Cómo funciona una impresora 3D

Cómo funciona una impresora 3D es la pregunta que muchos “makers principiantes” se hacen al iniciarse en el mundo de la impresión 3D y no saben por dónde empezar. Por ello, en este post te explicamos los tips más importantes para que empieces a imprimir como un profesional.

Existen numerosas tecnologías de impresión 3D: FDM SLA, SLS, Materlal Jetting, pero nosotros nos vamos a centrar en las impresoras 3D con tecnología FDM o FFF ya que es la tecnología más barata y asequible con diferencia. Por eso el 90% de las impresoras 3D que te encuentres hoy en día la usan. De hecho hoy en día puedes tener una impresora 3D por 250€.

Una impresora 3D es una máquina CNC, una máquina que se mueve en los tres ejes del espacio XYZ. Los tres ejes se divide en X (ancho) Y (profundo) Z (altura).

  • El eje X se mueve de derecha a izquierda según el giro del motor X
  • El eje Y se mueve de adelante a atrás según el giro del motor Y
  • El eje Z  se mueve de arriba abajo según el giro del motor Z

En el eje XY se modelan las piezas depositando el material plástico fundido y en Z se van desarrollando las capas del objeto tridimensional. El cabezal con una función específica;depositar filamento.

Para imprimir, tienes que conseguir el modelo 3D, a través de un repositorio como Cults o Thingiverse, lo laminamos en un programa de diseño 3D como PrusaSlicer, Simplify o Cura Slicer donde seleccionaremos nuestros parámetros de impresión y material (en siguientes videos explicaremos más detenidamente los programas de diseño 3D) y seguidamente lo exportamos a GCode para imprimirlo en nuestra impresora 3D.

Tipos de impresoras 3D

La impresión 3D ha revolucionado la manera en que se fabrican y prototipan objetos en diversas industrias. Existen varios tipos de impresoras 3D, pero las dos más comunes son las impresoras de filamento y las impresoras de resina. Cada tipo tiene sus propias características, ventajas y aplicaciones.

De Filamento

Las impresoras 3D de filamento, también conocidas como impresoras FDM (Modelado por Deposición Fundida), son las más populares y accesibles en el mercado. Funcionan extruyendo un filamento de plástico calentado a través de una boquilla, que se mueve capa por capa para crear el objeto deseado.

Ventajas de las Impresoras de Filamento

  1. Accesibilidad y Precio: Estas impresoras suelen ser más económicas y están disponibles en una amplia gama de precios, lo que las hace accesibles para principiantes y aficionados.
  2. Variedad de Materiales: Los usuarios pueden elegir entre una amplia variedad de filamentos, incluyendo PLA, ABS, PETG, TPU, entre otros, cada uno con propiedades únicas.
  3. Facilidad de Uso: Las impresoras FDM son generalmente fáciles de configurar y utilizar, con numerosos recursos y comunidades de apoyo en línea.
  4. Tamaño de Impresión: Muchas impresoras de filamento permiten imprimir objetos de mayor tamaño comparado con las impresoras de resina.

Aplicaciones Comunes

  • Prototipos Rápidos: Ideal para la creación de prototipos funcionales y modelos preliminares.
  • Piezas Funcionales: Utilizadas para fabricar componentes mecánicos y piezas de uso diario.
  • Educación y Hobbies: Muy populares en entornos educativos y entre aficionados a la tecnología y la fabricación.

De Resina

Las impresoras 3D de resina, también conocidas como impresoras SLA (Estereolitografía) o DLP (Procesamiento Digital de Luz), utilizan resinas líquidas que se solidifican mediante la exposición a una luz láser o un proyector UV. Estas impresoras son conocidas por su alta precisión y capacidad para producir detalles finos.

Ventajas de las Impresoras de Resina

  1. Alta Resolución y Detalle: Las impresoras de resina pueden producir detalles extremadamente finos, lo que las hace ideales para trabajos que requieren alta precisión.
  2. Acabado Suave: Los objetos impresos en resina suelen tener un acabado superficial más suave y detallado, reduciendo la necesidad de post-procesado.
  3. Materiales Especializados: Disponibilidad de resinas especializadas, como las biocompatibles, resistentes a altas temperaturas y las flexibles, adecuadas para aplicaciones específicas.

Aplicaciones Comunes

  • Joyería y Modelismo: Perfectas para crear modelos detallados y piezas pequeñas con gran precisión.
  • Prototipos Detallados: Utilizadas en industrias como la dental y la médica para producir prototipos y modelos detallados.
  • Arte y Diseño: Favorecidas por artistas y diseñadores que necesitan capturar detalles minuciosos en sus trabajos.

¿Cómo funciona una impresora 3D?

La impresión 3D es una tecnología revolucionaria que permite crear objetos tridimensionales a partir de un diseño digital. Entender cómo funcionan las impresoras 3D es esencial para aprovechar al máximo esta innovadora tecnología.

El funcionamiento de una impresora 3D se basa en la construcción de un objeto capa por capa a partir de un modelo digital. Este proceso involucra varios pasos clave: modelado, escaneo y el uso de software de impresión. Cada paso es crucial para asegurar que el objeto final sea preciso y de alta calidad.

Modelado

El primer paso en la impresión 3D es la creación de un modelo digital del objeto que se desea imprimir. Este modelo se puede diseñar desde cero utilizando software de modelado 3D, como Blender, Tinkercad o Autodesk Fusion 360. Los diseñadores pueden crear formas complejas y detalladas, ajustando cada aspecto del modelo para cumplir con los requisitos específicos del proyecto.

Ventajas del Modelado Digital:

  • Precisión y Detalle: Permite crear diseños con gran precisión y detalles complejos.
  • Personalización: Facilita la personalización de diseños para adaptarlos a necesidades específicas.
  • Prototipado Rápido: Reduce el tiempo y los costos asociados con el desarrollo de prototipos físicos.

Escaneo

El escaneo 3D es otra forma de obtener un modelo digital, especialmente útil para replicar objetos existentes. Utilizando un escáner 3D, se captura la geometría del objeto físico y se convierte en un modelo digital. Este proceso es ideal para la ingeniería inversa, restauración de piezas y creación de réplicas exactas.

Beneficios del Escaneo 3D:

  • Exactitud: Proporciona una representación precisa del objeto físico.
  • Eficiencia: Ahorra tiempo en la creación manual de modelos digitales.
  • Versatilidad: Permite digitalizar una amplia variedad de objetos, desde pequeñas piezas hasta grandes estructuras.
Escaner 3D Revopoint Miraco

Software de Impresión

Una vez que se tiene el modelo digital, se debe preparar para la impresión utilizando software de impresión 3D, también conocido como slicer. Este software, como Cura, PrusaSlicer o Simplify3D, convierte el modelo 3D en instrucciones específicas para la impresora 3D, conocidas como código G. El slicer corta el modelo en capas horizontales y determina la trayectoria de la boquilla de la impresora, así como otros parámetros esenciales como la velocidad, la temperatura y el relleno.

Funciones del Software de Impresión:

  • Segmentación en Capas: Divide el modelo en capas finas que la impresora construye secuencialmente.
  • Configuración de Parámetros: Permite ajustar parámetros críticos para optimizar la calidad y el tiempo de impresión.
  • Generación de Soportes: Añade estructuras de soporte necesarias para imprimir geometrías complejas.

Partes de una impresora 3D y su funcionamiento

Tenemos muchas impresoras 3D FDM. Pero, ¿se diferencian muchas unas de otras? Al final, la mayoría comparten una serie de partes de una impresora 3D que son comunes entre sí.

Los componentes de impresoras 3D se pueden dividir en cuatro partes: Circuito de Filamento, Estructura Mecánica y Electrónica

Circuito del filamento

El filamento va desde la bobina hasta el extrusor que  empuja el filamento hasta el fusor. El extrusor es el motor que alimenta la impresora.

Nota: para que el filamento tengo un paso fluido a través del extrusor, es conveniente evitar los nudos en la bobina de filamento

La posición del extrusor puede variar dependiendo de si nuestra impresora es tipo bowden o de extrusión directa.

En las que tienen un sistema de extrusión bowden nos encontraremos el empujador en el Eje Z, mientras que en las de extrusión directa nos encontraremos un único bloque compuesto por el empujador y el hotend.  

El tubo bowden hace referencia al tubo blanco que llega hasta el fusor. Este tubo es de teflón, que se utiliza como aislante térmico. Este tubo llega hasta el fusor que es el que se encarga de fundir el filamento. 

El fusor está compuesto por varias partes: la boquilla, el bloque, disipador y el barrel.

El bloque calentador

El bloque calentador se conecta a una resistencia que calienta el filamento. Es un elemento clave y hace que estén conectados todos los componentes del fusor.

El hueco para el cartucho calentador está localizado en un lugar estratégico para asegurar la transmisión de el calor del cartucho calentador al nozzle, de manera uniforme y constante. Además, también dispone del hueco para el termistor.

Bloque Calentador

Disipador

El disipador hace que el calor del bloque calentador no caliente otras partes. Para evitar que se funde el filamento en otras partes, necesitamos un elemento disipador.

disipador

Barrel

El barrel guia el filamento por el disipador hasta la boquilla pasando por el bloque calentador.

Boquilla

La boquilla se podría decir que es el ultimo paso del filamento, ya que es por donde sale el filamento ya fundido.

Boquilla Creality

Estructura

El esqueleto y soporte que soporta todas las fuerzas, vibraciones y aceleraciones de nuestra impresora 3D. Esto determinará lo rápido o despacio que nuestra impresora imprima y el movimiento de los tres ejes.

  • El carro: es lo que va a hacer que el cabezal de la impresora se mueva de izquierda a derecha. Dentro del carro tenemos las correas adheridas a los motores para que el cabezal deslice por él.
  • La plataforma de impresión y cama caliente: la plataforma de impresión hará que la impresora se mueva de delante hacía atrás. La cama caliente es un panel metálico que se calienta a través de una resistencia  para que cuando caiga el plástico fundido, no se contraiga o se enfríe muy rápido.
  • Varillas o guías lineales: es por donde la impresora se mueve de arriba en los ejes.

Mecánica

La mecánica es lo que hará que nuestra impresora 3D pueda moverse en los tres ejes XYZ.

  •  Los motores paso a paso: que a través de unas correas dentadas transmiten movimiento a las partes móviles.
  •  Las poleas y correas GT2:son lo que van a hacer que el movimiento rotativo del motor se convierta en un movimiento lineal en la impresora 3D. la polea va incrustada en el motor.
Polea Rodamiento Creality
  • Los rodamientos lineales y radiales: se deslizan suavemente por la varilla para evitar rozamientos.
  • El extrusor: el extrusor es el encargado de empujar filamento hacia el fusor, para que éste lo funda y lo expulse por la boquilla. Conocer cómo funciona un extrusor para impresora 3D es clave para entender cómo funciona tu máquina.
Motor Nema Creality
  • El fusor se encarga de fundir el filamento a una temperatura controlada.
Ultimaker Print Core

Electrónica

  • La placa electrónica es la que controla todo nuestra impresora 3D.
PLACA-BASE
  • El firmware de la impresora 3D: es el programa interno de la impresora 3D que maneja su hardware.
  • Los drivers para gestionar la potencia de los motores paso a paso.
DRIVERS
  • El ventilador axial y el ventilador de capa: El ventilador axial se coloca en el fusor para enfriar su parte superior y que el filamento no se funda antes de tiempo. El ventilador radial expulsa aire justo en la boquilla, para que así el plástico extruido se enfríe y la siguiente capa se deposite sobre una capa endurecida.
Ventilador

Tecnologías de Impresión 3D

La impresión 3D ha evolucionado significativamente desde su inicio, ofreciendo diversas tecnologías que se adaptan a diferentes necesidades y aplicaciones. A continuación, exploramos tres de las principales tecnologías de impresión 3D: FFF (Fabricación de Filamento Fundido), SLA (Estereolitografía) y PBF (Fusión de Lecho de Polvo).

FFF (Fabricación de Filamento Fundido)

La Fabricación de Filamento Fundido (FFF), también conocida como FDM (Modelado por Deposición Fundida), es una de las tecnologías de impresión 3D más populares y accesibles. El funcionamiento de una impresora 3D FDM consiste en extruir un filamento de plástico fundido a través de una boquilla caliente, que se mueve capa por capa para crear el objeto tridimensional.

Ventajas de FFF:

  • Accesibilidad: Las impresoras FFF son relativamente económicas y fáciles de usar, lo que las hace ideales para principiantes y aficionados.
  • Variedad de Materiales: Ofrecen una amplia gama de materiales de filamento, incluidos PLA, ABS, PETG y TPU, cada uno con propiedades únicas.
  • Aplicaciones Versátiles: Utilizadas en prototipado rápido, educación, piezas funcionales y proyectos de bricolaje.

Aplicaciones Comunes:

  • Prototipos funcionales
  • Piezas mecánicas
  • Modelos educativos

SLA (Estereolitografía)

La Estereolitografía (SLA) es una tecnología de impresión 3D que utiliza un láser UV para solidificar resina líquida fotopolimerizable, capa por capa, creando objetos con alta precisión y detalles finos. SLA es especialmente conocida por su capacidad para producir superficies lisas y acabados detallados.

Ventajas de SLA:

  • Alta Precisión: Capaz de producir detalles extremadamente finos y acabados suaves, ideales para piezas complejas.
  • Calidad Superficial: Las impresiones SLA suelen tener una calidad superficial superior, reduciendo la necesidad de post-procesado.
  • Materiales Especializados: Ofrece una variedad de resinas, incluyendo biocompatibles, resistentes a altas temperaturas y flexibles.

Aplicaciones Comunes:

  • Joyería
  • Modelos dentales
  • Prototipos detallados

PBF (Fusión de Lecho de Polvo)

La Fusión de Lecho de Polvo (PBF) es una tecnología de impresión 3D que utiliza una fuente de energía, como un láser o un haz de electrones, para fusionar polvo fino de material, capa por capa. Esta tecnología es conocida por su capacidad para crear piezas metálicas y plásticas con alta precisión y complejidad geométrica.

Ventajas de PBF:

  • Materiales Diversos: Permite la impresión con una amplia gama de materiales, incluyendo metales y polímeros avanzados.
  • Alta Resolución: Produce piezas con detalles finos y alta resolución, adecuados para aplicaciones industriales.
  • Geometría Compleja: Capaz de crear estructuras internas complejas y componentes que serían difíciles de fabricar mediante métodos tradicionales.

Aplicaciones Comunes:

  • Piezas aeroespaciales
  • Componentes médicos
  • Prototipos industriales

¿Merece la Pena Comprar una Impresora 3D?

La impresión 3D ha capturado la imaginación de muchos, desde aficionados hasta profesionales, gracias a su capacidad para transformar ideas digitales en objetos físicos. Sin embargo, antes de realizar una inversión, es importante considerar si realmente merece la pena comprar una impresora 3D. A continuación, exploramos los beneficios, las aplicaciones y los factores a tener en cuenta para tomar una decisión informada.

Beneficios de Tener una Impresora 3D

Comprar una impresora 3D puede ofrecer numerosos beneficios, tanto a nivel personal como profesional:

  1. Creatividad y Personalización: Una impresora 3D te permite crear objetos personalizados y únicos, desde decoraciones y juguetes hasta piezas funcionales y prototipos. La única limitación es tu imaginación.
  2. Prototipado Rápido: Para diseñadores e ingenieros, una impresora 3D facilita el desarrollo rápido de prototipos, permitiendo iterar y mejorar diseños de manera ágil y económica.
  3. Ahorro de Costos a Largo Plazo: Aunque la inversión inicial puede ser significativa, tener una impresora 3D puede reducir los costos de fabricación y prototipado a largo plazo, eliminando la necesidad de servicios externos.
  4. Aprendizaje y Educación: Las impresoras 3D son herramientas educativas excepcionales, que ayudan a entender conceptos de ingeniería, diseño y fabricación. Son especialmente valiosas en entornos educativos y para entusiastas de la tecnología.

Aplicaciones de las Impresoras 3D

Las impresoras 3D son versátiles y se utilizan en una variedad de campos y aplicaciones:

  1. Hogares y Hobbies: Crea decoraciones personalizadas, juguetes, herramientas y piezas de repuesto desde la comodidad de tu hogar.
  2. Industria y Prototipado: Desarrolla prototipos funcionales y piezas mecánicas con precisión y rapidez, mejorando el ciclo de diseño y producción.
  3. Educación: Facilita el aprendizaje práctico en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM), proporcionando una experiencia interactiva y tangible.
  4. Medicina y Salud: Utiliza la impresión 3D para crear modelos anatómicos, dispositivos médicos personalizados y herramientas quirúrgicas.

Factores a Considerar

Antes de decidir comprar una impresora 3D, considera los siguientes factores:

  1. Costo Inicial y Mantenimiento: Además del precio de compra, ten en cuenta los costos de mantenimiento, materiales (filamentos o resinas) y posibles reparaciones.
  2. Curva de Aprendizaje: La impresión 3D puede requerir un tiempo inicial de aprendizaje para dominar el software de modelado y la configuración de la impresora. Asegúrate de estar dispuesto a invertir tiempo en aprender y experimentar.
  3. Espacio y Seguridad: Las impresoras 3D pueden ocupar espacio y generar ruido. Además, algunos materiales pueden emitir vapores, por lo que es importante tener un área bien ventilada y segura para operar la impresora.
  4. Compatibilidad de Materiales: Considera los tipos de materiales que planeas usar y verifica la compatibilidad con la impresora 3D que estás considerando comprar.

Ya sabes que a la hora de preguntarte cómo funciona una impresora 3D, requiere un proceso de aprendizaje, en el que tienes que tener paciencia y practicar mucho con diferentes impresiones, para hacerte con los parámetros y convertirte en todo un experto.

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