Partes de una impresora 3D

Partes de una impresora 3D

¿Te has preguntado cómo funciona tu impresora 3D? Para comprender su funcionamiento, es esencial conocer las partes que la componen. Desde los componentes mecánicos hasta los electrónicos, cada elemento desempeña un papel crucial en el proceso de impresión en 3D. A continuación, exploraremos las partes más importantes de una impresora 3D:

1. Extrusor (Extrusor y Hotend o fusor)

El extrusor es uno de los componentes fundamentales de una impresora 3D, desempeñando un papel crucial en el proceso de fabricación aditiva. Esencialmente, el extrusor es el encargado de empujar el filamento, aunque comúnmente se conoce como extrusor a la combinación de extrusor y hotend, es decir, la parte que empuja (extrusor), y la parte que funde (hotend).

Para facilitar el entendimiento de esta pieza clave, también nos referiremos al extrusor como la combinación de hotend y mecanismo extrusor.

¿Cómo Funciona un extrusor?

El funcionamiento del extrusor comienza con el suministro de filamento, que puede ser plástico, metal u otros materiales. Este filamento es conducido a través del hotend hacia una boquilla mediante un mecanismo de tracción, como un engranaje o rueda dentada.

En su paso por el hotend, el filamento pasa por un bloque calentador, un componente clave que se encuentra a alta temperatura. En esta zona el filamento se funde y termina su camino en la boquilla. La boquilla, que puede tener diferentes diámetros dependiendo de la aplicación y del material utilizado, controla el grosor de la capa de material depositada.

Sistema Extrusor Esquema

Componentes del Extrusor

  • Ventilador de Hotend: Sirve para disipar el calor del disipador
  • Ventilador o Ventiladores de capa: se encarga de enfriar al filamento recién extruido. Las impresoras 3D pueden traer un ventilador de capa en un lateral de la boquilla, o 2 ventiladores de capa, uno a cada lado de la boquilla.
  • Termistor: Un componente que mide la temperatura a la altura del bloque calentador para garantizar que el material se funda a la temperatura adecuada. Esto es crucial para evitar problemas como obstrucciones y garantizar una adhesión adecuada del material.
  • Cartucho Calentador: Se encarga de calentar el bloque calentador, para conseguir la temperatura de fundición del filamento
  • Motor de Extrusor: se encarga de mover los engranajes (o ruedas dentadas) que empujan el filamento.
  • (Opcional) Sensor de Nivelación: sirve para autonivelar la base de la impresora 3D o para crear una malla que ayude a una mejor nivelación.

2. Estructura de una impresora 3D

La estructura de una impresora 3D es la base física sobre la cual se ensamblan y operan todas las demás partes y componentes de la impresora. Esta estructura proporciona estabilidad, precisión y soporte para garantizar que el proceso de impresión ocurra de manera adecuada.

En términos generales, la estructura de una impresora 3D se compone de:

  • Marco o Bastidor: La mayoría de las impresoras 3D tienen un marco o bastidor que sirve como estructura principal.
  • Guías Lineales, Varillas o perfiles: Estos componentes son esenciales para mantener el movimiento lineal suave y preciso de los ejes de la impresora.
  • Plataforma de Construcción: Es la superficie sobre la cual se imprime el objeto.
  • Ejes de Movimiento: Las impresoras 3D generalmente tienen tres ejes de movimiento: X, Y y Z. El eje X se refiere al movimiento lateral de izquierda a derecha, el eje Y al movimiento de adelante hacia atrás, y el eje Z al movimiento vertical hacia arriba y hacia abajo.

Tipos de impresora 3D según su estructura

Puedes encontrar principalmente 3 tipos de impresora según su estructura

Tipos de impresora 3D segun su estructura
Imágenes de Prusa

Impresoras 3D Cartesianas

Las impresoras 3D cartesianas se distinguen por su configuración con al menos tres motores que desplazan los componentes de la impresora a lo largo de los ejes del sistema de coordenadas cartesianas: Y (movimiento adelante y atrás), X (movimiento izquierda y derecha) y Z (movimiento arriba y abajo). Estas impresoras son comunes en entornos de escritorio debido a su amplia disponibilidad y precio accesible, lo que las convierte en una opción popular para uso personal.

Por otro lado, este tipo de impresoras 3D son menos recomendadas para impresiones rápidas, debido al peso de los ejes.

CoreXY

La particularidad del diseño CoreXY radica en que el movimiento en los ejes X o Y está interconectado, lo que se logra mediante un diseño de cinturón altamente específico. En este caso, la superficie de impresión se eleva para encontrarse con el extrusor. Es importante tener en cuenta que el elemento distintivo de una impresora CoreXY no es solo la superficie de impresión móvil, sino también el diseño y el movimiento de las correas XY.

Impresoras 3D tipo Delta

En las impresoras Delta, la plataforma de impresión permanece quieta mientras tres motores trabajan en conjunto para mover el hotend. Estos motores operan tres postes conectados al extrusor mediante brazos, los cuales se encargan de desplazar el hotend. El nombre de este estilo de impresora (delta = Δ) proviene de la forma triangular que adoptan los brazos que sostienen el hotend. Este diseño fue concebido con el propósito de realizar impresiones de manera más rápida.

3. Electrónica y Placa Base

La electrónica y la placa base son componentes críticos en una impresora 3D, ya que controlan todas las operaciones y movimientos durante el proceso de impresión.

La electrónica y la placa base son componentes críticos en una impresora 3D, ya que controlan todas las operaciones y movimientos durante el proceso de impresión. Aquí te presento una descripción detallada de cada uno.

Electrónica

La electrónica de una impresora 3D comprende todos los circuitos, dispositivos y componentes eléctricos necesarios para controlar y gestionar las diferentes funciones de la impresora. Esto incluye:

  1. Microcontrolador: Es el cerebro de la impresora 3D. Controla todos los aspectos del proceso de impresión, desde el movimiento de los motores hasta la temperatura del extrusor y la plataforma de construcción. Los microcontroladores comunes incluyen el Arduino Mega y la placa controladora RAMPS (RepRap Arduino Mega Pololu Shield).
  2. Controladores de Motor o Drivers: Estos circuitos controlan los motores paso a paso que mueven los ejes de la impresora 3D. Cada eje generalmente tiene su propio controlador de motor para permitir un control preciso del movimiento.
  3. Conectores y Cables: Permiten la conexión de todos los componentes eléctricos de la impresora 3D, como los motores, los sensores y los actuadores, a la placa base.
  4. Sensores: Se utilizan para monitorear la temperatura, la posición y otros parámetros importantes durante el proceso de impresión. Por ejemplo, los termistores se utilizan para medir la temperatura del extrusor y la plataforma de construcción.
  5. Fuente de Alimentación: Proporciona la energía eléctrica necesaria para alimentar todos los componentes de la impresora 3D.

Placa Base

La placa base, también conocida como Motherboard, es el componente principal de la electrónica de una impresora 3D. Algunas características importantes de la placa base incluyen:

  • Compatibilidad de Software: La placa base debe ser compatible con el software de control de impresión, como Marlin, Klipper o Repetier, para permitir una comunicación eficiente entre la impresora 3D y la computadora que envía las instrucciones de impresión.
  • Capacidad de Expansión: Algunas placas base tienen puertos adicionales para permitir la conexión de accesorios o mejoras, como pantallas táctiles, cámaras, sensores de nivelación, etc…
  • Gestión del firmware: la placa base aloja el firmware, que es el software que controla el funcionamiento de la impresora 3D. El firmware es responsable de interpretar las instrucciones de impresión y de traducirlas en movimientos y comandos para los componentes hardware.
PLACA BASE

4. Motores, Correas y Ejes

Los motores, correas y ejes desempeñan un papel fundamental en la precisión de la impresión 3D, ya que son componentes clave del sistema de movimiento de la impresora. 

Motores

  • Motores Paso a Paso: Son los motores más comúnmente utilizados en las impresoras 3D debido a su precisión y facilidad de control. Estos motores convierten pulsos eléctricos en movimientos discretos y predecibles. Cada eje de la impresora 3D está equipado con uno o más motores paso a paso que controlan su movimiento.
  • Motores de Paso a Paso NEMA: Son una variante común de los motores paso a paso utilizados en las impresoras 3D. Los motores NEMA se caracterizan por su tamaño estándar y su capacidad para proporcionar un alto torque en un diseño compacto. Los motores NEMA 17 son los más utilizados en las impresoras 3D de escritorio debido a su equilibrio entre tamaño y rendimiento.

Correas

Respecto a las Correas, se trata de correas dentadas reforzadas con fibra de vidrio.

  • Las correas se encargan proporcionar un movimiento suave y preciso de los ejes X e Y.
  • También puedes encontrar corras de sincronización, que se utilizan en impresoras 3D con doble husillo en eje Z, y mantiene los 2 husillos sincronizados.
  • Si las correas están flojas o desgastadas, pueden producir movimientos inexactos, lo que se traduce en problemas de precisión en la impresión.
Correa GT2 Closed i3D

Ejes

  • Los ejes, generalmente hechos de perfiles de aluminio o acero, proporcionan una guía física para el movimiento de la impresora. Deben estar rectos y alineados correctamente para evitar desviaciones en los movimientos.
  • Cualquier deformación o desalineación en los ejes puede resultar en impresiones desalineadas o con defectos de precisión.

Para mejorar la precisión de la impresión 3D, es importante mantener y calibrar regularmente los motores, las correas y los ejes. Además, utilizar componentes de alta calidad y evitar vibraciones externas también contribuye a una mejor precisión.

Mantenimiento y ajustes para optimizar las partes móviles

El mantenimiento y los ajustes adecuados de las partes móviles de una impresora 3D son esenciales para garantizar un rendimiento óptimo y una alta precisión en las impresiones. Algunos consejos y pasos para optimizar estas partes son:

  • Limpieza regular: limpia regularmente las partes móviles, como los ejes y las guías, para eliminar el polvo y los residuos que puedan acumularse con el tiempo. Usa un cepillo suave o aire comprimido para hacerlo.
  • Lubricación: aplica lubricante adecuado en los puntos de fricción, las guías o varillas, y poca cantidad en los husillos.
  • Tensión de correas: asegúrate de que las correas estén correctamente tensadas, ya que una tensión inadecuada puede causar movimientos inexactos
  • Poleas y rodamientos: inspecciona las poleas y los rodamientos para asegurarte de que estén en buen estado y no presenten desgaste. Reemplaza las piezas si es necesario.
  • Verificación de holguras: comprueba que no haya holguras en las partes móviles, como los carros que sostienen el cabezal de impresión. Asegúrate de que todo esté ajustado correctamente para evitar movimientos no deseados.
  • Nivelación de la cama: mantén la plataforma de construcción nivelada y correctamente ajustada para asegurar una primera capa uniforme y una buena adherencia. Ajusta los tornillos de nivelación según sea necesario.

5. Varillas y rodamientos: su papel en la movilidad y estabilidad

Las varillas y los rodamientos son componentes clave en una impresora 3D que se utilizan para el movimiento suave y preciso de los ejes, lo que es esencial para la precisión y la calidad de las impresiones. Aquí te explico qué son y para qué sirven:

Varillas (o barras guía)

  • Son barras generalmente cilíndricas y rígidas que se utilizan para proporcionar una guía lineal y soporte estructural para los componentes móviles. Por lo general, se usan en los ejes X, Y y Z de la impresora.
  • Sirven como guías para los carros o las partes móviles que se desplazan a lo largo de ellas. Mantienen estos componentes alineados y evitan que se desvíen durante la impresión.
  • Suelen estar hechas de acero inoxidable o cromado para minimizar la fricción y proporcionar una superficie lisa y duradera sobre la cual los rodamientos pueden deslizarse.

Rodamientos lineales

  • Junto con las varillas, sirven para permitir un movimiento suave y sin fricción de los carros o partes móviles a lo largo de las guías.
  • Pueden ser de diferentes tipos, como rodamientos de bolas lineales o rodamientos de POM para moverse sobre los perfiles de aluminio.
  • También ayudan a distribuir las cargas y las fuerzas de manera uniforme a lo largo de las varillas, lo que evita deformaciones y garantiza una mayor precisión en el movimiento.

7. Husillos: controlando el movimiento vertical con precisión

Los husillos son componentes mecánicos que se utilizan para controlar y ajustar la posición vertical de la plataforma de construcción o la cama caliente en las impresoras CoreXY, y para desplazar el Eje X de forma vertical en las impresoras 3D Cartesianas

Se trata de varillas roscadas que están conectadas a la plataforma de construcción de la impresora 3D y que pueden girar para mover la plataforma hacia arriba o hacia abajo. Por lo general, tienen una rosca continua o un patrón de rosca helicoidal que se conecta a un motor paso a paso o un motor de corriente continua (DC) en la parte inferior de la impresora.

Los husillos permiten un control preciso de la altura durante la impresión. Al girar el husillo en un sentido u otro mediante el motor, se eleva o desciende la plataforma en incrementos muy pequeños y controlados, lo que permite el depósito de cada capa de manera precisa.

8. La importancia de la cama caliente en la impresión 3D

La cama caliente desempeña un papel fundamental en la calidad y el éxito de las impresiones. Su principal función es calentar la superficie sobre la cual se deposita el material de impresión, lo que facilita:

  • Adhesión y prevención de deformaciones: una de las ventajas más significativas de una cama caliente es que ayuda a mejorar la adherencia entre el material de impresión y la superficie de construcción. Cuando la cama se calienta a la temperatura adecuada, el material se adhiere mejor y es menos probable que se desprenda o se deforme durante la impresión.
  • Reducción del warping (deformación): al calentar la cama, se reduce significativamente el riesgo de que el material de impresión, se enfríe y se contraiga demasiado rápido, lo que puede causar deformaciones en las esquinas o en las partes elevadas de la impresión. La cama caliente mantiene una temperatura constante y uniforme en toda la superficie de construcción, lo que minimiza el warping.
  • Superficies de construcción versátiles: las camas calientes suelen estar diseñadas en una variedad de superficies de construcción, como vidrio, placas magnéticas flexibles con superficies lisas o rugosas. Esto permite a los usuarios elegir en cada momento la superficie más adecuada para el material de impresión y el tipo de impresión que desean realizar.
  • Mejora de la calidad de la primera capa: una primera capa uniforme y bien adherida es crucial para una impresión 3D exitosa. La cama caliente garantiza que la primera capa se coloque de manera precisa y uniforme, lo que influye en la calidad general de la impresión.
  • Impresión de materiales diversos: algunos materiales, como el ABS y el PETG, requieren una cama caliente para una adhesión adecuada. Sin ella, sería difícil imprimir con estos materiales de manera efectiva.
  • Menos necesidad de adhesivos adicionales: con una cama caliente bien configurada, es posible prescindir de la aplicación de adhesivos adicionales.

9. Pantalla

La pantalla permite al usuario interactuar con la impresora, ajustar la configuración y monitorear el progreso de la impresión de manera intuitiva.

Por lo general, es a través de la pantalla por donde se accede al USB o tarjeta SD para seleccionar nuestros objetos laminados y proceder a la impresión.

También es a través de la pantalla donde podremos mover los ejes, configurar temperaturas, flujo, insertar o extraer el filamento, aumentar la velocidad durante la impresión, etc… Las opciones disponibles varían en función del modelo de la impresora 3D.

10. (opcional) Cerramiento, Enclosure o Cubierta

Algunas impresoras 3D vienen con un cerramiento o enclosure. Una impresora cerrada permite conservar el calor de la zona de impresión, lo que resulta realmente útil cuando se va a imprimir filamentos con mucha contracción como el ABS o el Nylon, que requieren de una temperatura de base alta y que ésta permanezca estable a lo largo de la impresión.

Cubierta Creality Serie Ender
Cubierta Creality para impresora 3D

Además, se puede adquirir un enclosure para impresora 3D por separado, para el caso de impresoras 3D abiertas. De estas forma, se facilita la tarea de imprimir materiales técnicos que requieran de una temperatura estable de la cámara de impresión.

Comprender estas partes esenciales de una impresora 3D te ayudará a aprovechar al máximo esta tecnología. Desde el extrusor hasta los drivers, cada componente trabaja en armonía para convertir los diseños en objetos tangibles.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *