Fabricación de objetos 3D (A3C31C2D05)

Impresión 3D

Historia Impresión 3D

La impresión 3D ha revolucionado la forma en que fabricamos objetos, permitiendo la creación de prototipos, herramientas y piezas personalizadas de manera rápida y eficiente. Una parte fundamental del proceso de impresión 3D es la exportación de modelos 3D en formatos adecuados para su posterior impresión. En esta primera página, exploraremos los formatos de exportación admitidos por impresoras 3D, así como las aplicaciones y herramientas utilizadas para la impresión.

Tendemos a pensar que la impresión 3D es algo puramente actual, pero en realidad la impresión 3D se remonta a la década de 1980, cuando el concepto de fabricación aditiva comenzó a tomar forma. En 1984, Chuck Hull, un ingeniero estadounidense, inventó el proceso de estereolitografía (SLA), que se considera el primer método de impresión 3D. La SLA permitía crear objetos tridimensionales capa por capa, utilizando fotopolímeros sensibles a la luz ultravioleta. A medida que avanzaron los años, otras técnicas de fabricación aditiva, como la fusión por deposición de material (FDM) y la sinterización selectiva por láser (SLS), fueron desarrolladas y comercializadas.

¿Cómo imprimimos en 3D?

Cuando queramos imprimir algo en 3D habrá dos cosas que necesitaremos principalmente. Lo primero, sería el soporte hardware, es decir, una impresora 3D. Por otro lado, necesitaremos una pieza 3D compatible con la impresión. En cuanto al hardware, es importante saber que existen principalmente dos tipos de impresora: impresoras de resina e impresoras de filamento.

• La impresión 3D por filamento, también conocida como FDM (Fused Deposition Modeling) o FFF (Fused Filament Fabrication), es uno de los métodos más comunes y accesibles de impresión 3D. En este proceso, un filamento termoplástico, generalmente PLA o ABS, es calentado y extruido a través de una boquilla. El material fundido se deposita capa por capa para construir el objeto 3D. El modelo se imprime sobre una plataforma de construcción que se mueve en ejes X, Y y Z. Una vez depositada una capa, la plataforma desciende y se inicia la impresión de la siguiente capa.
  
  
• La impresión 3D por resina, también conocida como SLA (Stereolithography) o DLP (Digital Light Processing), es una tecnología de impresión 3D basada en resina líquida fotosensible. En este proceso, un láser o un proyector DLP expone selectivamente la resina líquida, causando que se solidifique capa por capa. A diferencia de la impresión por filamento, donde se construyen objetos mediante la deposición de material fundido, la impresión por resina crea objetos sumergiendo una plataforma en la resina y elevándola de manera controlada a medida que las capas se solidifican.

En resumen, utilizaremos una impresora de filamento cuando no queramos un gran nivel de detalle, pero si queramos una pieza grande, robusta, con un gran nivel de acabado superficial o destacar detalles pequeños de una pieza, entonces deberíamos elegir resina. También cabe destacar que el filamento es la opción más popular debido a su fácil uso.

En este documento nos centraremos sobre todo en la segunda opción, pues las impresoras 3D son un mundo muy extenso y nosotros nos vamos a dedicar a ampliar y aplicar la formación anterior que tenemos sobre editores 3D, en este caso para poder darle una forma física a lo que hemos aprendido a modelar. Aprenderemos ciertas pautas y formatos que debemos seguir si queremos que nuestro objeto 3D pase a nuestro mundo como un objeto físico similar al que nos habíamos imaginado

Preparación del Modelo 3D para Impresión

La impresión 3D implica más que simplemente cargar un modelo en la impresora. En este punto profundizaremos en el proceso de preparación del modelo, los ajustes de impresión necesarios y los pasos para llevar a cabo la impresión en sí.

Antes de imprimir, el modelo 3D debe ser preparado para asegurar que esté listo para la fabricación aditiva. Esto implica la revisión del modelo, la detección y corrección de errores geométricos, y la realización de ajustes para garantizar la estabilidad del objeto durante la impresión. Asimismo, se pueden agregar estructuras de soporte para aquellos diseños que lo requieran. Estos cambios antes de la impresión los podríamos dividir en dos fases, la fase del editor y la fase del software de impresión.

Fase edición

Dentro de un editor, como sería en nuestro caso Blender, debemos tener bastantes cosas en cuenta. A continuación, dejaremos unas pautas:

• Debemos verificar que nos ajustarnos a las dimensiones y escala reales. Si bien esto es algo que podremos corregir a posteriori como veremos en el software de impresión 3D, a la hora de diseñar una pieza que deseamos imprimir debemos tener muy en cuenta el tamaño de nuestra impresora para no pasarnos si no queremos dividir el modelo en trozos e imprimirlo en fases.
  
  
• Debemos optimizar al máximo el número de vértices y polígonos. Limpia y optimiza la geometría de tu modelo. Elimina geometría innecesaria y evita triángulos y ngons (polígonos de más de cuatro lados) ya que pueden causar problemas durante la impresión.
  
  
• Debemos verificar la orientación. Asegúrate de que la orientación del modelo sea adecuada para la impresión. La base del modelo debe estar plana y en contacto con la superficie de impresión. Evita salientes excesivamente pequeños o estructuras muy delgadas, ya que pueden ser difíciles de imprimir.
  
  
• No debemos colocar elementos flotantes. Si tu modelo tiene piezas móviles o elementos separados, asegúrate de que estén conectados adecuadamente para evitar problemas de impresión y ensamblaje posterior.
  
  
• No debemos usar caras totalmente planas. En el mundo real, no existen los objetos totalmente planos, y esto es algo que debemos tener en cuenta pues las impresoras 3D imprimen objetos sólidos, por lo que asegúrate de que tu modelo tenga un espesor adecuado en todas las partes. Si tu modelo es solo una superficie, conviértela en un objeto 3D sólido mediante el modificador Solidify en Blender.
  
  
• No debemos solapar piezas. Asegúrate de que las partes del modelo no se superpongan, ya que esto puede causar problemas de impresión y dar lugar a piezas fusionadas o distorsionadas.

Otro consejo que deberíamos tener en cuenta sería exportar siempre los archivos en los formatos estándar STL y OBJ que trabajan bien con cualquier software de impresión 3D.

En esta captura podemos observar un modelo listo para impresión en Blender. Todas las piezas están a nivel del suelo con lo que no solo no tenemos piezas flotantes, sino que además hemos conseguido en una misma impresión más piezas. Cabe añadir que es aconsejable tener activada la vista de renderizado ya que, aunque el color no se imprimirá, puede ser interesante tenerla para que nos sirva de guía.

Fase software impresión

Tomaremos como software predefinido CURA, una aplicación diseñada para impresoras 3D gratuita, en la que se pueden modificar los parámetros de impresión y después transformarlos a código G, el necesario para cualquier archivo destinado a ser imprimido.

Lo primero que se debe hacer al abrir CURA sería seleccionar el perfil de impresora correspondiente y cargar tu modelo 3D en formato STL u OBJ. Luego, ir a la pestaña “Preparar” (Prepare). Tras esto tendremos muchos parámetros a modificar como la velocidad de impresión, espesor o temperatura de la cama, que de momento dejaremos en su estado predeterminado pues por defecto nos servirán para cualquier primera pieza que deseemos imprimir

Esta sería la primera impresión que tendríamos del programa CURA una vez importado el modelo. Podemos observar que para mover el modelo tenemos las mismas herramientas que en cualquier otro editor 3D. También a la derecha podemos observar las opciones mencionadas en el párrafo anterior.

También puedes agregar estructuras de soporte desde la pestaña “Soporte” (Support) si tu modelo lo requiere porque hayamos dejado alguna pieza alejada del cuerpo principal o no hayamos hecho caso a la pauta de no dejar partes “flotantes”. Revisa la vista de capas para asegurarte de que todo esté en orden. Tras esto, nos aparecerá una estimación de tiempo y si hemos ajustado el filamento o resina que vamos a usar y su precio. Si alguna de estas dos opciones no fuera correcta, podríamos modificar los parámetros de modo que estas dos bajen (tiempo y precio). Finalmente, guarda el archivo G-code. Este archivo contiene las instrucciones específicas para tu impresora y es el que utilizarás para la impresión.

Con el slice ahora podremos ver que (efectivamente) se nos calcula el tiempo y el precio (siempre que tengamos este precisado en preferencias). También podemos consultar una estimación precisa de cuánto tiempo ocupará cada proceso de la impresión detallado de forma sencilla.

No obstante, antes de imprimir la pieza que deseas, podrías probar a imprimir una versión más pequeña y comprobar si ésta ha salido con algún desperfecto que puedas corregir antes de imprimir la versión completa.

Comprobando defectos en el apartado de preview con el anterior modelo, hemos podido comprobar que la forma óptima de imprimir el modelo era en horizontal, creándose así solo soportes para los retrovisores y facilitando el trabajo post impresión.

Antes de terminar este punto, nos gustaría resaltar que no todo es modelar y preparar el diseño para imprimirlo, también existe un proceso importante post impresión que requerirá tiempo y dedicación para que el modelo quede exactamente como lo tenemos en el ordenador. Las impresoras nunca van a ser 100% precisas pues, como ya hemos comentado, será necesario imprimir soportes que hará falta quitar a mano y dejarán rebabas e imperfectos que se sumarán a otros causados por pequeños defectos que toda impresora tiene. Por eso es importante saber que, a más nivel de detalle que necesites, más trabajo de lijado post impresión y cuidado necesitarás.

Con todo lo visto hasta ahora, ya tendríamos generado un archivo básico para poder imprimir en 3D.

Impresión del modelo

A continuación, abordaremos el proceso de impresión propiamente dicho y algunas consideraciones finales para obtener resultados de calidad y garantizar la seguridad en la impresión 3D. 

Con el modelo 3D preparado y habiendo seguido los pasos definidos en el punto anterior, el proceso de impresión puede comenzar. Durante la impresión, la impresora deposita capas sucesivas del material seleccionado para construir el objeto en 3D. Es esencial supervisar la impresión para detectar problemas potenciales y garantizar un resultado exitoso.

Sobre todo, si utilizamos una impresora de resina, debemos tener en cuenta que la impresión 3D involucra el uso de materiales y procesos específicos que pueden presentar riesgos potenciales si no se manejan adecuadamente. Es importante seguir las pautas de seguridad proporcionadas por el fabricante de la impresora y tomar medidas para evitar lesiones o daños durante el proceso de impresión.

Conclusiones finales

La impresión 3D ha revolucionado la fabricación y ha abierto un mundo de posibilidades en diversas industrias. Con el conocimiento de los formatos de exportación, el software de modelado y las consideraciones de impresión adecuadas, se pueden crear objetos 3D personalizados y funcionales que antes eran difíciles de imaginar.