar forma a la pieza final.
• Por su funcionamiento existe un gran número de morfologías que no es posible realizar con esta técnica (por ejemplo, piezas monolíticas huecas).
• POR CONFORMADO
• A través de una serie de transformaciones sobre el material, este se modela en función de la forma buscada utilizando fuerza y moldes.
• HÍBRIDAS
• Combinan dos o más de estas tecnologías. Por ejemplo, adoptan la adición de capas de material, a las cuales luego se les sustraen las partes inútiles.
La fabricación aditiva es una de las técnicas más populares en la actualidad y también una de las más versátiles. Permite elaborar prácticamente cualquier objeto, sin importar su geometría, a partir de la deposición de material capa por capa (Zahera, 2012).
Existe un conjunto de características que distinguen a las tecnologías aditivas y que le confieren ventajas competitivas frente a cualquier otro proceso de fabricación industrial. Una de ellas es la posibilidad de conseguir piezas cuya complejidad geométrica es independiente del costo: esto facilita la materialización de objetos que posean diferentes espesores, curvas pronunciadas, formas irregulares e incluso ahuecados. Este tipo de fabricación engloba, a su vez, una serie de técnicas que enumeraremos a continuación.
ESTEREOLITOGRAFÍA (SLA)
Proceso de fabricación aditiva en el que se emplea resina fotosensible que se solidifica mediante luz ultravioleta.
• Estereolitografia
• PolyJet (Stratasys)
• MultiJet (3Dsystems)
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¿En qué consiste la tecnología estereolitografía?
La estereolitografía es un proceso de fabricación por adición que emplea resina que solidifica mediante luz ultravioleta en un depósito y un láser ultravioleta para construir los objetos. Los objetos tridimensionales son obtenidos mediante la adición de finas capas, impresas una encima de otra. Cada capa es una sección transversal del objeto que el láser traza en la superficie de la resina, que es el material consumible. La resina liquida se solidifica mediante la exposición al láser de luz ultravioleta, quedando así la capa recién solidificada pegada a la capa previa que existía debajo suya.
Una vez que la capa a imprimir ha sido creada, la plataforma de elevación del equipo desciende una distancia equivalente al grosor de una capa de resina solidificada (entre 0.05 - 0.15 mm). Una ola barre la pieza dejando una nueva capa de resina liquida en la superficie de la cubeta, lista para la siguiente impresión del láser. De esta forma se va creando, capa a capa una pieza tridimensional. Una vez que la pieza tridimensional se ha completado, ésta se sumerge en un baño químico que retira el exceso de resina y posteriormente, curada en un horno de luz ultravioleta.
La estereolitografía necesita de estructuras para soportar la pieza a la plataforma de elevación de forma que se evite la deflexión de la pieza por gravedad. También sujeta la sección transversal en el lugar correcto para que no se deslice cuando pasa la hoja de re-aplicaclón de resina. los soportes suelen ser generados automáticamente durante la preparación del modelo por ordenador CAD, aunque podrían requerir intervención manual. Los soportes deben ser retirados del modelo final de forma manual.
P á g i n a 5 El acabado superficial de las piezas es muy bueno, normalmente mejor que el obtenido mediante SLS. Además, las piezas no salen con restos de polvo como si pasa en las piezas producidas mediante SLS. En cambio, si no se limpian bien tras la impresión, las piezas pueden contener restos de resina no solidificada, lo que da una sensación de “pringoso”.
Las piezas fabricadas mediante estereolitografía son suficientemente duras como para ser mecanizadas y pueden ser usadas en la creación de moldes maestro para moldeo por inyección, termo conformado, moldeo por soplado y varios procesos de forja.
Una gran ventaja de esta tecnología frente a la SLS es que las piezas producidas no son porosas (como ocurre en el sinterizado por láser), lo cual hace que no necesiten de tratamiento de sellado posterior para hacerlas impermeables al agua o aire.
Las resinas utilizadas pueden ser más frágiles y menos flexibles que en el sinterizado láser SLS. Un inconveniente específico de esta tecnología proviene de la característica de las resinas fotosensibles de curar con luz ultravioleta. Debido a esto, las piezas recién impresas tienen un grado de curado concreto que les da una dureza y resistencia a rotura concretas, pero dichas propiedades cambian a lo largo del tiempo (debido al proceso continuo de curado gracias a la luz ultravioleta ambiental) volviéndose las piezas cada vez más frágiles.
Los objetos obtenidos mediante esta tecnología son sensibles tanto a la humedad ambiental como a la temperatura, aunque hay procesos posteriores que mitigan dichas debilidades.
Aunque la estereolitografía puede producir una amplia variedad de formas, suele ser cara. El coste de la resina foto endurecible varía de 60 a 90 €/l y el precio de los equipos es muy variable. De todas formas, el reciente interés por dicha tecnología ha hecho se produzcan modelos de consumo con precios asequibles.
MATERIAL PARA IMPRESORAS SLA (LAS RESINAS)
Las resinas para impresoras 3D, son el material que utilizan Las impresoras del tipo SLA o estereolitografía para llevar a cabo sus impresiones. Estas resinas son compuestos químicos que se encuentran en formato líquido generalmente en una botella especial.
Su textura es viscosa y espesa, como si de un aceite se tratase, y tienen la peculiaridad de que se solidifican al recibir el contacto directo de luz. De esta manera pueden crearse piezas en 3D con una impresora estereolitografía habilitada para ello.
P á g i n a 6 Una vez alcanza el estado sólido, la pieza adquiere las propiedades del material al cual está imitando, dureza, fragilidad, elasticidad, opacidad… en función de los componentes químicos que lleva la resina.
Se pueden fabricar prototipos de precisión robustos y que requieran una resistencia al calor superior a 80%, es ideal para cualquier pieza simulada que requiera una alta resistencia al impacto y absorción de golpes.
Propiedades
• Muy resistente térmica y mecánicamente.
• Duradera.
• Simulación visual y funcional de gran realismo.
• Modelos muy precisos.
• Muy buen acabado estético.
• Resistencia al impacto elevada 65—801/m.
• Temperatura de deflexión térmica (HOT) de 58—68 º c.
• Temperatura de deflexión térmica mayor (HOT) de 82—95 'C tras postratamiento térmico.
Aplicaciones
• Moldes para inyección.
• Prototipos funcionales.
• Piezas de encaje a presión para su uso a altas o bajas temperaturas.
• Piezas eléctricas.
• Carcasas.
• Piezas y tapas del motor.
POLYJET
La impresión 3D PolyJet es similar a la impresión por inyección de tinta de documentos solo que, en lugar de pulverizar tinta encima de un papel, genera una serie de capas de un fotopolímero líquido (que al instante cura con luz UV, para pasar a un estado sólido), y esas capas terminan por conformar el objeto.
Cuando el modelo diseñado presenta geometrías complejas, la impresora 3D también adiciona un gel que actúa como soporte para la pieza y que luego se elimina manualmente o lavándolo con agua.
P á g i n a 7 Los sistemas PolyJet más avanzados permiten combinar diversos materiales de impresión en un modelo. Esto significa que el usuario puede seleccionar múltiples materiales para un mismo prototipo e incluso combinar dos o tres materiales para crear compuestos con propiedades distintas. Las impresoras más complejas permiten combinar hasta media docena de materiales diferentes en una misma estructura.
Entre los ejemplos de materiales PolyJet se incluyen el ABS, los materiales de alta resistencia que imitan vidrio o cristal, los fotopolímeros opacos rígidos, los materiales flexibles similares al caucho y los polímeros biocompatibles, utilizados para prototipos médicos o quirúrgicos.
SINTERIZACIÓN SELECTIVA POR LÁSER (SLS)
EL Sinterizado Selectivo por Láser (SLS) es una técnica de adición de prototipado rápido, en la que se deposita una capa de polvo de unas décimas de milímetro, en una cuba que se ha calentado a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del polvo. Seguidamente un láser CO2 sinteriza el polvo en los puntos seleccionados (causando que las partículas se fusionen y solidifiquen).
El proceso continuo de gran flexibilidad permite la conversión de una gran variedad de materiales. Por ejemplo, finos de mineral de hierro, polvos recolectados en filtros y otros materiales que contienen hierro, etc.
Se utiliza para pequeños volúmenes de piezas que requieran ser funcionales.
La producción de objetos mediante SLS requiere el uso de un láser de alta potencia (por ejemplo, un láser de C02) para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal, cerámica o cristal en la forma tridimensional deseada.
El láser fusiona de forma selectiva material en forma de polvo una cubeta mediante el barrido de finas capas transversales que van, así, generando el objeto tridimensional de la pieza a imprimir proviene de un archivo informático que ha sido generado o previamente escaneado. Una vez que la sección transversal, o capa, se van formando la cubeta de polvo desciende una distancia equivalente al espesor de la capa formada y una nueva capa de material base es añadida a la superficie. El proceso es así repetido tantas veces como capas se necesiten fundir hasta crear el objeto tridimensional.
Las piezas terminadas tendrán una densidad que depende de la potencia pico del láser más que de su duración, los equipos SLS usan un láser de pulso. El equipo SLS precalienta el material polvo base en la cubeta a una temperatura ligeramente inferior
P á g i n a 8 a la de fusión de dicho material. De esta forma hace que la fusión del material por calentamiento sea más sencilla.
Al contrario que en otros procesos de fabricación por adición, como la estereolitografía (SLA) y deposición de hilo fundido (FDM), la sinterización selectiva por láser no necesita de soportes ya que la parte sinterizada está todo el tiempo rodeada de polvo sin sinterizar que actúa de soporte.
1 Laser, 2 Escáner, 3 Almacenaje de polvo de material, 4 Pistón de empuje de material, 5 Rodillo, 6 Pistón de fabricación, 7 Objeto sinterizado, 8 Cama de fabricación.
A Dirección del láser, B Partículas de polvo sinterizado, C Luz laser, D Polvo sinterizado, E Cama de polvo no sinterizado, F Polvo no sinterizado de camas anteriores.
MATERIALES PARA IMPRESORAS SLS
Poliamida 12 (Nylon) blanca procesada mediante SLS (Sinterizado selectivo por láser), ideal para prototipos o piezas finales con altos requerimientos médicos
Propiedades
• Alta resistencia y rigidez.
• Buena resistencia química.
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• Excelente comportamiento a largo plazo.
• Alta resolución de detalles.
• Varias posibilidades de acabado (por ejemplo, metalización, tintado, pintado, revestimiento, esmaltado estufa).
• Biocompatible según EN ISO 109934-1 y USP / nivel VI/121'C.
• Aprobado para el contacto con alimentos de acuerdo con la Directiva 2002/72/CE de plásticos destinados a entrar en contacto con productos alimenticios (excepción: productos alimenticios con alto nivel alcohólico).
Aplicaciones
• Piezas funcionales.
• Aplicaciones médicas, por ejemplo, prótesis.
• Piezas de plástico totalmente funcionales de alta calidad.
• Piezas de inyección de plástico sin necesidad de fabricar un molde.
• Fabricación de piezas con conexiones de elementos móviles.
Otras
• Poliamida 12 con carga de fibra de vidrio.
• Poliamida cargada con aluminio.
TECNOLOGÍA DE DISPOSICIÓN DE FUNDIDO FDM / FFM
El termino en inglés, Fused Deposition Modeling y sus siglas, FDM, son marcas registradas de Stratasys lnc. El término equivalente, Fused Filament Fabrication (fabricación con filamento fundido) y sus siglas FFF, fueron acuñadas por la comunidad de miembros del proyecto RepRap para disponer de una terminología que pudieran utilizar legalmente sin limitaciones.
El modelado por deposición fundida utiliza una técnica aditiva, depositando el material en capas, para conformar la pieza. Un filamento plástico o metálico que inicialmente se almacena en bobinas, es introducido en una boquilla, esta se encuentra por encima de la temperatura de fusión. Se desplaza en los tres ejes X, Y, Z, gracias a motores paso a paso o servomotores. Se disponen de boquillas de varios diámetros para aumentar la resolución de la impresión.
P á g i n a 10 APLICACIONES INDUSTRIALES
El modelado por deposición fundida se está utilizando cada vez más en la industria del prototipado y fabricación rápida. El prototipado rápido agiliza los ensayos interactivos. Para fabricación de pequeñas cantidades de piezas, el modelado por deposición fundida puede ser una alternativa relativamente barata a otras tecnologías.
Partiendo del material (filamento), se funde y se deposita en estado semilíquido en la capa correspondiente del modelo 3D.
IMPRESORAS 3D TIPO FDM
Este tipo de impresoras son las mas conocidas y habituales en el mundo de la impresión 3D a nivel de makers, pymes y en el ámbito doméstico.
P á g i n a 11 COMPONENTES DE UNA IMPRESORA 3D
Electrónica de la impresora
Las impresoras 3D utilizan una gran variedad de componentes electrónicos: Sensores de distancia, finales de carrera, motores, thermistores, ventiladores, y todos ellos están controlados por una placa base.
La Placa Base.
La placa base, es el cerebro de la máquina. Es la que se encarga de coordinar al resto de componentes para poder imprimir las piezas sin problemas.
Uno de las placas base mas conocidas es el Arduino MEGA 2560, la placa Arduino puede funcionar de dos maneras, recibiendo y ejecutando la información que le llega directamente del ordenador a través del puerto USB ó de manera autónoma leyendo los datos que le carguemos en la pantalla mediante la tarjeta SD.
Motores
Los motores, son motores de tipo paso a paso, y se utilizan por su gran precisión, fuerza y la velocidad. Su misión es la de mover el hotend en los 3 ejes. Pero también se encargan de empujar el filamento desde la bobina hasta la boquilla para poder imprimir las piezas.
Thermistores
Thermistores, se encargan de controlar la temperatura. Cuando estas imprimiendo una pieza la placa base tiene que saber en todo momento a que temperatura se esta extruyendo el plástico. Esto es así porque unos grados de más o de menos en la temperatura de impresión y el resultado de la pieza puede variar mucho. Pero no solo eso. En caso de que nuestra impresora tenga una cama caliente, se utiliza también para mantener una temperatura constante y hacer que la pieza este bien fijada a la base durante toda la impresión.
Finales de carrera
Los finales de carrera son los encargados que inicializar la posición de la impresora y de vigilar que no se nos acabe el filamento durante la impresión. Normalmente los encontraremos en las esquinas de los 3 ejes, así como un poco antes del motor que realiza la extrusión de filamento
Sensores de distancia
Sensores de distancia, ya sean capacitivos o inductivos. Estos sensores suelen ir colocados junto a la boquilla de extrusión, y se utilizan para medir la distancia que
P á g i n a 12 hay desde la punta de la boquilla hasta la base antes de imprimir. Al medir esta distancia, la placa base puede hacer una especie de mapa topográfico y aunque la base no este paralela a la boquilla, podrá ir realizando las correcciones necesarias durante la impresión en el eje Z para que la impresión sea perfecta, y compensar el desnivelado de la cama.
Ventiladores
Ventiladores. Su principal misión es la de refrigerar la placa base, el extrusor de plástico y la propia pieza que estemos imprimiendo. ¡Sin ellos imprimir seria todo un suplicio! La electrónica sin ventilador sufre mucho, puesto que tiene que manejar mucho amperaje y esto suele traducirse en calor que hay que disipar.
Extrusor
Es el conjunto que empuja el filamento, normalmente está formado por un motor, rueda dentada, un rodamiento para apretar el filamento contra la rueda.
Tipos de extrusores en función del accionamiento
Dentro de los extrusores existen dos tipos en función del tipo de accionamiento:
Directo y Bowden.
Extrusor directo
En el extrusor directo, como su propio nombre indica, el filamento transcurre directamente desde la rueda dentada del extrusor al HotEnd.
Puntos a favor:
Extrusor compacto, completamente desmontable, fácil comprobación de averías y atascos, capaz de imprimir cualquier tipo de filamento sin problemas
Puntos en contra:
Dificulta la movilidad de los ejes X y Z debido al gran peso que añade a los mismos.
Extrusor Bowden.
un extrusor Bowden es un extrusor indirecto y como su nombre indica el filamento no pasa directamente desde el motor hasta el hot end como ocurre en la extrusión directa.
La principal característica de este tipo de extrusores es la distribución de sus elementos, en una parte encontramos el motor paso a paso con sus engranajes y poleas correspondientes por donde se introduce el filamento, y saliendo el motor, encontramos un tubo de teflón, que es el encargado de guiar el filamento desde el
P á g i n a 13 motor hasta el eje X donde se encuentra el hotend para extruir el filamento y depositarlo a la cama caliente.
Puntos a favor:
Ayuda al desplazamiento de los ejes X y Z debido a que aporta menor peso a los mismos, el tamaño en el eje X se ve muy reducido, aporta algo más de calidad a la impresión debido a su bajo peso.
Puntos en contra:
Dificultad de extrusión de materiales flexibles como el filaflex, mayor facilidad de sufrir averías.
Hotend
El hotend es una de las partes más importantes de la impresora 3D FDM. Este componente se encarga de recibir el filamento procedente del extrusor, calentarlo de forma controlada y sacarlo con flujo constante por el nozzle.
El hotend suele estar compuesto por: un ventilador conectado a un difusor metálico, un heat break (espárrago), un bloque metálico donde se alojan el cartucho calentador y el cartucho termistor, y el nozzle. Todos estos elementos que forman el hotend son claves para el correcto funcionamiento de la impresora 3D. Si por ejemplo, el ventilador está dañado, el calor ascenderá por el difusor hasta provocar un atasco o si el nozzle muestra un desgaste acusado, las piezas realizadas presentarán deformaciones y zonas con huecos.
Pantalla LCD
La pantalla LCD es un elemento que no es necesario para que la impresora 3D funcione, pero son tantas las ventajas que nos aporta que yo diría que es fundamental disponer de una, ya que con esto podemos hacer nuestra impresora totalmente autónoma además de ver datos como la temperatura de un simple vistazo.
Otra posibilidad que nos ofrece la pantalla LCD es la de controlar incluso durante la impresión los valores de temperatura, velocidad, FLOW... todo de una manera muy sencilla navegando a través del menú de la propia pantalla.
P á g i n a 14 TIPOS DE FILAMENTO
El filamento, es el material necesario para poder imprimir tus piezas en 3D.
Básicamente se trata de una bobina con hilo plástico, que la impresora usará para generar nuestras piezas.
En la actualidad puedes encontrar cada vez más tipos de filamento de impresoras 3d con distintas propiedades, colores, texturas, tamaños… Dependiendo de las propiedades de la pieza que queramos imprimir, tendremos que elegir un material u otro. Por eso, en el caso del filamento de impresoras 3d es imprescindible hacer una buena selección.
Cuando vamos a imprimir en 3d una pieza, tenemos que conocer las propiedades de la pieza a imprimir, para poder elegir el filamento correcto. Los más usados comúnmente son el PLA y el ABS.
A continuación, vamos a contaros las ventajas y desventajas de cada uno de ellos, así como algunas de sus propiedades:
PLA: Es el material mas recomendado para los que acaban de meterse en el mundillo de la impresión 3d. Se fabrica a partir de materia orgánica y con las condiciones adecuadas, se puede tratar de un material ecológico. Por todo ello es uno de los filamentos mas utilizados. Lo puedes encontrar en prácticamente cualquier color, incluyendo transparente.
Su rango de temperaturas para su perfecto funcionamiento suele rondar entre los 200 y los 230 grados centígrados. Es recomendable disponer de un ventilador de capa, que refrigere la pieza según se va imprimiendo para conseguir un acabado perfecto. En caso de no conseguir que se pegue a la cama, basta con usar un poco de laca, pegamento, cinta de carrocero o algún espray especializado.
Ventajas:
• La facilidad de uso, sobre todo si lo comparamos con el resto.
• No necesita de cama caliente.
• Los cambios de temperatura durante la impresión no producen problemas.
• Permite ser imprimido a altas velocidades.
• No tiende a producir warpping como el ABS.
Desventajas:
• La principal es que es más frágil que la mayoría de los filamentos.
• Conviene conservarlo en un lugar seco, pues absorbe la humedad del ambiente
• Y tiene poca resistencia térmica.
P á g i n a 15 ABS: Es un material muy usado en la industria automovilística. Procede del petróleo, y es muy fácil de encontrar en los paragolpes de los coches. Aunque es muy difícil imprimir con él, la gente suelo usarlo por sus altas capacidades para ser mecanizado.
Además, permite alisar las piezas para ocultar las líneas de las capas utilizando un baño de vapor de acetona.
Dependiendo del fabricante, la temperatura media de impresión ronda entre los 230 y 240 grados. La cama tiene que estar a por lo menos a 80 grados para intentar evitar el warping. No se puede usar un ventilador de capa. Lo mejor para imprimir, es hacer un cerramiento con cartón, o con planchas de porexpan para evitar corrientes durante la impresión. Es bueno situarla en una zona ventilada, puesto que desprende gases nocivos para la salud.
Ventajas:
• Estable ante los cambios de temperatura extremos.
• Es muy fácil de mecanizar, se puede lijar, perforar y roscar sin ningún tipo de problema.
• Tiene una resistencia muy alta a los impactos.
Desventajas:
• Es muy difícil de imprimir.
• Le afectan los cambios de temperatura durante la impresión.
• Se contrae según se enfría y puede hacer que se separen las capas
• Es muy complicado que se pegue a la cama caliente.
• Produce warping.
PET-G: Es el plástico más utilizado en el mundo. Es transparente, tiene mucha resistencia a los químicos, y es apto para su uso alimenticio. Es el plástico que encontramos normalmente en las botellas de plástico o envases para alimentación.
Funciona con una temperatura entre 220 y 250 grados, dependiendo del fabricante.
Es necesario disponer de una cama caliente que alcance entre 60 y 90 grados para que se pegue a la cama. No es habitual que produzca warping, por lo que no hace falta usar un cerramiento para que se imprima bien. Se recomienda el uso de un ventilador de capa.
Ventajas:
• Muy transparente.
• Alta resistencia al desgaste, a la corrosión y a los cambios de temperatura
• Muy resistente a los impactos
• Fácil de mecanizar.
Desventajas:
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• No es biodegradable. Aunque se puede reciclar.
• Durante la impresión, desprende gases nocivos, aunque no tantos como el ABS
HIPS: Los filamentos tipo HIPS son los más indicados para realizar piezas ligeras con mucha calidad. ¡Es uno de los más utilizados en todo el mundo! Tiene unas propiedades muy similares al ABS. Lo mejor es que es soluble si lo metes en un baño de D-Limoneno, lo cual, lo hace el candidato perfecto a la hora de imprimir soportes.
Funciona en un rango de temperatura que va desde los 230 hasta los 240 grados y aunque no es necesario tener cama caliente, si se dispone de ella es recomendable ponerla a 60 grados. En caso de tener un extrusor doble, puedes utilizarlo como filamento de soporte, y una vez acabada la pieza eliminar los soportes metiendo la pieza con un baño con D-Limoneno
Ventajas:
• Se puede reciclar.
• No necesita de cama caliente
• Muy estable ante cambios de temperatura
• Se puede mecanizar
• No sufre warping
• No desprende gases nocivos
Flexibles: Es un compuesto plástico al que se le añade un químico para hacerlo más flexible y viscoso para que las impresoras 3d puedan fundirlo y crear la pieza deseada.
Es muy delicado a la hora de ser imprimido. La velocidad de impresión tiene que ser baja, entre 10 y 20 mm/s. Para la temperatura, lo mejor es mirar en la bobina de filamento porque dependiendo del fabricante pueden tener características diferentes.
El extrusor tiene que ser compatible con este filamento. Lo normal es guiar todo el filamento desde que pasa por la rueda moleteada del extrusor con un tubo PTFE.
Ventajas:
• Es flexible, por lo que tiene gran resistencia a rotura por fatiga.
• Es reciclable.
• Amortigua muy bien los impactos.
Desventajas:
• Poca resistencia al calor.
• Pierde elasticidad si no se imprime correctamente
• Pierde elasticidad con el paso del tiempo
P á g i n a 17 ARCHIVOS IMPRIMIBLES EN 3D
Ahora que tiene algunos conocimientos iniciales, es hora de ver cómo realmente obtenemos un archivo imprimible en 3D. Hay varias formas de hacer esto y en este capítulo veremos cómo descargar archivos prediseñados, crear archivos en software CAD y escanear objetos físicos en 3D.
Descargar modelos
La forma más fácil de obtener un archivo imprimible en 3D es descargar archivos prediseñados. Simplemente diríjase a uno de los siguientes sitios web y habrá cientos de modelos gratuitos disponibles para descargar. El tipo de archivo de impresión 3D más común se conoce como STL. Una vez descargado, puede abrir los STL en el software de su impresora 3D, donde seleccionará varios parámetros antes de enviarlo a la impresora 3D.
Thingiverse - www.thingiverse.com
Es una comunidad en línea para descubrir, hacer y compartir cosas imprimibles en 3D. Como la comunidad de impresión 3D más grande del mundo, creen que todos deberían ser alentados a crear y mezclar cosas 3D, sin importar su experiencia técnica o experiencia previa.
3DKer - www.3dker.com
Es una comunidad próspera que ofrece a los usuarios acceso gratuito a miles de modelos imprimibles en 3D en todo el mundo.
YouMagine - www.youmagine.com
Es una comunidad en línea de entusiastas de la impresión 3D que desean trabajar juntos para compartir y hacer mejores cosas impresas en 3D.
MyMiniFactory - www.myminifactory.com
Se lanzó en 2013, es una de las plataformas sociales líderes en el mundo para objetos imprimibles en 3D. En MyMiniFactory, puede encontrar decenas de miles de diseños 3D listos para descargar de forma gratuita. ¡Funcionarán con cualquier impresora 3D de escritorio, y han probado cada una de ellas para garantizar que se imprima!
P á g i n a 18 DISEÑO DE MODELOS EN 3D
CAD significa Software de diseño asistido por computadora y se refiere a los programas de computadora que están destinados a fines de diseño. Pueden ser 2D, 3D o ambos, y la mayoría de los archivos imprimibles en 3D se crean con el software CAD.
El CAD se inventó en la década de 1960 y a lo largo de los años ha reemplazado los métodos de dibujo manual debido a su velocidad, precisión y capacidad para realizar modificaciones fácilmente.
CAD se utiliza en una amplia gama de industrias, tales como arquitectura, ingeniería, animación, medicina y educación, etc. En los últimos años, el software CAD se ha vuelto extremadamente accesible y ahora hay muchos programas gratuitos disponibles para descargar. Además de ser gratuito, ha habido un aumento en la disponibilidad de paquetes de software adecuados para aquellos sin experiencia.
Le recomendamos que pruebe una variedad de las opciones enumeradas en la página siguiente. Lo más probable es que encuentre uno que considere más adecuado para sus estudiantes, pero también vale la pena señalar que los diferentes paquetes de software son mejores para ciertos tipos de modelos. Por ejemplo, hay algunos programas que sobresalen en la escultura digital y otros que funcionan mejor al dibujar y extruir superficies. Por esta razón, recomendamos mantener un enfoque abierto y alentar a los estudiantes a experimentar con varias opciones de software.
Programas de diseño CAD Tinkercad - www.tinkercad.com
Tinkercad es una aplicación sencilla de diseño 3D en línea e impresión 3D que se puede utilizar a través de un navegador web. Es una gran herramienta para educadores principiantes y nivel intermedio.
Las formas son los bloques de construcción básicos de Tinkercad. Una forma puede agregar o eliminar material y puede importar el suyo o trabajar con formas existentes.
Las formas se pueden mover, rotar o ajustar libremente en el espacio. También puede agrupar formas para crear objetos detallados tan complicados como desee.
Freecad – www.freecadweb.org
FreeCAD es una aplicación libre de diseño asistido por computadora en tres dimensiones, ingeniería asistida por computadora, para la asistencia en ingeniería mecánica y el diseño de elementos mecánicos.
P á g i n a 19 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Hay varios aspectos del diseño 3D que deben tenerse en cuenta al crear modelos para la impresión 3D. Las impresoras 3D tienen sus limitaciones y es importante destacarlas. Echemos un vistazo a algunas consideraciones de diseño necesarias para las impresoras 3D FFF.
1. Voladizos
Las impresoras 3D FFF requieren al menos una superficie o capa parcial para imprimir encima, por lo tanto, pueden surgir problemas al imprimir características sobresalientes. Cuanto mayor es el ángulo de proyección, peor es la calidad de la superficie.
2. Puentes
El puente es esencialmente un voladizo, pero la impresora
"puentea" a través de dos pun tos. Cuanto más grande es el puente, peor es la calidad.
3. Soportes
Para ayudar con voladizos y puentes, la mayoría de os programas de impresión 3d pueden generar material de soporte. Esta es una estructura temporal que se despega después de la impresión, pero la calidad de la superficie generalmente se ve comprometida.
P á g i n a 20 PREPARANDO EL MODELO PARA SU IMPRESIÓN
Orientación del modelo
Una de las cosas más importantes que debe hacer dentro del software de corte es optimizar la orientación de su modelo para la impresión 3D. Eche un vistazo a los siguientes ejemplos de un modelo de velero.
Voladizos excesivos Si colocamos el modelo de velero en esta posición, la impresión resultante sería de muy baja calidad. Si observa las velas del barco e imagina que la impresora está creando esta sección, es posible que se dé cuenta de que
la impresora esencialmente imprimirá
en el aire. No hay material debajo de la vela para imprimir encima. En general, cuanto mayor es el ángulo y el área del voladizo, peor es la calidad de la superficie.
Mala adhesión En este escenario, solo una fracción del modelo está en contacto con la cama de impresión. El software puede generar una balsa (estructura base) para que esto se imprima, pero es poco probable que esto impida que la impresión salga del lecho de impresión al imprimir. La buena adhesión del lecho es fundamental para todas las impresiones en 3D y para lograrlo, debe haber una cantidad relativa de superficie que toque el lecho de impresión / balsa.
Orientación correcta Para el modelo de velero, esta es la mejor orientación. No hay áreas
con voladizos pronunciados o grandes y
hay una gran superficie plana que toca la cama de impresión. Si no puede evitar los voladizos girando el modelo, debe orientarlo a la posición con el menor voladizo. La mayoría de los programas de corte tienen una
función llamada
"Soporte", que se describe en la página siguiente.
P á g i n a 21 MATERIAL DE SOPORTE
La mayoría de los paquetes de software de corte pueden generar automáticamente
"estructura de soporte". Aquí es donde la impresora creará una estructura temporal de líneas debajo de las características sobresalientes, que se despega cuando finaliza la impresión. La estructura temporal permite a las impresoras FFF imprimir salientes y puentes empinados, pero la calidad de la superficie cuando se retira no será completamente uniforme. Algunas máquinas de gama alta tienen 2 boquillas y le permiten imprimir el soporte en un material soluble como el HIPS que se disuelve cuando el modelo se sumerge en agua.
El ángulo de
proyección aquí es inferior a 50 grados.
Esto es generalmente aceptable y no habrá compromiso en la calidad de la superficie, por lo tanto, no se requiere soporte.
Debido a que este objeto tiene un saliente
pronunciado, se requerirá material de soporte. Es posible imprimir esto sin soporte, pero la calidad de la superficie se verá afectada.
La mayoría de los paquetes de software de corte tienen la opción de crear soporte solo desde la plataforma de impresión o desde
cualquier lugar. Si solo se selecciona la cama de impresión, se creará soporte donde las flechas rojas estén debajo. Si se selecciona soporte en todas partes, se creará soporte donde se muestran las flechas roja y verde a continuación.
P á g i n a 22 ADHESIÓN A LA CAMA DE IMPRESIÓN
Cuando se imprime en 3D, un problema común es que los modelos a veces se desprenden de la cama de impresión debido al efecto de contracción del plástico.
Para ayudar a los modelos a adherirse a la cama de impresión, los paquetes de software de corte generalmente tienen las siguientes funciones:
Raft / Balsa
Las balsas son superficies de impresión temporales que ayudan al modelo a adherirse a la cama de impresión. Las balsas son generadas automáticamente por el software de corte y tienden a ser bases relativamente gruesas. Cuando se complete la impresión, despegará el modelo de la balsa.
Brim / Borde
Un borde es similar a una balsa, ya que ayuda a los modelos a adherirse a la cama de impresión. Sin embargo, en lugar de ser una base gruesa, los bordes suelen ser una sola capa plana que se envuelve alrededor del modelo, dándole una mayor superficie para adherirse a la cama de impresión.
A menudo existe cierta confusión sobre qué método de adhesión a la cama usar, si lo hay. Nuestro consejo es probar todas las opciones y ver qué funciona mejor para los modelos que está imprimiendo.
P á g i n a 23 RESOLUCIÓN
La resolución en términos de impresión 3D generalmente se refiere a la altura de la capa. En general, cuanto menor es la altura de la capa, mejor es la calidad de la superficie. Sin embargo, el uso de alturas de capa muy pequeñas puede agregar una cantidad considerable de tiempo al proceso de impresión. Al imprimir en el aula, debe equilibrar la calidad de impresión con el tiempo.
Alta resolución
Las impresiones de alta resolución generalmente tienen alturas de capa entre 0.02mm y 0.1mm. Una cosa importante a tener en cuenta es que la resolución no es el único factor que afecta la calidad de la superficie. Otros factores que afectan la calidad de la superficie incluyen la velocidad de impresión, la temperatura de la boquilla, la precisión x / y de su impresora y el diseño físico de su modelo.
Baja resolución
Las impresiones de baja resolución pueden tener alturas de capa de alrededor de 0.3mm. Este tipo de impresiones son especialmente buenas para el aula si tiene una gran cantidad de estudiantes que requieren impresiones en 3D porque el tiempo de impresión se puede reducir drásticamente. Es importante mencionar que cuando se imprime con capas gruesas, la velocidad de impresión puede necesitar ser reducida.
P á g i n a 24 RELLENO
El Relleno se refiere a la estructura dentro de un modelo. La mayoría de las impresiones en 3D no son sólidas porque tienen un patrón de rejilla impreso en el interior para ahorrar tiempo y filamento. Puedes ajustar fácilmente la densidad de sus modelos dentro del software de corte. A continuación, se muestran algunas vistas en planta (mirando hacia abajo) que muestran diferentes escenarios de relleno para un modelo de un ancla.
Hueco
Los modelos se pueden imprimir completamente huecos con solo una carcasa exterior. Muchos modelos pueden imprimir huecos sin afectar la calidad de la superficie, pero los modelos con superficies superiores grandes pueden tener problemas porque la impresora no tendrá material / relleno para imprimir encima.
Regular
La mayoría de los modelos se imprimen con líneas de relleno con una separación de 4-6 mm o una densidad del 20%.
Solido
Los modelos sólidos no son muy comunes en el aula a menos que sea un requisito funcional. ¡Imprimir objetos sólidos usa mucho más material y puede tomar mucho más tiempo, pero puede ser una excelente manera de enseñar sobre densidad y masa!
P á g i n a 25 VELOCIDAD DE IMPRESIÓN / TEMPERATURA
La velocidad y la temperatura de impresión que debe elegir dependen de varios factores, incluidos el tipo de material, la calidad de superficie deseada y las limitaciones de tiempo. A continuación, hay algunos consejos generales para hacer su selección.
Velocidad de impresión
La elección de velocidades de impresión rápidas afectará la calidad de la superficie, por lo que si desea crear acabados suaves, opte por una velocidad de impresión lenta. Una velocidad de impresión lenta para imprimir PLA es generalmente de alrededor de 30-50 mm / s.
Si opta por una velocidad de impresión rápida, tenga cuidado de no presionar demasiado la impresora, ya que esto provocará una subextrusión. Esto aparecerá y hará agujeros en su impresión y sucederá porque la impresora no puede extruir suficiente filamento a tiempo.
Temperatura
Para obtener una mejor calidad de superficie, desea optar por una temperatura baja, pero bajar demasiado también le proporcionará una subextrusión. Experimente para encontrar la temperatura adecuada para su impresora y material.
Al imprimir con velocidades de impresión rápidas, es posible que sea necesario aumentar la temperatura para reducir los efectos de subextrusión. Nuevamente, la experimentación es la mejor manera de descubrir la mejor configuración para su impresora y material.
P á g i n a 26 CALIBRACIÓN DE LA CAMA
La calibración se refiere al proceso de garantizar que tenga una cama de impresión nivelada que esté a la distancia correcta de la boquilla de la impresora. Aunque esto no tiene que ver con la preparación de sus archivos, es uno de los aspectos más esenciales del proceso de impresión. Algunas impresoras pueden tener una función de "nivelación automática", que realiza automáticamente este proceso. Con otras impresoras, es posible que tenga que ajustar manualmente los tornillos para asegurarse de que la plataforma de impresión esté en la posición correcta. Echemos un vistazo a 2 escenarios para explicar por qué la calibración es tan importante.
En este escenario, la cama de impresión está completamente nivelada. Cuando comienza la impresión, la boquilla aplasta el filamento sobre el lecho de impresión.
El efecto de aplastamiento le da al modelo una buena adhesión a la cama, lo cual es crítico para una impresión exitosa.
Si la cama de impresión no está nivelada, pueden ocurrir varios problemas. En los puntos donde la cama de impresión está demasiado lejos de la boquilla, la
impresora esencialmente imprimirá en el aire, dejando filamentos de filamentos desordenados en el área de construcción.
Si la cama de impresión está demasiado cerca de la boquilla, la boquilla se rascará a través de la cama de impresión y no se extruirá ningún filamento. Esto también puede evitar que el módulo extrusor se mueva libremente.
