Limitaciones geométricas en impresión 3D

• La impresión 3D se ha concebido como un método simple de obtención de piezas para prototipado rápido. Es decir cada uno de nosotros en nuestra casa, oficina o escuela somos capaces de materializar todas estas ideas. Sin embargo, en el día a día de la impresión 3D se presentan diferentes obstáculos añadidos que sortear. Uno de los más comunes son las limitaciones del propio proceso de deposición de material fundido que afectan a las posibles geometrías que imprimimos.

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• La propia acción de la gravedad en el proceso de enfriamiento del filamento al ser expulsado por el Hot-End provoca una deformación en ciertas partes de la geometría de la pieza. Concretamente, se presentan dos casos en los que la tecnología FFF/FDM tiene limitaciones, en estos casos se deberá tomar algunas medidas, posteriormente explicadas, para que no sucedan defectos de impresión.

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• Ángulo de inclinación / Voladizos

  La técnica de impresión 3D por deposición de material fundido basa su funcionamiento en la sucesiva deposición de capas, lo que confiere a la pieza el volumen deseado. Este hecho, lleva implícita la necesidad de una capa anterior sobre la que se sustenta la siguiente, ya que de no existir una capa anterior, se derramaría.

  Por ese motivo, en impresión 3D FFF/FDM tiene importancia el ángulo formado por las geometrías verticales respecto del eje Z. Ese ángulo, mostrado en la imagen como b, es crítico para que la impresión resulte correcta. La definición de un ángulo “b” concreto es muy compleja, ya que este depende de los siguientes factores:

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• • Velocidad de enfriamiento del filamento fundido que expulsa el Hot-end. Por este motivo, la temperatura ambiente, la existencia de ventilador de capa en el equipo y el coeficiente de conductividad térmica del material influyen mucho en el acabado de piezas con estas geometrías. Solo mencionar que no todos los materiales aceptan ventilación de capa, por ejemplo, el ABS al introducir esta característica, se produce en la pieza el fenómeno conocido como delaminación (explicado en el apartado de defectos de impresión). Este fenómeno tiene relación con el coeficiente de dilatación térmica propio de cada material.

  • Temperatura de extrusión. Al igual que en el factor anterior, el plástico fundido expulsado por el Hot-End se endurece tras bajar de una temperatura determinada dependiendo de cada plástico, por este motivo temperaturas excesivas en el Hot-End son factores que empeoran el acabado en geometrías con el ángulo descrito.

  • Velocidad de impresión/ área útil de impresión. En otras ocasiones, donde el área de la capa con esta geometría es reducida, velocidades altas de impresión provocan defectos debidos a que la capa anterior no la ha dado tiempo a enfriarse correctamente antes de que la siguiente se deposite sobre ella. Esto provoca un fenómeno de fluencia viscosa sobre estas geometrías que finalmente aparecerán deformadas y sin el ángulo/definición deseados.

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Por lo general, aunque esto dependerá del equipo de impresión 3D, de las opciones de laminación, material y otras, ángulos respecto a la vertical mayores de 60-70 grados darán problemas y defectos en la impresión de la pieza.

• Puentes

  Representan la segunda limitación más frecuente en impresión 3d. De forma habitual, nos encontramos con geometrías en las que la pieza presenta un techo, es decir, entre dos pilares la siguiente capa tendrá zonas en las que no se sustenta sobre una capa anterior.

  En este caso, a diferencia de la limitación de ángulo, la impresora podrá realizar estas geometrías sin problemas siempre y cuando se tenga en cuenta la máxima distancia H mostrada en la imagen.

  Si la distancia H es demasiado grande, el hilo expulsado se deformará antes de encontrar soporte en el siguiente pilar.

  Los factores son los mismos que en el caso anterior. Esta vez, podemos establecer una distancia máxima orientativa H de alrededor de 10mm.

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Para superar estas dificultades y conseguir un acabado de aquellas piezas más complejas que contengan todas estas peculiaridades, en el siguiente artículo se explicarán métodos como la generación de soportes.