Desde hace varios años la impresión 3D ha pasado de ser una novedad a algo casi cotidiano. El poder crear figuras en 3 dimensiones, ya sea para fines comerciales o personales, con un detalle muchísimo mayor al de un trabajo manual significa una gran ventaja. Con precios cada vez más asequibles e impresoras más eficientes, la impresión 3D está al alcance de mucha más gente. Pero ¿cómo funciona una impresora 3D?
Métodos de impresión
Existe múltiples formas de realizar una impresión en 3D. Dependiendo de nuestra necesidad, es posible que sea conveniente un método sobre el otro. Si bien existen múltiples métodos, en esta ocasión hablaremos de los dos más populares y que poseen soluciones para usuarios en casa.
Extrusión de filamento (FDM)
El método más común y probablemente el más popular es el método de extrusión de filamento. Este método utiliza calor para derretir un hilo de filamento, el cual se va depositando por capas. Sin embargo, no es tan fácil como suena.
Lo que tienen en común todas las impresoras de este tipo, es que en la punta poseen un elemento llamado extrusor. El extrusor cumple dos tareas:
En primer lugar, calienta el plástico para hacerlo maleable y poder crear las capas del objeto que queremos imprimir. Dependiendo del material que estemos usando, esta temperatura podría variar. Uno de los grandes problemas en las impresoras 3D es que, si la temperatura del extrusor está por encima o por debajo de la temperatura correcta para el filamento, podríamos tener problemas en el objeto que queramos imprimir o simplemente atascar el plástico dentro de la impresora. Para esto, se aplica un sensor de temperatura el cual permite mantenerla de forma constante durante todo el proceso.
En segundo lugar, el extrusor reduce el tamaño del filamento para poder tener una mayor precisión. En general los filamentos poseen grosores entre los 1,75 y 3mm. Sin embargo, las boquillas por donde sale el plástico derretido van entre los 0,25 milímetros hasta 1 milímetro. Gracias a que el plástico es calentado, la reducción de tamaño no es problema.
Ya sabemos cómo se derrite el plástico, pero ¿cómo creamos la figura? Depende de la impresora. En general, las impresoras 3D más comunes poseen 3 ejes de movimiento. Hacia los lados, adelante y atrás y vertical.
Dependiendo de la impresora, las partes móviles pueden cambiar. En algunas, es el extrusor el que se mueve en todas las direcciones, dejando la mesa de trabajo completamente quieta. En otras, el extrusor solo se mueve en dos direcciones y la mesa realiza el resto del trabajo.
Hay algunas impresoras que incluso poseen dos extrusores en paralelo, lo que les permite imprimir a una mayor velocidad, pero haciendo más complejo el proceso y el mantenimiento de este.
Para imprimir, se va depositando una capa de plástico en cada «nivel», para luego ir subiendo. Dependiendo de la precisión, velocidad y tamaño, una impresión de este tipo puede tomar horas o incluso más de un día.
Dentro de las marcas más populares de impresión podemos encontrar a Ultimaker, Creality y Prusa, entre otros. Los precios pueden variar muchísimo dependiendo de las características de la impresora. Cantidad de extrusores, tipo de extrusor, temperatura máxima, tamaño de la mesa de trabajo, etc. En general las más baratas, que rondan entre los CLP $150.000,
Impresión por resina (SLA)
la impresión por resina quizás no es tan popular como la impresión por extrusión, pero permite una mayor precisión al momento de fabricar piezas más pequeñas. Es el método de impresión 3D más antiguo, creado en 1986.
Existe múltiples métodos para imprimir objetos con resina. Sin embargo, en esta ocasión hablaremos del método más popular: Estereolitografía.
La estereolitografía utiliza una serie de espejos para guiar un láser, el cual «cura» la resina, solidificándola y creando una nueva capa de material sólido. Al igual que la extrusión de filamento, el láser debe dibujar toda la capa completa, por lo que puede tomar más tiempo dependiendo del tamaño del objeto o si este es relleno o hueco.
Para realizar este proceso, en general la impresión se realiza de forma invertida. Es decir, la mesa de trabajo se posiciona boca abajo, subiendo a medida que avanzan las capas. En el fondo, la resina líquida es solidificada y adherida a la última capa pegada a la mesa, permitiendo así crear nuevas capas.
Por supuesto, en este método de impresión hay tres partes móviles: La mesa de trabajo, la cual se mueve hacia arriba a medida que continúan las capas, y los espejos que guían al laser en los dos ejes del plano.
Materiales para impresora 3D
Dependiendo del método de impresión y para qué queremos utilizar el objeto, tenemos múltiples opciones.
En el caso de la impresión por extrusión, existen filamentos de plástico ABS, PLA, PETG, TPU, Nylon, entre otros, mientras que para la resina existen variedades del mismo líquido.
ABS
El plástico ABS es quizás el más popular. Es el mismo tipo de plástico con el que se fabrican muchos productos como los ladrillos Lego. Son muy resistentes al calor y a los golpes, permitiendo crear objetos durables en el tiempo. Sin embargo, al momento de enfriarse el ABS tiende a contraerse, reduciendo la precisión del objeto creado. Es ideal para fabricar repuestos de aparatos, por ejemplo.
Es por eso que es recomendable diseñar piezas con cierto margen de holgura en caso de que quieras utilizarla con otras cosas. Para evitar que partes del objeto se doblen, es recomendable utilizar una mesa de trabajo calentada. La gran mayoría de las impresoras 3D tienen una.
PLA
El plástico PLA es el más fácil de imprimir y uno de los más baratos. Permite crear objetos relativamente durables pero no tanto como el ABS. No es muy resistente al calor por lo que no es recomendable para aplicaciones que requieran una alta temperatura o esté expuesto constantemente al sol. Por ejemplo, ganchos para uso en interior, entre otros.
Además, es más propenso a dejar «hilos» de plástico mientras imprime, obligando a realizar una limpieza del objeto después de su impresión. Por otro lado, no se contrae al enfriarse, por lo que, sí está bien calibrada la impresora, deberías tener un resultado lo más exacto a lo que diseñaste.
PETG
el plástico PETG (modificación del PET, utilizado para fabricar botellas) es un plástico ideal para aquellos proyectos que requieren un acabado brillante y resistente al agua. Sin embargo, es muy propenso a dejar hilos de plástico al momento de imprimir, por lo que requerirá de una limpieza posterior a la impresión. Puedes usarlo para sistemas de riego u otras aplicaciones que utilicen agua.
TPU y Nylon
los plásticos TPU y Nylon permiten crear objetos que sean flexibles o elásticos, lo que les da una mayor resistencia. Sin embargo, son también unos de los plásticos más difíciles de imprimir. Con este tipo de plástico puedes imprimir por ejemplo una carcasa para tu teléfono con un diseño personalizado.
el TPU requiere que el motor de extrusión, que empuja el plástico hacia la boquilla caliente, esté lo más cerca de este. Debido a que el plástico es muy flexible, este puede doblarse en el camino a la boquilla, trancando todo el proceso. Es por esto que debes verificar que tu impresora 3D sea compatible con este tipo de plástico. Dependiendo del fabricante y el modelo de plástico que elijas, la flexibilidad puede ser desde algo similar a un neumático de auto, hasta la elasticidad de una banda elástica.
El Nylon, por otro lado, requiere no solo de una alta temperatura al imprimir (cercano a los 250ºC). El plástico sin imprimir debe ser guardado de forma sellada para evitar que absorba humedad, lo que puede dañar la impresión final.
Resina
Por supuesto, para la impresión por medio de resina debemos utilizar solamente este producto. La resina para impresora 3D es un «fotopolímero». Es decir, un plástico que reacciona y se solidifica cuando se le aplica luz. Existen resinas flexibles, las cuales permiten crear objetos similares a los que podrías obtener con TPU o Nylon, además de tener una amplia gama de colores, al igual que los filamentos. Es mucho más preciso y «limpio» que los plásticos anteriores, pero más frágil. Si eres fanático de las figuras en miniatura, esta es quizás tu mejor opción.
Software para diseñar e imprimir en 3D
Ya sabemos cuáles son los métodos de impresión, sus materiales y aplicaciones. Pero, ¿Cómo diseñamos lo que queremos imprimir y cómo transformamos ese objeto a algo legible por la impresora 3D?
Para diseñar un objeto existe una infinidad de programas. Desde programas gratuitos como Blender o Tinkercad, hasta soluciones profesionales como Autodesk Inventor. Cada una posee funcionalidades distintas y permiten hacer muchas cosas además de crear un modelo 3D. Lo importante es que el programa que uses permita exportar a un formato legible por un programa de impresión 3D. Los formatos más comunes son STL u OBJ.
Para imprimir un objeto en 3D, este debe ser transformado a capas que serán luego impresas una por una. En general a estos softwares se les llama «slicers» porque cortan el objeto en las capas necesarias para ser impresas. Dependiendo del programa, este permitirá configurar todo tipo de parámetros de la impresora 3D. La temperatura de extrusión, velocidad de impresión, porcentaje de relleno, entre otros. Todos estos parámetros son procesados por el software para crear un set de instrucciones en un lenguaje de programación llamado G-Code.
Este G-Code le indica a la impresora hacia dónde mover el extrusor (o los espejos en la impresión con resina) en los distintos ejes, además de configurar la temperatura, ventilador, entre otros. Dependiendo de la marca y modelo de la impresora que tengamos, podremos enviar este código por WiFi, cable USB o una tarjeta SD o MicroSD.
Para transformar el objeto a G-Code existen programas gratuitos como Ultimaker Cura, creado originalmente por Ultimaker para sus impresoras 3D pero compatible con muchas marcas distintas. Existen otras opciones gratuitas como Slic3r o Repetier, con funcionalidades similares. Hay también soluciones de pago como Simplify3D que no solo permiten crear las capas, sino que además solucionar problemas con tus modelos 3D u optimizar el proceso de impresión ahorrando tiempo.
Riesgos y precauciones para una impresora 3D
Como todo aparato que tiene piezas móviles y usa altas temperaturas, siempre es bueno tomar ciertas precauciones para evitar problemas. Muchas de las impresoras 3D de bajo costo dejan al descubierto engranajes, ejes, el extrusor y otras piezas. Estas se mueven con motores con mucha potencia por lo que es recomendable no tocar nada mientras se está moviendo. Además, el extrusor en el caso de las impresoras con filamento, puede llegar a los 250ºC lo que puede causar graves quemaduras. Además, puede ser un riesgo de incendio por lo que es recomendable tener un espacio despejado para su uso, además de estar monitoreando constantemente su funcionamiento.
Conclusión
En conclusión, dependiendo tanto de nuestras necesidades como de cuánto dinero estamos dispuestos a pagar, tenemos una amplia oferta de posibilidades en cuanto a marcas, materiales y métodos para imprimir. Con la masificación de las impresoras 3D, hay muchas tiendas de retail que ya venden estos productos en Chile, lo que ha ido simplificando y abaratando el proceso, haciéndola cada vez más accesible para el uso común.
