La forma más común, accesible y posiblemente la más útil de impresión 3D para trabajos en automoción y deportes de motor es el moldeo por deposición fundida (FDM). Pero ¿qué es realmente?
En este artículo: ¿Qué es la impresión 3D FDM? | Cómo funcionan las impresoras FDM | Cinemática y diseño de máquinas | Rendimiento de la impresora y métricas clave | Capacidad del material y requisitos de temperatura | Resumen
¿Qué es la impresión 3D FDM?
La FDM funciona fundiendo y depositando material termoplástico capa a capa para construir un objeto 3D. Este método también se conoce como Fabricación por Filamento Fundido (FFF), y las tecnologías varían ligeramente entre impresoras debido a las patentes.
Los materiales utilizados en FDM son polímeros termoplásticos, lo que significa que se pueden fundir y reformar. Este mismo tipo de plástico ya se encuentra en productos cotidianos como envases (botellas y recipientes para alimentos), tuberías de fontanería y molduras interiores de automóviles. Estos se presentan habitualmente en forma de filamento en bobinas, aunque a veces se utilizan pellets en máquinas industriales a gran escala. Si bien FDM casi siempre se asocia con plásticos, técnicamente también se pueden utilizar metales en este proceso, aunque la verdadera fabricación aditiva de metales suele realizarse mediante fusión selectiva por láser (SLM).
¿Cómo funcionan las impresoras 3D FDM?
Una impresora FDM consta de tres componentes clave: el extrusor , la boquilla y la placa de impresión . El extrusor introduce el filamento en el conjunto del extremo caliente, donde se calienta y se impulsa a través de la boquilla. Este plástico fundido se deposita sobre la placa de impresión, donde se enfría y cura con la ayuda de un ventilador específico. A medida que cada capa se adhiere a la anterior, el modelo se va formando gradualmente hasta completar la pieza.
La primera capa se adhiere a la placa de impresión, aunque no con tanta fuerza como la adhesión capa a capa. Dependiendo de la geometría de la pieza, podrían necesitarse estructuras de soporte para salientes o características complejas, que pueden retirarse después de la impresión.
Cinemática de impresoras 3D y diseño de máquinas
El movimiento de la impresora está determinado por su cinemática. Algunas máquinas mueven el cabezal de impresión en los tres ejes, mientras que otras lo hacen en las direcciones X e Y y desplazan la placa de impresión verticalmente para formar el eje Z. Existen numerosas combinaciones en el mercado, cada una con configuraciones mecánicas ligeramente diferentes para lograr el mismo resultado.
Otras variaciones de diseño incluyen la construcción del marco, el tipo de carcasa, los mecanismos de nivelación y el control de temperatura. Algunas impresoras incluso incluyen carcasas con entornos controlados para mejorar la calidad de impresión. Independientemente del diseño, todas las impresoras FDM se basan en el control CNC, lo que significa que siguen una trayectoria de herramienta programada para automatizar el proceso de fabricación, de forma similar a una fresadora CNC.
Rendimiento de la impresora 3D y métricas clave
Las impresoras FDM varían en precio, desde unidades para aficionados por menos de $1,000 USD hasta máquinas industriales que cuestan cientos de miles. En HPA, hemos utilizado máquinas desde una Creality muy básica hasta impresoras más caras, pero aún asequibles, como nuestra actual Bambu Lab X1E. Las unidades de gama básica siguen siendo potentes, pero generalmente requieren más configuración y atención, mientras que las impresoras más caras ofrecen materiales avanzados, mayores volúmenes de impresión y mayor precisión. También es posible externalizar el trabajo a servicios de impresión para acceder a máquinas industriales cuando sea necesario.
Hay algunos factores clave que influyen en el rendimiento y el precio de una impresora. La calidad de fabricación, el diseño, la reputación de la marca y la atención al cliente son factores importantes que pueden ser difíciles de cuantificar. Dado el rápido desarrollo de la tecnología, las reseñas y las experiencias de los usuarios suelen ser la mejor manera de evaluar modelos específicos.
Mecánicamente, la calidad de la cinemática afecta directamente la precisión de la impresión. Un chasis rígido, una baja flexibilidad en las juntas y un hot end ligero permiten que la máquina posicione la boquilla con precisión y a velocidades más altas. Esto es similar a cómo la reducción de la flexión del chasis y la flexibilidad de la suspensión mejora la maniobrabilidad en un automóvil.
Otra métrica fundamental es el volumen de impresión. Las impresoras de consumo pequeñas pueden ofrecer alrededor de 150 mm³, mientras que las máquinas estándar suelen ofrecer volúmenes de alrededor de 250 mm³. Las unidades más grandes pueden alcanzar los 400 mm³ o más, y las impresoras industriales pueden superar los 900 mm³. Si una pieza excede el volumen disponible, observamos que a menudo es posible inclinar la impresión o dividirla en secciones, según la geometría.
Por ejemplo, nuestra impresora de 250 mm³ es adecuada para prototipado y las piezas que fabricamos actualmente, pero si quisiéramos trabajar mucho más creando moldes de carrocería uniendo secciones impresas en 3D, una impresora de 350 mm³ o 400 mm³ sería un mejor punto de partida. Sin embargo, para proyectos puntuales como ese, una impresora más pequeña bastará, solo que tarda más.
Hablando de tiempo, la velocidad de impresión es otra métrica fácil de comparar. Las impresoras más rápidas pueden reducir los tiempos de fabricación, siempre que se mantenga la calidad, pero la velocidad de impresión deberá ajustarse según los requisitos individuales del material.
Capacidad del material impreso y requisitos de temperatura
Los materiales que una impresora puede procesar dependen en gran medida de la temperatura de la boquilla. Los distintos termoplásticos se funden a distintas temperaturas, normalmente entre 150 y 350 grados Celsius. Por lo tanto, las impresoras capaces de alcanzar temperaturas más altas pueden imprimir una gama más amplia de materiales. Las cámaras calefactadas también ayudan a controlar las velocidades de enfriamiento y mejoran la precisión dimensional y el acabado superficial, especialmente con materiales sensibles a los cambios de temperatura.
Algunas impresoras incluso pueden usar varios materiales en una sola impresión, ya sea para diferentes partes del modelo o para estructuras de soporte más fáciles de retirar. Las máquinas avanzadas también pueden mezclar colores durante la impresión, lo cual puede ser útil según el tipo de trabajo que se esté realizando.
Resumen del moldeo por deposición fundida
La FDM es la forma más accesible y utilizada de impresión 3D, y es una tecnología que aprovechamos casi a diario en HPA. Esta accesibilidad la convierte en un punto de partida ideal para quienes se inician en la fabricación aditiva. El proceso básico consiste en introducir filamento termoplástico en una boquilla calentada, que deposita el material capa por capa para construir una pieza. El rendimiento de la impresora depende de factores como la calidad de construcción, la cinemática, el volumen de impresión, la velocidad de impresión y la temperatura de la boquilla.
Comprender sus propias necesidades es fundamental. Las características que son importantes en una aplicación pueden no serlo en otra. Con el conocimiento adecuado, puede elegir una impresora que se ajuste a sus necesidades y produzca piezas fiables y precisas para sus proyectos automotrices.
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