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Impresión por Modelado por Deposición Fundida.
No tengo claridad respecto al año en que conocí el termino: Impresión 3D, pero sí se que, estaba en la universidad y siendo un estudiante de mecatrónica, la mecánica y el control detrás de esas milagrosas maquinas capaces de generar un sólido a partir de un número (que me parecía casi infinito) de capas, me resultaron sencillamente fascinantes.
En esta entrada no pretendo hacer un copy paste de lo que puedan encontrar en otras paginas web, más bien la intención es describir desde mi experiencia los tipos de impresora 3D que funcionan por deposición de filamento.
Iniciemos por definir algunos términos:
Filamento
Filamento
Es un polímero tubular, o en otros términos un plástico en forma de alambre, que se enrolla en un cilindro para formar una bobina, esta es la materia prima que la maquina usará para conformar la pieza que deseemos imprimir, en impresión 3D existen muchos materiales, algunos de uso general como el PLA, algunos más técnicos como el PETG, ABS y ASA, materiales de ingeniería como en PA6 (Nylon 6), PA12 (Nylon 12), PC (policarbonato), PP (polipropileno), y los de alto desempeño: como el Ultem, PEEK y PEKK. En la actualidad, los procesos de manufactura han permitido reforzar estos filamentos mezclándolos con fibras sintéticas como la fibra de carbono, fibra de vidrio o el kevlar, que mejoran sustancialmente sus propiedades mecánicas o la facilidad con la que se imprimen, abordaremos con más profundidad estos temas cuando hablemos exclusivamente de materiales.
Imagen del sitio oficial de 3DXTECH: https://www.3dxtech.com/products/
Extrusor
Extrusor
Es un dispositivo conformado por un motor paso a paso, cuya función es empujar/retirar el filamento hasta/desde el “hotend”, para ello el motor se acopla a un juego de rodillos estriados, en algunos casos estos rodillos suelen ser de materiales blandos, como bronce, algunos son de acero y en el caso de trabajar con materiales reforzados con fibras, siempre será necesario utilizar rodillos de acero endurecido por tratamiento térmico.
imagen del sitio oficial de Bondtech: https://www.bondtech.se/product-category/extruders/
Hotend
Hotend
Este es un elemento conformado por una resistencia eléctrica que calienta un bloque generalmente hecho de aluminio, en el que se instala una boquilla a través de la cual el filamento fluye depositándose en la placa o en otra capa previamente impresa, un elemento importante del hotend es el heatbreake, que es un tubo de conduce el filamento hasta el bloque y a la boquilla, evitando que la temperatura del bloque se trasfiera al filamento y previniendo atascos.
imagen tomada del sitio oficial de Slice Engineering: https://www.sliceengineering.com/collections/hotends-upgrades/products/mosquito-magnum-plus?variant=43671172088049
Impresoras Delta
Ahora continuamos con las historias: Con mis primeros ahorros, en 2015 comencé a buscar una impresora robusta, una máquina de código abierto y asequible que pudiese ser utilizada no solo para imprimir objetos, sino también pudiese ser usada como un robot, esa impresora es una tipo Delta, marca Geeetech. Una impresora delta usa sus tres ejes para hacer un solo movimiento en el extrusor, por tanto las aceleraciones que se provocan al ejecutar movimientos a alta velocidad se reparten en tres puntos, esto en términos simples permite a este tipo de impresora ejecutar movimientos a altas velocidades lo que los hace maquinas muy veloces, con una construcción relativamente simple.
Sin duda una maquina adelantada para su época, tanto que no pude sacarle el provecho que se podría obtener de ella al optimizarla, entre sus especificaciones:
Doble extrusor
Cama caliente hasta 110°c
Temperatura máxima del hotend: 250°c
Marcos con barras de acero
Rodamientos lineales.
Rotulas de bronce y acero.
Brazos de Aluminio
Marco de acrílico cortado con láser
Esta no es una impresora plug and play, por lo que, en definitiva no es una buena opción para un principiante, considerando que para la época la información disponible incluso con el proveedor no era tan fluida, ponerla en marcha de forma confiable se volvió un desafío, a lo anterior agrego que inicie imprimiendo ABS, un polímero que es muy susceptible a los cambios de temperatura, provocando contracciones al enfriarse con rapidez que causan deformaciones en la pieza e impresiones fallidas.
Hablemos un poco de las desventajas que en su momento surgieron:
Perfiles de impresión poco optimizados.
Impresión desde tarjeta SD imposible de ejecutar.
Enfriamiento defectuoso del heatbreak, provoca atascos de filamento.
Sin ventilador de capa.
Slicer poco optimizado para usar los dos extrusores.
Impresoras Cartesianas
Cuando el mundo de la impresión 3D parecía estar cuesta arriba, en mundo disfruto de la revolución guiada por Creality, y con su barco insignia la Ender 3, esta maquina gozaba de prestaciones que permitían imprimir en polimeros de uso general y algunos técnicos, salvando las dificultades de los cambios bruscos de temperatura era posible hacer impresiones de volumen comedido en ABS y ASA sin la necesidad en colocar un enclouser, este ultimo no es más que un gabinete o estuche en que la impresión se instala por dentro para evitar corrientes de aire frio.
Mecánicamente una maquina relativamente simple, con movimientos directos en cada eje accionados por un motos por cada punto, el movimiento en X e Y se transmite por correas de sincronización y el movimiento en Z por un tornillo sinfin, todo ensamblado en un marco de aluminio rígido, una maquina por mucho más confiable.
A nivel de optimización, los perfiles de impresión para diferentes filamentos y fabricantes se encontraban disponibles en slicers como Cura, esto supuso un cambio importante pues las impresiones podían ser de mucha más complejidad.
A pesar de ser una maquina más confiable, rápidamente conocimos sus limitantes, como:
Limitada velocidad de impresión
Control de retracciones con ajustes muy finos
Requiere actualizaciones de hotend y extrusor para manejar materiales técnicos y reforzados.
Impresoras Core XY (Voron 2.4 R2)
Debido a las limitaciones en las dimensiones de la Ender, lo lógico era buscar una impresora más grande, sin embargo, teníamos presentes las desventajas de una impresora abierta, por lo que la búsqueda tomo como parámetro que la impresora fuese cerrada, curiosamente el proyecto Voron lo sugirió un colega con mucha experiencia y apasionado del rubro, y he aquí que encontramos una maquina con prestaciones de carácter profesional, con diferentes volúmenes de impresión y con el área de impresión cerrada, lo que habilitaba la impresión de materiales de ingeniería.
una impresora core XY, o de núcleo XY es aquella en la que el movimiento de los ejes XY están montados sobre un marco coplanar respecto a la placa de impresión, lo siento me puse técnico jajaja... básicamente ahora el movimiento del extrusor depende del movimiento de dos motores sincronizados para ejecutar un movimiento en diagonal o rectilíneo. Dada la forma de construcción, en la que el puente donde se monta el extrusor se encuentra montado en un cubo rígido, mecánicamente es una impresora más rígida comparada con las cartesianas con un marco tradicional tipo "H", en castellano, la forma de construcción permite alcanzar aceleraciones altas mientras se imprime, abonado a que se pueden colocar paneles y cerrar el área e incluso agregar un sistema de calefacción para controlar la temperatura del ambiente en el que se imprime. Esta configuración es muy usada en impresoras industriales debido a sus prestaciones.
Las configuraciones para impresiones core XY, pueden ser con puente flotante, como la impresor de la imagen, en donde el desplazamiento en Z se ejecuta con el desplazamiento del marco completo que conforman las guias XY, lo que requiere un mecanismo de nivelación que ajuste los desplazamientos de los cuatro motores en Z, esta configuración básicamente solo ha sido mantenida por el proyecto Voron, pues la configuración más popular en el mercado actualmente es mantener la configuración core XY fija en la posición más alta de la impresora y que sea la cama de impresión la que se desplace en Z.
En este caso la nivelación de la cama se ejecuta a través del desplazamiento de tres tornillos sinfín que funcionan como mecanismo de alce formando una A vistos en planta respecto a la placa de impresión.
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