Impresora 3D

¿Cómo funciona una impresora de 3d?

Cómo funciona una impresora 3D. La impresión 3D puede definirse como un proceso de fabricación aditivo, que crea un objeto físico desde un diseño digital. El dispositivo deposita secuencialmente material en una plataforma con cabezales de inyección de un material apropiado para cada tipo de objeto a fabricar.

Materiales termoplásticos

La mayoría de las impresoras 3D utilizan un filamento de material termoplástico, el cual durante la impresión sale derretido del extrusor y luego se endurece a medida que se enfría. Los más comunes son los ABS y los PLA.

PLA (Poliácido Láctico)

Este material biodegradable, es uno de los más utilizados en la impresión 3d.

Ventajas

• Facilidad de impresión.
• No necesita cama caliente.
• Muy estable.
• Velocidad de impresión ”más rápida” que otros materiales.
• Procede de materia orgánica (maíz, trigo,…), por lo que ofrece capacidad de biodegradación bajo condiciones adecuadas ”material ecológico”.
• Se obtiene de recursos renovables.
• Material reciclable.

”Estas ventajas permiten que este material sea utilizado para aquellos que se inician en el mundo 3D”.

Desventajas

• Poca resistencia térmica (se vuelve endeble a partir de los 60 ºC).
• Material más frágil que otros materiales (poca resistencia mecánica).
• Sensible a la humedad (conservarlo al vacío o lejos de zonas húmedas).

Aplicaciones

Especialmente para elementos decorativos, figuras, maquetas, prototipos…

FILAMENTO PLA

Consejos de impresión

A la hora de imprimir el material, lo más conveniente es:

• Establecer una temperatura de extrusor de apróximadamente (198 ºC).
• Para piezas pequeñas y piezas finas se recomienda utilizar ventiladores de capa (evita que la pieza se deforme o presente un mal acabado).
• Usar adhesivos en la base para evitar que la pieza se despegue de la base. (Ej: laca, cinta kapton, cinta carrocero…).
• Para filamentos con colores oscuros, aumentar la temperatura 3 ºC ó 5 ºC respecto a la temperatura óptima.

ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)

Este material plástico procedente del petróleo, es muy utilizado en la industria (ingeniería, automoción…).

Ventajas

• Muy estable a altas temperaturas (Apróx. 80 ºC – 90 ºC).
• Conserva la tenacidad a temperaturas extremas (-40 ºC hasta 90 ºC). La mayoría de los plásticos no tienen esta capacidad.
• Alta capacidad de mecanizado: se puede lijar,perforar…
• Resistente a ataques químicos.
• Muy resistente a los impactos.

Desventajas

• Es necesaria cierta experiencia en impresión 3d.
• Dificultad de impresión media ”dependiendo del objeto que se trate”.
• Contracción entre capas más rápida que el PLA, pudiendo resquebrajarse la pieza si las condiciones del entorno son demasiadas frías.
• Pueden producirse el efecto Warping fácilmente.

Aplicaciones

Elementos mecánicos, piezas de automoción, piezas industriales en general , entre otros. Como no, también se puede utilizar para elementos decorativos y muchas más aplicaciones.

Consejos de impresión

A la hora de imprimir ABS, lo más conveniente es:

• Establecer una temperatura de extrusor de (235 ºC).
• Establecer una temperatura de cama de 60 ºC (piezas pequeñas) y de 80 ºC (piezas grandes).
• Prohibido utilizar ventiladores de capa.
• La impresión se aconseja hacerse en ambientes calefactados o que la propia impresora 3d sea con cerramiento hermético ”mejora de pieza y acabados”.
• La impresión debe de hacerse en zonas bien ventiladas (desprende gases nocivos para la salud).
• Para filamentos con colores oscuros, aumentar la temperatura 3ºC ó 5ºC respecto de la temperatura óptima.

PET (Tereftalato de Polietileno)

Esta variedad de plástico es muy utilizado como material de uso alimenticio como pueden ser: envases de alimentos, botellas, etc. En resumen, se trata de un poliéster.

 Ventajas

• Presenta alta transparencia, incluso siendo el filamento de color.
• Alta resistencia al desgaste y corrosión.
• Buena resistencia química y térmica.
• Resistente a impactos.
• Es impermeable.
• Resiste a esfuerzos permanentes (flexibilidad).
• Baja absorción de humedad.
• En el uso doméstico, permite ”cocción en microondas”.
• Alta capacidad de mecanizado.
• Resistente a ácidos, bases y grasas.

Desventajas

• Levemente tóxico.
• No es biodegradable.
• Se vuelve endeble a partir de 70 ºC aproximadamente.

Aplicaciones

Cualquier tipo de objeto y envases de uso alimenticio que esté en contacto humano (vasos, cucharas, cepillos…), elementos decorativos que aporten transparencia, entre los más importantes.

Consejos de impresión

A la hora de imprimir PET hay que tener presente los siguientes consejos:

• Rango de temperatura de impresión: (215 – 250) ºC.
• Temperatura óptima de impresión: 235 ºC.
• Para imprimir objetos de uso doméstico, usar filamentos con ”certirficado de uso”.
• No necesita cama caliente.
• Para filamentos con colores oscuros, aumentar la temperatura 3 ºC ó 5 ºC respecto a la temperatura óptima.

HIPS (Poliestireno de alto impacto)

Se trata de un polímero mezclado con estructuras repetitivas de estireno y butadieno, generando una alta capacidad de resistencia a impactos.

Ventajas

• Ofrece una resistencia elevada, incluso a bajas temperaturas.
• Material reciclable.
• No necesita cama caliente
• Excelente estabilidad térmica.
• Resistente a ácidos y bases.
• Alta capacidad de mecanizado.
• Inexistencia de Warping y de grietas entre capas.
• No desprende gases nocivos.
• Resistente al agua.
• Buen aislante térmico.

Desventajas

• No se puede utilizar para fabricar piezas destinadas a estar a la intemperie.
• Temperatura a la cual empieza a deformarse: 80 ºC.

Aplicaciones

• Este material se usa con bastante frecuencia como envases alimenticios (yogur, quesos, dulces,…).
• Fabricación de cubiertos y vajillas (tenedores, cucharas,…).
• Fabricación de juguetes, calzado, separadores de frutas, entre otros y muchos más.

Consejos de impresión

• Rango de temperatura de impresión: (180 – 260) ºC.
• Temperatura óptima de impresión: 238 ºC.
• No necesita cama caliente. Si posee cama caliente se recomienda utilizar a bajas temperaturas para mayor adhesión en la cama y en las primeras capas.
• Para filamentos oscuros, aumentar la temperatura 3ºC ó 5 ºC respecto a la temperatura óptima.

Flexible (Elastómero termoplástico o TPE)

El filamento flexible de impresión 3D consiste en una combinación de plástico (termoplástico) y caucho (elastómero), el cual, ofrece las mejores propiedades de cada tipo.

Ventajas

• Amortiguan muy bien los impactos
• Gran resistencia a rotura del material por fatiga.
• Capacidad de estiramiento moderados y recuperación de su forma una vez que se deje de estirar.
• Material reciclable.
• Material muy suave.

Desventajas

• Poca resistencia a agentes químicos y al calor.
• Pérdida de elasticidad si se funden a una temperatura por encima de los establecido.
• Con el paso del tiempo, pierden la capacidad elástica conforme su uso.

Aplicaciones

Partes táctiles suaves de herramientas, elementos protectores, pulseras, collares, elementos decorativos, juguetes flexibles,…

Consejos de impresión

Se trata de un material muy delicado para imprimir, pero con los siguientes consejos se hará mucho más livianode obtener lo que se pretenda:

En teoría, todas las impresoras 3d pueden imprimir material flexible.Usar velocidades bajas de impresión (10 – 20) mm/s.

Comprobar que la distancia entre la polea moleteada de empuje y la entrada del Hot-End no sea significativa (el material puede doblarse fácilmente provocando posibles atascos).

En caso de existir ese espacio, hay posibles soluciones, siendo más fácil para aquellas impresoras Rep-Rap:

”Poner una cuña de soporte entre ambos elementos”

Ejemplos:

http://www.thingiverse.com/thing:247024

http://www.thingiverse.com/thing:16319

En caso de usar tubos guiados en el extrusor ”Tubo bowden”, procurar que sean de PTFE y no de otros materiales, puesto que, estos generan menos fricción y una elevada fricción da problemas a la hora de entrar el filamento por el conjunto de extrusión.

Riguroso cuidado con la boquilla a utilizar. Normalmente, para evitar que se generen altas presiones en el tramo final del hot end, se recomienda utilizar boquillas con orificios de salida de 0,4 mm en adelante. En caso contrario, la velocidad de impresión debe ser muy baja corriendo el riesgo de atasco.

Si quiere evitar todos estos procedimientos, infórmese acerca de su impresora; si la marca dispone de extrusores especiales para materiales flexibles. En el caso de ser abierta, montar un extrusor que cumpla con estas características

Fibra de Carbono

Uno de los materiales más usados y más famoso en todas las ramas de la industria, ingeniería y en otros campos ”competición” es la fibra de carbono. Esta fama se debe por ser un material que posee dos sobresalientes características: ”Súper resistente y ultra ligero”.

Ventajas

• Ofrece una gran resistencia mecánica y gran ligereza.
• Gran adhesión y un gran refuerzo entre capas por las fibras que contiene.
• Buen aislante térmico.
• Material muy estable a altas temperaturas.
• Fácil de imprimir.
• Grandes acabados con aspecto fibroso.
• Gran resistencia al impacto.

Desventajas

• Temperaturas de impresión elevadas.
• Material muy abrasivo ”cuidado con los extrusores”.

Aplicaciones

Tal y como se ha mencionado, es un material muy usado en toda las ramas de la industria y en muchos otros campos. Este material se puede aplicar para la fabricación de piezas de: bicicletas, motocicletas, vehículos en general, aeromodelismo, modelismo…

Consejos de impresión

Cuando se trate la fibra de carbono, se deben seguir un par de consejos:

• No necesita cama caliente (en el cado de que tenga, usarla a temperaturas bajas).
• ”Súper importante” usar boquillas extrusor de acero inoxidable y no las convencionales (latón), pues terminan por sufrir abrasión debido a las fibras del material. Además, se recomiendan que los orificios de salida de las boquillas sean igual o superiores a 0,4 mm.
• Rango de temperatura de impresión: (230 – 265) ºC.

Riesgos a la hora de imprimir en 3D

Cada día la impresión 3D está más extendida tanto a nivel industrial como a nivel doméstico, algo que potencia el desarrollo de muchas aplicaciones en gran cantidad de campos. A nivel mediático solo se destacan las bondades de la tecnología, pero hay ciertas precauciones que se deben de tener en cuenta a la hora de iniciarse en el mundo de la impresión 3D.

Pero todo usuario debe tener en cuenta ciertos riesgos que pueden ocurrir durante la impresión 3D. Los dos principales focos de riesgo y más comunes son por una parte los gases desprendidos durante la fusión del material, y por otra los posibles focos de incendio por mal uso de la impresora 3D o por el mal estado de la electrónica de la misma.

A continuación, detallamos los principales focos de riesgo, así como las precauciones a tomar para evitar problemas mayores:

Gases y olores desprendidos

Todos los materiales que se utilizan en la impresión 3D FDM/FFF son plásticos o contienen cierta parte de este material. En este punto nos vamos a centrar en los tres más comunes: El PLA, el ABS y el HIPS.

El ABS y el HIPS son dos materiales muy extendidos en la impresión 3D y además, es muy común utilizarlos en combinación, el HIPS como material de soporte (se disuelve en D-Limoneno) y el ABS como material base. Estos dos materiales tienen un inconveniente el cuál es que durante su fusión se desprende una cantidad de estireno 20 veces superior ala que existe en la atmósfera, llegando a ser cancerígeno en caso de respiración prolongada de estos gases emitidos.

El PLA es un material de fácil impresión en cualquier impresora 3D y por lo cual, el más versátil de todos los materiales existentes para la impresión 3D. En lo respectivo a los residuos generados, desprende lactida, elemento que no presenta el problema mencionado anteriormente del ABS, ni afecta a la salud de las personas.

Además, en impresoras 3D industriales se incorpora el filtro HEPA que se trata de un tipo de filtro de aire de alta eficiencia que satisface unos altos estándares. Por tanto, en caso de no disponer de una impresora 3D cerrada y con un filtro HEPA la principal recomendación es mantener el lugar de impresión bien ventilado (Se debe tener cuidado con las corrientes de aire puesto que provocan en impresoras 3D abiertas el temido efecto warping y cracking).

Por tanto, en entornos domésticos, es aconsejable imprimir filamentos que no emitan olores siempre y cuando cumplan las propiedades mecánicas.

Posibles focos de incendios

Imagen: Posibles focos de incendios

En este punto hay que tener en cuenta antes de nada que las impresoras 3D que no tienen el marcado CE (Certificado Europeo) no pasan ningún control de calidad, algo que puede llegar a ser muy peligroso en el caso de producirse un fallo.

Electricidad

Se debe tener en cuenta que las características de la red a la que se conecte la impresora 3D han de ser exactamente las indicadas en la máquina: 230 Vac, 50Hz. Además, se debe prestar atención a dónde se conecta la impresora 3D. Si se alimenta desde una regleta con más consumidores, puede provocar que se quemen fusibles o salten las protecciones de la instalación. Por ello, se deben comprobar las características de la línea antes de la conexión. Cuando se realicen tareas de limpieza de la impresora 3D, se deberá desconectar siempre la impresora 3D de las tomas de alimentación eléctrica para evitar contactos fortuítos.

Electrónica

Es crucial tanto la utilización de componentes electrónicos de calidad, como de cables con la sección apropiada para evitar excesos de temperatura que pueden dar lugar al incendio de la propia impresora 3D y esta a su vez,de todo lo que hay a su alrededor. Otro posible problema que también puede ocasionar un incendio es que el sensor de temperatura salga de su alojamiento y el cartucho calentadoreleve su temperatura al máximo, fundiendo los elementos que están a su alrededor y pudiendo provocar el fuego.

Partes calientes

A veces por inercia u olvido se tiende a introducir la mano en el interior de la impresora 3D mientras esta está todavía caliente, lo cual puede provocar quemaduras graves en la piel. No debemos olvidar que el funcionamiento de una impresora 3D se basa en el principio de fusión de polímeros, lo cual implica una alta temperatura en los elementos calefactores.

A parte, el hecho de que la impresora 3D esté apagada o desenchufada después de finalizar una impresión no implica que los elementos calefactores estén fríos, por lo que no se debe tocar hasta trascurrido un tiempo suficiente.

Partes móviles

Para el movimiento de los 3 ejes, así como el de los 2 extrusores, se emplean motores eléctricos paso a paso con alto par. Al meter los dedos o la mano por las zonas de los ejes, husillos y correas, puede provocar atrapamientos, magulladuras y heridas, así como quemaduras debidas al calor disipado por los motores. Por tanto, se debe ser muy precavidos a la hora de introducir la mano en el interior de la impresora 3D, y solo se deberá hacer si es estrictamente necesario, y a poder ser con medidas de seguridad para evitar daños mayores en caso de accidente.

Spray fijador

A la hora de aplicar el spray fijador de la base (3DLac, DimaFix o PrintaFix) se debe realizar fuera de la impresora 3D ya que son productos muy inflamables que en contacto con altas temperaturas o corrientes eléctricas residuales pueden originar una llama. Aunque parezca increíble ya se han producido más de un caso donde se quema una casa o algo peor por culpa de realizar mal este proceso.

Nuestra particular recomendación es que en todo momento se tenga constancia (sobre todo cuando se tenga una impresora 3D en un entorno doméstico), de que esta no se trata de un “juguete”, y que su funcionamiento conlleva riesgos asociados. Siempre es mejor disponer de impresoras 3D con marcado CE que tengan una carcasa cerrada y filtro HEPA, y si es posible en lugares ventilados.