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Impresión 3D por FDM: Ventajas de usar distintos tamaños de boquilla

Hoy vamos a hablar de las ventajas de usar distintos tamaños de boquilla para obtener diferentes resultados en nuestras piezas impresas.
 
La mayoría de las impresoras FDM tienen boquillas de 0,4 mm, lo cual es un buena medida si consideramos que la velocidad de impresión y el nivel de detalle que se consiguen son óptimos y estándar.
 
Pero vale la pena probar otras medidas. Cambiar la boquilla es fácil y solo lleva unos minutos. Y usar diferentes tamaños de boquillas puede darnos diferentes ventajas.
 
Sin embargo, una encuesta realizada por Prusa arrojó que solo un 20% de los usuarios indicaron haber probado alguna vez una boquilla diferente. Es como comprar una cámara réflex y nunca cambiar la lente. Funciona, pero estamos limitándonos un poco.
 

 
Esto es lo que ya sabemos: Con una boquilla más pequeña -es decir, de menor diámetro- podemos incrementar el nivel de detalle con un tiempo mayor de impresión. Y con boquillas de tamaños mayores podemos imprimir más rápido pero con menor detalle.
 
Bueno, las cosas no siempre son tan sencillas. Con varios ejemplos reales vamos a analizar cuándo es conveniente usar cada boquilla.
 
Pero primero tenemos que tener bien clara la relación entre el diámetro de la boquilla y la altura de la capa.
 
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¿Cómo se relacionan el diámetro de boquilla y la altura de capa?
 
El diámetro de la boquilla limita la máxima altura de capa que podemos imprimir con ella.
Una buena regla es mantener siempre la altura de capa por debajo del 80% del diámetro de la boquilla.
Si superamos ese valor las capas dejarán de pegarse bien entre sí, porque la boquilla ya no estará haciendo presión con la capa actual sobre la capa inferior.
 
Modificar el diámetro de la boquilla afecta a la resolución casi exclusivamente en el plano horizontal, que es paralelo a la base de impresión.
 
En cambio, modificar la altura de la capa afecta a la resolución vertical, por lo que el resultado se manifiesta principalmente en los laterales y en las superficies inclinadas.
 
El tiempo
 
La impresión 3D no es un proceso muy rápido. Una pieza de unos pocos centímetros puede tardar horas en imprimirse.
 
Por eso es bastante sorprendente el hecho de la mayoría de las personas no considere imprimir con boquillas más grandes.
 
Las boquillas más grandes depositan perímetros más anchos. Lo que significa que para lograr el mismo espesor de pared se necesitarán menos perímetros.
 
Además, una boquilla con un diámetro más grande también permite hacer capas de mayor altura.
 
Al combinar estos dos efectos se logra una reducción significativa del tiempo de impresión.
 
Sin embargo, imprimir una pieza en “modo espiral” con un solo perímetro demora lo mismo sin importar el diámetro de la boquilla, ya que la impresora tiene que realizar exactamente los mismos movimientos.
 
¿Cómo imprimir más rápido?
 
Antes de ver cómo lograr impresiones más rápidas, comencemos viendo qué pasa si usamos una boquilla de 0,25 mm de diámetro, considerablemente más pequeña que la estándar de 0,4 mm.
 
Como vimos antes, un menor diámetro incrementa la resolución en el plano paralelo a la base de impresión, por lo que es ideal para imprimir texto de pequeño tamaño.
 
Por ejemplo, algunas de las letras de esta tarjeta son demasiado pequeñas para la boquilla de 0,4 mm.
 
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Pero con la boquilla de 0,25 mm todas las letras se imprimen completas y son legibles. Y cambiar la altura de capa no tiene ningún efecto en la calidad de impresión en este caso.
 
Otra aplicación para las boquillas pequeñas es la impresión de piezas de joyería. Con una boquilla de diámetro chico obtenemos líneas finas más definidas y menos huecos en la capa superior.
 
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¿Y qué pasa si queremos imprimir miniaturas?

 
A decir verdad, la boquilla estándar de 0,4 mm ya imprime bastante bien. La diferencia entre estos dos cofres es imperceptible.
 
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Donde veremos mejoras es en los soportes. Los soportes impresos con una boquilla menor son más finos, más fáciles de retirar y dejan menos marcas en la pieza impresa. Esa es la razón por la que este goblin tiene mejor aspecto hecho con una boquilla de 0,25 mm.
 
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Desventajas de usar una boquilla más pequeña
 
Para comenzar, el tiempo de impresión se incrementa con respecto a una boquilla de 0,4 mm. La impresora tiene que realizar más movimientos para depositar la misma cantidad de filamento.
 
Por ejemplo, para hacer una pared de 2 mm de espesor hacen falta 8 perímetros en lugar de los 5 que deberíamos hacer con una boquilla de 0,4 mm. También se incrementa el riesgo de que el filamento se atasque. Las partículas de polvo y otras impurezas que pasan sin dificultad por una boquilla de 0,4 mm pueden quedar atascadas en una boquilla de 0,25 mm. Eso implica que no podremos usarla con filamentos cargados de partículas, como madera o metal.
 
Resumiendo, obtenemos mayor resolución en el plano XY, mejor impresión de texto, joyería y logos. Y es más fácil retirar los soportes.
 
Pero se incrementa el tiempo de impresión, hay mayor riesgo de atascos, y menor gama de filamentos con los que imprimir.
 
¿Y si elegimos una boquilla mayor a 0,4 mm?
 
La boquilla de 0,6 mm puede resultar más interesante que las más pequeñas.
 
Si nuestro modelo no tiene detalles finos, será casi imposible notar la diferencia entre una boquilla de 0,4 mm y una de 0,6 mm. Sin embargo, estaremos reduciendo varias horas el tiempo de impresión.
 
Para hacer este macetero se ahorraron tres horas manteniendo la misma altura de capa para hacer una comparación justa.
 
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Recordemos que con una boquilla de 0,6 mm podemos imprimir con mayores alturas de capa y ahorrar aún más tiempo.
 
Esta lámpara Voronoi se hizo casi 9 horas más rápido que con una boquilla de 0,4 mm. Y estas figuras de la muerte tardaron las dos tres horas en imprimirse empleando la misma altura de capa. Podemos deducir cuál de las dos fue impresa con la boquilla de 0,6 mm.

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En conclusión, se imprime más rápido y sin que haya un descenso en la calidad de impresión.
 
Otra ventaja
 
En los tests de resistencia al impacto, las piezas impresas con la boquilla de 0,6 mm absorbieron un 25% más energía que las impresos con la boquilla de 0,4 mm.
 
Las pruebas se hicieron con una media de 10 muestras, ignorando el mayor y el menor valor de cada serie. Por eso hay 8 muestras en este gráfico.
 
Y un par de desventajas
 
Por supuesto, los pequeños detalles como las letras quedan peor con la boquilla de 0,6 mm. Y los soportes son más difícil de retirar, lo que supone uno de los principales inconvenientes.
 


 
Resumiendo, con una boquilla de 0,6 mm podemos imprimir hasta el doble de rápido, con una calidad parecida a la que se obtiene con una boquilla de 0,4 mm. Las piezas resultantes son más resistentes y hay bajo riesgo de que la boquilla se atasque. Pero obtenemos peores resultados en los detalles finos y es más difícil retirar los soportes.
 
¿Qué pasa si usamos una boquilla aún mayor?
 
¿Un milímetro? Sí.
 
Si nuestro modelo tarda muchas horas en imprimirse, con la boquilla de 1 mm podremos terminar en una o dos horas. Será posible hacer capas de medio milímetro o más. Y no siempre las piezas lucirán horribles. Aunque es cierto que su acabado es diferente, en algunas piezas esto queda bien.
 
Este lapicero tardó 11 horas en imprimirse con una boquilla de 0,4 mm. Este otro se imprimió en 1 hora y 40 minutos.
 

 
Hay otra sorprendente ventaja al imprimir con una boquilla de 1 mm: Todas las esquinas se redondean automáticamente. Lo cual es ideal, por ejemplo, para imprimir juguetes infantiles.
 
¡Y se pueden imprimir 5 dinosaurios como estos en el tiempo que imprimiríamos uno solo con una boquilla de 0,4 mm!
 
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Las piezas de un solo perímetro impresas en filamento transparente tienen una apariencia interesante y hacen que la luz se refracte de una manera particular.
 
Pros y contras
 
Resumiendo, con una boquilla de 1 mm podemos imprimir muy rápido piezas con mayor resistencia y una apariencia diferente caracterizada por capas muy altas. Y con prácticamente cero riesgo de atasco en la boquilla.
 
Pero los objetos carecerán de detalle, las capas serán muy visibles (lo cual se suele querer evitar), los soportes serán difícil de retirar, y el filamento parecerá que desaparece de la bobina por la cantidad empleada.
 
Aquí podemos ver el video completo:
 

 
 

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