Consejos de impresión en 3D con tecnología FFF (2ª parte)

Continuamos la serie de entradas sobre consejos de impresión 3D con esta segunda entrega. Hoy trataremos los siguientes temas:

1. Elección de alturas de capa para las piezas
2. Warping y adherencia a la base
3. Ajuste del flujo de plástico

Si te perdiste la primera entrega, la puedes ver aquí. En ella tratamos los factores de calidad de una impresión, las temperaturas y las velocidades.

Elección de alturas de capa

El grosor de cada capa (o altura de capa) es el parámetro más utilizado para definir la calidad de una impresión, aunque no es el único. Estrictamente, define la calidad de la pieza en el eje Z (vertical) pero no define el nivel de detalle horizontal (ejes X e Y).

 Figura 1: Detalle de una pieza con una altura de capa de 0,3mm (negra) y otra de 0,2mm (roja)

Sin embargo, elegir una altura de capa mayor o menor tiene otras consecuencias:

• La impresora tarda lo mismo en hacer una capa fina que una gruesa. Así que escoger capas más finas implica mayor tiempo de impresión, a veces el doble o el triple.
  Algunos laminadores permiten elegir un tamaño de capa superior para el relleno interior que para los perímetros, para ahorrar tiempo de impresión.
• Con capas más finas, la boquilla está más cerca de la capa anterior durante la impresión, lo cual mejora la adherencia entre capas (disminuye el delaminado).
• La altura de capa debe ser menor al 80% del diámetro de la boquilla del nozzle, con lo que la elección de esta boquilla nos limita las opciones.
  Ejemplo: Boquilla de 0,4 mm de diámetro <-> No superar 0,32 mm de altura de capa.
• No hay límite inferior para la altura de capa incluso con boquillas muy anchas, pero a alturas inferiores a 0,05-0,1 mm (50-100 micras) aparecen factores que desaconsejan su elección:
  • Excesivo tiempo de impresión
  • Deformación de las capas por estar la boquilla caliente siempre muy cerca de la capa inferior
  • Falta de resolución del extrusor (el motor tendría que girar a una velocidad demasiado lenta de manera uniforme, y no será capaz).

Por tanto, podemos decir que un rango muy usable es el comprendido entre 0,1 mm y el 80% de nuestro diámetro de boquilla.

¿Puedo escoger cualquier altura de capa en ese rango?

¿Se podría escoger una altura de capa “extraña”, como 0,28947 mm? No es recomendable.

El motivo de esto es que para evitar errores en el eje Z (unas capas más aplastadas que otras) queremos mover los motores del eje Z pasos enteros (más información sobre los pasos de los motores aquí).

¿Cómo hacemos esto? Siguiendo este procedimiento:

1. Averiguamos el paso de rosca de nuestros husillos o varillas roscadas que usamos para elevar el eje Z. No confundirlo con los pasos de los motores. Es la distancia que se eleva el eje en una vuelta del husillo.
   Ejemplos:
   1. Los husillos trapezoidales TR8x1,5 usados en la DIMA LT – 1,5 mm de paso
   2. Varillas roscadas de M8 – 1,25 mm de paso
   3. Varillas roscadas de M5 – 0,8 mm de paso
2. Averiguamos los pasos/vuelta de nuestros motores. Para motores paso a paso de 1,8^o/paso (los más comunes en impresoras 3D) este dato es 200 pasos/vuelta.
3. Dividimos el primer dato entre el segundo.
   Ejemplo: 1,5/200 = 0,0075 mm
4. Las alturas de capa aceptables serán múltiplos de este último valor.

Por ejemplo, en una impresora DIMA LT lo recomendable es utilizar alturas de capa múltiplos de 0,0075mm, como 0,3 mm, 0,21 mm, 0,105 mm…

Para cualquier otra impresora seguiríamos el mismo procedimiento.

Warping y adherencia a la base

El warping es el resultado de una característica básica de muchos materiales: Las tensiones internas que sufren mientras se enfrían. Esto provoca unas contracciones que tienden a levantar la pieza de la base, especialmente en materiales como el ABS.

Figura 2: Pieza de ABS con un warping apreciable

Para evitarlo, es importante contar con un buen método de adherencia de la pieza a la base de impresión. Sin embargo, también es necesario que el posterior despegue de la base sea sencillo para no destrozar la pieza ni la base.

También es muy recomendable que la base pueda calentarse hasta una temperatura superior a la de transición vítrea del material, lo cual ayuda a aligerar esas tensiones internas en muchos materiales (especialmente útil en aquellos más propensos al warping). Sirva como ejemplo que para el ABS esta temperatura es de aprox. 110 ºC y para el PLA es de unos 70 ºC. La distribución de calor es bueno que sea uniforme a lo largo y ancho de la base, como ocurre en las impresoras de DIMA 3D.

A lo largo de los años, distintas empresas de impresión 3D han llegado a varias soluciones más o menos satisfactorias para el problema de la adherencia:

• Bases de impresión desechables: Parte del material de impresión se funde con ellas y es necesario sustituirlas periódicamente, con el consecuente gasto económico.
• Bases de polímero: Es necesario lijarlas periódicamente, operación que conlleva un desgaste. Su eficacia es limitada.
• Pegamentos de brocha o de barra: Tienden a ser demasiado fuertes, con la dificultad de retirar la pieza posteriormente. Normalmente no aguantan temperaturas altas. Pueden aplicarse en bases de vidrio o de otro material.
• Lacas de peluquería: Una solución barata y fortuita que permite la adherencia con mayor o menor fuerza (según marca y tipo) a bases de vidrio. Entre sus desventajas podemos encontrar el olor y la casi imposibilidad de conseguir a la vez una buena adherencia y un fácil despegue.
• Adhesivos específicos para impresión 3D: Se trata de productos que aprovechan las características de los materiales de impresión y las condiciones de trabajo de las máquinas para proporcionar una solución más óptima.
  El mejor ejemplo es el producto DIMAFIX®, capaz de proporcionar una adherencia perfecta plástico-vidrio a altas temperaturas mientras que el despegue al disminuir la temperatura es total, convirtiéndose en un producto óptimo para la tecnología FFF (para los materiales más utilizados). Este producto requiere por tanto de una base de impresión que pueda calentarse, como tienen ya muchas máquinas, precisamente porque es también beneficioso por las razones expuestas arriba.

Figura 3: DIMAFIX®, spray específico para impresión 3D FFF

Ajuste del flujo de plástico

Una impresora 3D FFF debe extruir la cantidad correcta de plástico a través de su boquilla, en función de la velocidad de los movimientos, altura de capa y otras cuestiones.

Si el ajuste del flujo de plástico no se realiza correctamente, se pueden dar situaciones como las de la Figura 4.

 Figura 4: Piezas con falta de flujo (izda.) y exceso (dcha.)

Tres son las variables que especificamos a la máquina para ajustar este flujo:

• Pasos/mm del extrusor: Este valor lo debe dar el fabricante de la máquina, puesto que depende de varios factores como la reducción utilizada en el motor del extrusor y el diámetro del tornillo moleteado.
• Diámetro del filamento: Es un valor que debe ser medido de manera muy precisa (con un calibre, tomando varias mediciones y haciendo una media) y especificado en el programa laminador, para que haga correctamente sus cálculos. En teoría lo tiene que dar el fabricante del filamento.
• Multiplicador de flujo: Es un factor que podemos también especificar al laminador para multiplicar la cantidad de flujo de plástico que calcula. En teoría, este valor siempre debería ser 1 (o 100%), pero un error en el cálculo de las otras dos variables puede llevar a que sea necesario modificarlo.

Los fabricantes de filamento especifican una medida estándar (3 mm, 2,85 mm, 1,75 mm) pero en muchas ocasiones la bobina mide unas centésimas de mm menos. Estas variaciones suelen ser aproximadamente constantes en bobinas del mismo fabricante (si el plástico es de calidad), por lo que es habitual medir 2,93 mm de media en todas las bobinas de un fabricante y 2,97 mm de media en las de otro.

Dado que cada centésima de error en el diámetro especificado es aprox. un 0,5-1% de error en el flujo de plástico calculado, la medida de este parámetro se vuelve importante.

 Figura 5: Flujo de plástico correcto

Pasos a seguir al tener problemas de falta o exceso de flujo

Si estamos seguros de que nuestras medidas son correctas pero se sigue presentando el problema, tendremos que modificar el multiplicador de flujo presente en la mayoría de laminadores.

Para ello:

1. Descargaremos este cubo de calibración de aquí.
2. Laminaremos el cubo con una altura de capa de alrededor de 0,2-0,21 mm y un porcentaje de relleno del 95%, con el tipo de relleno “rectilinear”.
3. Lanzamos la impresión del cubo en un material preferiblemente opaco y mate (mejor ABS que PLA).
4. Cuando el cubo esté a mitad de altura, observamos el relleno (sin parar la impresión).
   1. Si se ven pequeños huecos entre las líneas de relleno, continuamos.
   2. Si no se ven huecos, paramos la impresión y disminuimos el multiplicador de flujo del laminador en un 0,01 (o un 1%). Volvemos al paso 3.
5. Cuando la impresión termine, observamos la capa superior.
   1. Si no se ven huecos entre las líneas y el acabado es similar al de la Figura 5, tenemos correcto el flujo de filamento y hemos terminado.
   2. Si vemos huecos entre las líneas, paramos la impresión y aumentamos el multiplicador de flujo del laminador en un 0,01 (o un 1%). Volvemos al paso 3.

De esa manera, nuestro flujo de plástico estará correctamente calibrado.

Este mismo método puede aplicarse al ajuste de los pasos/mm del extrusor en caso de querer calibrar una impresora 3D de fabricación propia, pero modificando los pasos/mm en lugar del multiplicador en ±1% cada vez.

 

Eso es todo por hoy. Esperamos que la entrada haya servido de ayuda. No os olvidéis de comentar y/o difundirlo en redes sociales si os ha gustado, ¡hasta la próxima!