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Guía de impresión 3D: 2- Qué es FDM

En Trimaker creemos que la tecnología de la impresión 3D debe estar presente en todas las instancias de la enseñanza formal e informal. Porque representa una herramienta clave para desarrollarse en un mundo en el que cada vez es más común el uso de este tipo de tecnologías. Y porque es un instrumento que permite el traspaso del mundo digital al físico, dándole un nuevo sentido al trabajo en una computadora.
 
Por eso, creamos una Guía de impresión 3D para educadores que puede aplicarse y adaptarse a todos los niveles de la enseñanza.
 
Aquí hablaremos sobre la tecnología FDM. Ofrecemos un panorama resumido del contenido de la guía que sirve como referencia y eje para comenzar a hablar sobre este tema. Quienes deseen la versión completa pueden contactarnos a [email protected]
 
TEMA 2
 

¿Qué es FDM?
 
FDM son las siglas de Fused Deposition Modelling, que significa “modelado por deposición de material fundido”. Es una técnica de impresión 3D que consiste en depositar capas planas de material fundido superpuestas entre sí para conseguir un objeto con volumen. Por extensión, se llama impresora 3D por FDM a las impresoras que utilizan esta técnica. Es decir, que imprimen a partir de la fundición de filamento plástico.
 
La tecnología de filamentos es actualmente la más popular y accesible. Además, es la más adecuada para el uso en el aula.
 
Ventajas:
 
– Usa materiales no tóxicos, biodegradables y reciclables.
 
– Es de fácil uso.
 
– Es de fácil instalación e implementación.
 
– Puede verse con facilidad cómo es su funcionamiento.
 
– Es segura para el manejo por parte de personas no profesionales, ya que sus mecanismos y espacios peligrosos (extrusor y cama caliente) quedan protegidos y están señalizados como tales.
 
– Hay bibliotecas de material libre y descargable on-line.
 
Diagrama de una impresora FDM
 
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En esta sección veremos en detalle los componentes de las impresoras FDM y su funcionamiento.
De esta manera, comenzaremos a familiarizarnos con los términos específicos de la tecnología que usaremos de acá en adelante.
 
1- Bastidor y Ejes cartesianos: La impresora trabaja en tres ejes -X, Y y Z- de manera que las capas se dibujarán en X e Y. Luego habrá un desplazamiento en Z equivalente a la distancia de la altura de las capas y comenzará la impresión de la capa siguiente.
Dependiendo del modelo de la impresora, el movimiento en Z podrá ser un desplazamiento de la plataforma de construcción hacia abajo o un desplazamiento del extrusor hacia arriba.
 
2- Plataforma de construcción: Es la superficie sobre la cual se deposita la primera capa de material.
Es fundamental lograr una correcta adhesión del material a la plataforma, ya que de esto dependerá que se construya correctamente la impresión.
La mayor parte de los filamentos necesitan una plataforma calefaccionada que mantenga al material extruido a una temperatura que evite que la pieza se contraiga y se despegue de la base. Si es necesario, sobre la plataforma se aplican sprays adhesivos (como el Roby) que generan una película adherente. O se cubre la superficie de la plataforma con cinta de papel para crear una superficie rugosa.
Dependiendo de la configuración de la impresora, la plataforma se moverá hacia arriba y abajo o hacia atrás y adelante.
 
3- Filamento: Las impresoras FDM utilizan material termoplástico que vienen en bobinas. Los termoplásticos son polímeros que se funden al aplicarles calor.
Los más usados en impresión 3D son el ABS y el PLA, que vienen en una gran variedad de colores.
 
El PLA (Ácido Poliláctico) es un plástico derivado del maíz o la caña de azúcar. Es biodegradable y su comportamiento y resistencia son similares a los del PET. En la industria, el PLA se usa para realizar envases para alimentos. Es óptimo para imprimir en el aula, ya que es uno de los plásticos que presenta menos dificultades durante el proceso, además de no ser tóxico.
 
El ABS es un material muy usado en los objetos cotidianos. Es de lo que están hechas las carcasas de los productos electrónicos, como los monitores y los controles remotos, entre otros. Se caracteriza por ser resistente a los golpes y, en impresión 3D, se recomienda para piezas que busquen tener resistencia mecánica como, por ejemplo, un engranaje.
 
4- Extrusor: El extrusor funciona de una manera muy similar a una pistola de silicona. Tiene un orificio por el que se introduce el filamento plástico, que es empujado por una rueda tractora hacia la zona de calentamiento para finalmente salir por una boquilla varias veces más chica que el diámetro original.
En impresión 3D se usan dos diámetros de filamento: 3 mm y 1,75 mm.
Cada impresora usa solamente uno de estos diámetros y debería estar especificado en los datos técnicos del fabricante. La Trimaker Cosmos, por ejemplo, usa filamento de 1,75 mm.
 
a) Resistencia: Se ocupa de calentar el barril del extrusor para fundir el filamento.
 
b) Recubrimiento aislante: Evita que el filamento se adhiera al conducto y tape el extrusor.
 
c) Boquilla de extrusión: Reduce el diámetro del filamento, que es de 3 mm o de 1,75 mm dependiendo de la máquina que se use. Es por donde saldrá el filamento a lo largo de la impresión y lo que definirá el ‘trazo’ con el que se dibujará cada capa.
El diámetro estándar de la boquilla suele ser de 0,4 mm, pero pueden encontrarse también boquillas de 0,1 mm a 1 mm. Cuanto mayor sea el diámetro de la boquilla, menor será la definición y mayor será la velocidad de impresión. Esto solo modificará la definición en X e Y, que es dónde veremos los trazos de la boquilla, pero no será tan influyente en la definición en Z.
Si se necesita usar la impresora para piezas que no tengan detalles muy pequeños en su cara superior, podría ser conveniente usar una boquilla más grande. Mientras que si tenemos una pieza sumamente detallada convendrá usar una boquilla de menor diámetro a pesar del mayor tiempo de impresión para sacar más provecho de la herramienta.
 
5- Pieza impresa: Se construye sobre la plataforma y queda adherida a ella hasta que su temperatura baja a temperatura ambiente. Una vez fría, la pieza se desprende sola de la plataforma y está lista para usar o darle terminación.
 

Uso de la impresora

 
Antes de empezar, asegurarse de tener los siguientes elementos:
 
– Hoja de calibración (por ejemplo, un post-it o una hoja de computadora).
 
– Fijador de pelo Roby o similar para mejorar la adherencia.
 
– Suficiente filamento para la impresión que se desea hacer.
 
– Tarjeta SD con una pieza lista para imprimir.
 
Calibración: Al comenzar una impresión, la primera capa de material debe estar bien adherida a la plataforma de construcción. Para lograr esto, debemos calibrar la distancia entre la boquilla y la placa de construcción para que sea igual a lo largo de toda su superficie. Además, debe procurarse que se mantenga una distancia que no sea muy grande ni demasiado pequeña.
Si la boquilla se encuentra alejada de la placa, el material no se va a adherir y va a comenzar a acumularse en el extrusor generando una bola de plástico, pudiendo incluso llegar a romper el extrusor. Por otro lado, si la boquilla está muy cerca de la placa la salida del filamento se bloqueará, la rueda tractora que empuja al material continuará haciéndolo y, al no avanzar, éste rebalsará y se acumulará plástico en los dientes de la rueda.
 
La distancia correcta entre el extrusor y la cama es el espesor de un papel. Éste debe pasar fácilmente entre la placa y la boquilla sin arrugarse o desgarrarse, pudiéndose sentir una pequeña fricción al moverlo. Para regular la cama se utilizan las cuatro perillas ubicadas bajo la misma. Según el sentido en que se giren, se agrandará o se achicará la distancia.
 
Carga de filamento: Cargar o cambiar el filamento es una de las acciones más frecuentes en el uso de la máquina. Esto sucede en tres ocasiones: antes del primer uso, cuando está por terminarse el rollo que tiene cargado la máquina o en el caso de querer usar otro material y/o color.
 
El modo en que se cambia el filamento difiere según la marca y modelo de la impresora, pero todos tienen en común que para cambiarlo debe tenerse en cuenta la temperatura de los materiales.
Por ejemplo, si estamos utilizando ABS, cuya temperatura de fundición es ~ 230°c, tendremos que llevar el extrusor a esa temperatura. Esto suele hacerse por medio del menú del panel de control. Una vez alcanzada la temperatura, se puede retirar el material e inmediatamente colocar el nuevo que se va a utilizar. Si el cambio se va a hacer por otro tipo de material con una temperatura de fundición distinta, necesitaremos, una vez cambiado, modificar la temperatura del extrusor hasta la temperatura del nuevo material elegido.

 
Impresión: Antes de comenzar la impresión, rociar una fina capa de Roby sobre el vidrio procurando no rociar sobre las barras y mecanismos.
Luego, colocar la tarjeta SD y elegir el nombre del archivo que se quiere imprimir.
La impresión puede tardar unos minutos en comenzar.
Durante la impresión, la pantalla mostrará el progreso de la impresión y las temperaturas. Cuando la impresión haya terminado, esperar a que la cama de impresión se enfríe antes de retirar la pieza.
 
PROBLEMAS FRECUENTES
 
Durante la impresión con FDM hay algunos problemas frecuentes que tienen fácil solución. Cada usuario irá conociendo las características de su equipo y podrá ir probando las soluciones para los inconvenientes que se le presenten durante la impresión. Es importante que los alumnos se familiaricen con estos temas, ya que se les presentarán durante el trabajo en el aula. Saber hacer frente a ellos les aportará una ventaja durante el proceso de estudio y, posteriormente, en la aplicación de los conocimientos en el campo laboral.
 
¿Cuáles son los problemas frecuentes en impresión 3D por FDM y cómo solucionarlos? Aquí te lo explicamos.

 
 
GUÍA DE IMPRESIÓN 3D PARA EDUCADORES
 
TEMA 1: ¿QUÉ TECNOLOGÍAS EXISTEN?
 
TEMA 2: ¿QUÉ ES FDM?
 
TEMA 3: MODELADO
 
TEMA 4: SOFTWARE
 
Para seguir formándose, sugerimos la lectura de los siguientes artículos:
 
El primer libro sobre impresión 3D en español.
 
Impresión 3D desde cero.
 
¿Cuánto cuesta imprimir algo en 3D?
 
Si te interesa realizar un curso, aquí encontrarás información al respecto.

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