Impresión 3D para completos ignorantes.

Esquema conceptos impresión 3D.

Hace tiempo que llevo buscando formación e información sobre impresión 3D porque es un tema que me interesa mucho. Pero me da la sensación, de que siempre hablan o se enfrentan al tema como si todo el mundo fuese entendido en diseño o impresión 3D.

Cuando llevas un tiempo imprimiendo o relacionándote con gente que imprime, puedes llegar a pensar que la impresión 3D es parte de la vida de todos. Algo cotidiano y popular para todo el mundo.

En cambio, siempre que hablo con alguien sobre impresión 3D tengo que empezar por lo más básico para que entiendan en qué consiste.

Por eso, voy a tratar de explicar de un modo muy sencillo cómo entiendo yo la impresión 3D. Y qué elementos o parámetros intervienen en el proceso para lograr realizar una impresión correcta.

Impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación mediante el que se obtienen objetos al ir depositando capas paralelas y horizontales de material hasta obtener el volumen deseado.

Existen diferentes materiales y procesos de impresión. Y según el material o el proceso, necesitarás uno u otro tipo de impresora.

En otras palabras, no todas las impresoras son iguales, y no todos los materiales valen para todas las impresoras.

Como las más generalizadas, a las que tiene un mayor acceso los usuarios particulares, y las que he utilizado, son las impresoras FDM (Fused Deposition Modeling), aunque algunas cosas puedan ser generales, siempre me estaré refiriendo a este tipo de impresión.

Estas impresoras funcionan, normalmente, calentando un material (por lo general plástico) en forma de filamento o pellet a través de un Hotend que lo va depositando por capas sobre una base (cama).

Igual que si usásemos una manga pastelera, pero en vez de moverla nosotros de manera manual, unos motores desplazan el Hotend y la base en los ejes x, y, z.

Y en vez de apretar nosotros para que salga la crema, un extrusor, movido por otro motor, va dejando pasar el material según se necesite.

Una vez completada una capa, hay un cambio de altura, y se realiza la capa siguiente. Así, hasta completar la pieza.

Explicación sencilla de los elementos de una impresora 3D FDM y del proceso de impresión.

¿Qué necesitamos para imprimir un objeto en 3D?

Para imprimir un objeto 3D necesitas un archivo con un modelo 3D del objeto que quieras imprimir.

Igual que si quieres imprimir un documento, necesitas tener un archivo de texto; o si quieres imprimir una foto, un archivo de imagen.

Un software de laminado 3D para impresoras que seccione el modelo 3D en capas, y le indique a la impresora las acciones que tiene que realizar.

Igual que con una impresora tradicional, tenemos un software que además de conectarnos con la impresora nos permite configurar la calidad, color, número de copias, márgenes, etc.

Una impresora 3D que realice las acciones que configuramos con el software de laminado 3D, y materialice el modelo 3D depositando el material para obtener un objeto físico o impresión 3D.

No voy a entrar en detalles de materiales porque en cualquier web de fabricante o comerciante de materiales para impresión 3D, os lo pueden explicar mucho mejor, y este post podría hacerse eterno.

Simplemente, decir que el más empleado es un termoplástico llamado PLA (ácido poliláctico) de origen vegetal, del que existe una amplia gama de colores, y de mezclas con otros componentes para darle diferentes acabados o cualidades.

Según las necesidades, puedes optar por otros materiales con más resistencia, flexibilidad, aptos para alimentación o elementos sanitarios, etc.

Y por otro lado, existen otros materiales que no son plásticos, que también podríamos incluir dentro de las impresoras FDM como el chocolate o las pastas que se utilizan en las impresoras que imprimen comida. O el barro, cemento y otros morteros que se emplean en las impresoras que se utilizan para imprimir viviendas. Aunque estas impresoras ya no suelen ser tan comunes como las que imprimen con materiales plásticos.

Pasos del proceso de impresión 3D.

¿Qué debo tener en cuenta para imprimir una pieza correctamente?

A pesar de que la teoría parece muy sencilla, y de que podemos pensar que imprimir en 3D es tan sólo, darle a un botón y listo. La práctica y la experiencia te demuestran que hay diferentes factores a tener en cuenta para que el resultado sea correcto.

Por eso, para obtener un buen resultado, hay tres factores fundamentales que debemos conjugar:

  • El modelo 3D debe ser imprimible.
  • La configuración de los parámetros de laminado debe ser adecuada a las características de nuestra pieza e impresora.
  • La impresora debe estar bien calibrada y funcionar correctamente.

Si uno de estos factores falla, seguramente, conseguirás imprimir “algo” de todos modos. Pero el resultado estará lleno de errores y defectos. Y si tan sólo, tienes bien uno de ellos, el resultado puede ser desastroso.

Factores que influyen en una impresión correcta.

En este post, sólo voy a explicar porqué estos factores son importantes, y dejaré para otros post, el meterme más a fondo en cada uno de ellos, y dar consejos y soluciones.

Modelo 3D imprimible.

Antes de explicar qué características debe tener un modelo 3D para que sea imprimible, voy a explicar conceptos básicos de los modelos 3D.

¿Qué es un archivo de un modelo 3D?

Un modelo 3D es una representación tridimensional de un objeto virtual.

Son coordenadas, distancias, vectores, medidas que interpretadas por un software de modelado 3D o un visor de modelos 3D, nos permiten visualizar cómo sería ese objeto en la vida real.

De modo, que ese objeto sólo existe en un entorno virtual que crea un programa.

Por lo que podríamos resumirlo en que, un modelo 3D es un tipo de archivo que contiene diferentes datos que definen la forma y/o aspecto de un objeto o escena en tres dimensiones para visualizarlos en un entorno virtual.

Según el tipo de datos que definen los objetos, la forma de crearlo o modelarlo, y/o el sotfware con el que lo generamos, existen diferentes formatos de archivos o modelos 3D.

Para imprimir un modelo 3D, necesitaremos una malla poligonal.

Una malla poligonal es un conjunto de polígonos definidos por caras, aristas y vértices que forman las superficie del modelo 3D.

Podríamos decir que es como la piel de nuestro modelo.

Un vértice es un punto con unas coordenadas x,y,z que lo posicionan en el espacio.

Una arista es la recta que une dos vértices. Y una cara es la superficie definida, al menos, por la unión de tres vértices o tres aristas.

Elementos de una malla poligonal.

Existen numerosos formatos de archivo que comprenden mallas poligonales, pero los más utilizados en impresión 3D son .stl, .obj, .dae.

¿Cómo se obtienen los modelos 3D?
Fuentes de obtención de modelos 3D.
Fuentes de obtención de modelos 3D.

Si tienes conocimientos y un software de modelado 3D, puedes crearlo tú mismo, y exportarlo como malla poligonal en alguno de los formatos que te mencioné antes.

Sino, existen diferentes repositorios online de los que puedes descargarte modelos 3D.

Es aconsejable que utilices repositorios de modelos 3D para imprimir, porque no todos los modelos 3D que puedes encontrar son imprimibles.

La gran mayoría están creados para visualizar en pantalla, o generar diferentes vistas de ellos, incluirlos en animaciones o videojuegos, etc., y no para convertirse en objetos reales.

Hay repositorios de pago y otros gratis. Los modelos pueden tener diferentes licencias de uso, por lo que antes de emplearlos, deberías informarte de ello.

En estos repositorios puedes encontrar archivos nativos de distintos softwares de modelado 3D, o formatos estándar que se pueden importar en diferentes softwares.

Si no utilizas ningún software de modelado 3D en concreto, o no vas a hacer ninguna modificación en el modelo, es mejor que descargues los archivos estándar de malla poligonal (.stl, .obj, .dae, etc.).

Para impresión 3D, el más popular es Thingiverse. A mí me gusta Myminifactory porque tiene bastantes réplicas de obras de arte. Pero cada vez, hay más sitios con una gran variedad en los que puedes encontrar casi de todo.

Y por último, podemos obtener modelos/réplicas 3D de objetos reales mediante un escaneado o con por fotogrametría.

La diferencia consiste en que en vez de necesitar un láser, como es el caso del escaner, en la fotogrametría se obtiene la réplica gracias a un software específico que interpreta la información que obtiene de diferentes fotografías sacadas a un objeto real para digitalizar su superficie.

Si quieres saber más sobre fotogrametría, puedes leer el post de Fotogrametría LowCost.

Una vez que tenemos nuestro modelo, tanto si lo hemos creado nosotros como si lo hemos descargado, debemos asegurarnos de que cumple una serie de factores para que sea imprimible.

Condiciones para que un modelo 3D sea imprimible.
  • Es un volumen.
  • Tiene un espesor mínimo adecuado.
  • Es hermético.
  • No tiene caras dobles o superpuestas.
  • No tener geometrías que se intersecan.
  • Tiene las caras bien orientadas.

Todas estas cualidades que os pueden sonar a chino si no sabéis de modelado 3D, son características a tener en cuenta, para que cuando importemos nuestro modelo 3D en el software de laminado 3D para impresoras, sea capaz de interpretarlo correctamente y seccionarlo sin problemas.

Según el software de modelado 3D que empleéis, se pueden arreglar de manera automática o manual. Pero cada vez, son más los softwares que incluyen tanto herramientas de análisis como de reparación.

Configuración software de laminado 3D para impresoras.

Una vez que nuestro modelo 3D reúne todos los requisitos para ser imprimible, debemos importarlo en un software de laminado 3D para impresión.

Con este software podemos configurar una serie de parámetros con los que vamos a generar un archivo de texto (.gcode) con las instrucciones que deberá seguir la impresora para materializar el modelo 3D.

El archivo que metemos o enviamos a la impresora es el .gcode, no el modelo 3D (malla poligonal) en ninguno de sus formatos (.stl, .obj, .dae)

Los parámetros que podemos configurar en este tipo de software varían según el que utilicemos.

El más popular es el Ultimaker Cura que puedes descargar de forma gratuita. Pero existen otros como el Simplify3D que es de pago y que suele gustar a la gente que se dedica profesionalmente a imprimir. U otras alternativas Open Source como el Slic3r que también tiene muy buenas críticas.

Al igual que con las condiciones para que un modelo 3D sea imprimible, no voy a entrar en detalle con los parámetros, porque prefiero hacer un post sobre configuraciones.

Simplemente, explicar qué podemos hacer con un software de este tipo.

La tarea principal es la de segmentar el modelo 3D en capas y configurar cómo queremos que se aplique el material a nuestra pieza.

Para eso, podemos configurar diferentes parámetros que afectan a:

  • Calidad de impresión.
  • Temperaturas de impresión.
  • Velocidades de impresión.
  • Adherencia y soportes de la pieza.

Algunos de estos parámetros se configuran por primera vez y luego permanecen constantes o apenas los sueles variar, y otros, habrá que adecuarlos a las características de cada pieza.

Por que los parámetros que funcionan bien con una no tienen porque hacerlo con otra de distinto espesor, forma, tamaño, material o dependiendo de si es un prueba o impresión final, etc.

Además de los parámetro de configuración, los softwares de laminado suelen tener un visor de modelos 3D en el que podemos tener una vista previa de la impresión.

Normalmente, podemos ver de manera instantánea, las modificaciones que vamos generando al configurar los diferentes parámetros.

Y también podemos hacer tareas básicas como desplazar, girar o escalar las piezas.

Vista del interfaz de Cura

Una vez que acabamos de configurar la impresión, guardamos el archivo .gcode que será el que introduzcamos en la impresora, normalmente a través de una tarjeta SD.

Calibrado y ajuste de la impresora.

En cuanto a la impresora, de nada nos vale tener un modelo imprimible y una configuración de laminado correcta, si a la hora de materializarlo, la impresora no está en condiciones.

Por norma general, cuanto más barata es una impresora, más vas a tener que estar pendiente de que se desajuste o que surjan pequeños fallos.

Sin embargo, todas las impresoras, con el uso, tienden a que ciertas piezas se aflojen, se gasten o se rompan. Por lo que debes estar atento a errores e imperfecciones en las impresiones para saber localizarlos.

Para un buen funcionamiento de la impresora son fundamentales estos tres factores:

  • Nivelado de la cama.
  • Detectar y eliminar atascos.
  • Un buen mantenimiento de la electrónica y mecánica de la impresora.

Existen muchas guías, blogs, foros en los que se puede consultar dudas o fallos más frecuentas para aprender a solucionarlos como por ejemplo la guía de LEON 3D

Estos sitios son de gran ayuda al principio, pero yo creo que tu impresora es como un recién nacido.

Que no sabe hablar, pero a través de observarla, de aprender a diferenciar algunos sonidos o entender diferentes comportamientos, vas aprendiendo a saber qué problema tiene y cómo solucionarlo.

Fallo de impresión.
Fallo de impresión.

Espero que como un primer acercamiento, os haya resultado fácil y comprensible, y ya iremos aprendiendo más cosas en otros post.

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