Impresión 3D

La impresión 3D es una tecnología que permite transformar un diseño 3D en un objeto físico. Las máquinas usadas para este proceso se llaman impresoras 3D. Existen impresoras que trabajan con diferentes tipos de material y con técnicas diferentes.

Para poder imprimir un objeto debemos tener el modelo en un formato adecuado. Este es un archivo .stl (estereo litografía) que describe la superficie del objeto como un conjunto de triángulos. Para obtener el archivo .stl con openscad hay que pulsar F6 para que se renderice el diseño y luego pinchar en el menú de diseño y allí en exportar a slt.

Deposición de plástico extrudido

La extrusión es una técnica en la que un material se funde y se hace pasar por una boquilla de manera que adquiere una sección que depende de la forma de la boquilla. La técnica para fabricar churros es la extrusión.

La deposición de plástico extrudido es la tecnología de impresión 3D más extendida. La estrategia consiste en fundir un material plástico y hacerlo pasar por una boquilla que nos suministra un hilo de plástico fino. El diseño 3D se lamina en capas horizontales, de manera que se construye como una superposición de dibujos 2D con cierto espesor. La impresora dibuja una capa, luego la boquilla sube un poco y dibuja la siguiente y así sucesivamente hasta completar la forma deseada. La primera capa se deposita sobe una superficie llamada cama sobre la que se adhiere el plástico gracias a a adición de laca.

La impresora no entiende el archivo .stl sino que necesita otro tipo de archivo llamado .gcode. El .gcode le indica a la máquina a qué temperatura debe calentar el plástico para que se funda, a qué velocidad debe ir dispensando el plástico y le va marcando el recorrido del dibujo que tiene que seguir capa a capa. Si la cama tiene sistema de calefacción, también le indica a qué temperatura debe ponerla.

Consideraciones a tener en cuenta

Orientación de la pieza

A la hora de diseñar para imprimir, debemos tener en cuenta que el plástico que se deposita o bien sobre la cama o sobre capas anteriores. Nunca debe tener un "voladizo" ya que entonces se caería. Por ejemplo, si queremos imprimir una T hay posiciones correctas para impresión y posiciones incorrectas:

Posición correcta Posición correcta Posición incorrecta

Las piezas pueden tener un desplome de 45º, pero no mayor.

Error de fabricación

Los motores que controlan el movimiento de la impresora tienen una grandísima precisión, pero como el plástico tiene algo de espesor, en las capas horizontales hay un error que corresponde a la anchura del plástico dispensado. Si queremos que nuestro objeto encaje con mucha precisión en otro, deberemos tener ese error en cuenta ya que los objetos tendrán una parte externa un poco mayor de la diseñada y los agujeros que tengan tendrán a su vez un tamaño un poco menor.

Por ejemplo, si imprimimos la siguiente figura, formada por un cubo (20,20,5]) al que se la ha restado un cylinder(h=6, r=5), si la anchura del hilo fuera de 0.4mm, nos encontraríamos que el cubo sería 0.4mm más ancho y que el taladro sería 0.4mm más estrecho.

El error de nuestra máquina se puede determinar de manera experimental. Una forma de hacerlo es diseñar un cubo al que le le ha restado un tronco de cono he imprimir los dos, tanto cubo como tronco de cono. Por ejemplo:

difference(){
cube ([10,10,10], center=true);
cylinder(h=10, r1=2, r2=3, center=true);
}
translate ([0,15,0])cylinder(h=10, r1=3, r2=2, center=true);

Al imprimir esto, obtendremos dos figuras que deberían encajar perfectamente.

Pero si las imprimimos y las encajamos, observaremos que sobresale, porque el tronco de cono es un poco más ancho y el agujero correspondiente un poco más estrecho. Si medimos cuanto sobresale podemos calcular cual es error. En nuestro caso la diferencia de diámetros superior e inferior es de 1mm. Como las piezas tiene 10mm de alto, cada mm que sobresalga corresponde a 0.1mm de error.

Resistencia

Las piezas impresas con esta tecnología tienen una resistencia que presenta gran anisotropía. La resistencia dentro de una capa es grande, pero la resistencia entre capas es pequeña. Cuando diseñemos una pieza que deba soportar un esfuerzo apreciable, este no debe intentar separar capas

Fotopolimerización

Esta técnica consiste en que se depositan capas de un material en polvo. El polvo está formado por partículas muy finas. El material en cuestión puede reaccionar químicamente por acción de la luz ultravioleta, de manera que una vez depositado el polvo de una capa, se proyecta una imagen de la capa correspondiente en luz ultravioleta.

Esta tecnología es mucho más rápida que la anterior ya que la máquina no tiene que recorrer el dibujo de cada capa ya que la imagen se proyecta en toda la capa de manera simultanea. Además, como existe siempre capas de polvo anteriores, esta tecnología admite impresión con desplomes.

Sinerización por calor

Es una técnología similar a las anteriores. Se deposita material en polvo, generalmente metálico, con la forma del cada capa del objeto a construir. Después, por acción del calor, las partículas se agregan formando un sólido. Esto ocurre sin que se llegue a fundir. Por tanto, aunque el resultado son piezas metálicas, estas no son tan resistentes como las producidas por técnicas tradicionales.

Ventajas e inconvenientes

Economía

La impresión 3D tiene ventajas e inconvenientes frente a las técnicas de conformación tradicionales. La principal ventaja es que es mucho más barato y rápido para hacer prototipos. Sin embargo es mucho más lenta y cara cuando hay que repetir la misma pieza muchas veces.

características mecánicas

En cuanto a las características mecánicas, siempre son mejores con las técnicas de conformación tradicionales que con la impresión 3D.

Complejidad de diseño

La impresión 3D es mucho mejor cuando se trata de piezas de diseños complicados que se pueden imprimir de una vez. Por ejemplo para obtener una pieza como la siguiente, que tiene una bola dentro de un cubo, se puede realizar perfectamente de una vez con tecnología de impresión 3D, mientras que con técnicas tradicionales habría que hacer por separado la bola y el cubo debería estás hecho en dos partes, para poder meter luego la bola y unirlas entoces.