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Cómo empezar con la impresión 3D

Scott Crawford
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Scott Crawford, miembro de la junta directiva de SimGHOSTS, explora el potencial transformador de la impresión en 3D para los técnicos de simulación. Destacando sus inicios en los años 80 y su evolución hacia dispositivos domésticos accesibles, este artículo subraya la facilidad de crear prototipos con software CAD. La continua colaboración de SIMZINE y SimGHOSTS tiene como objetivo profundizar en temas relacionados con la tecnología de la simulación, haciendo hincapié en la creciente accesibilidad y utilidad de la impresión 3D en este campo.

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Las impresoras 3D son dispositivos capaces y funcionales que pronto serán básicos en el arsenal de todo aficionado y manitas. El concepto de diseñar y trabajar con software de diseño asistido por ordenador (CAD) y crear tus propios modelos prototipo puede parecer intimidante para muchos, pero el concepto parecerá rápidamente mucho más accesible una vez superado el obstáculo de realizar su primera impresión.

Introducción

El concepto de impresión en 3D comenzó a mediados de la década de 1980, cuando el fundador de 3D Systems creó una máquina para la creación rápida de prototipos de piezas. Basada parcialmente en el concepto de cálculo de integrales, la tecnología de prototipado rápido se basa en la creación de finas capas de material aplicadas secuencialmente para aproximarse a una estructura sólida. Sólo en la última década la tecnología ha avanzado en términos de capacidad y precio para ofrecer dispositivos domésticos y de consumo. En las impresoras 3D actuales, un filamento (normalmente plástico) se funde al pasar por una boquilla calentada y se dirige y aplica a un ritmo controlado para perfilar y formar estas capas. Como estas capas se enfrían y solidifican tan rápidamente y se dirigen con una precisión medida en micras, es posible crear piezas móviles y articuladas en una sola impresión. Productos que de otro modo serían difíciles de fabricar o caros de crear como prototipos son sencillos y rápidos de crear y probar.

Las impresoras domésticas suelen utilizar plástico PLA o ABS como filamento. Algunas máquinas son capaces de utilizar metales y cerámica, pero no suelen ser para uso doméstico.

Ácido poli láctico (PLA): Imprime a 200 Celsius, es biodegradable con bajo riesgo de emisión de humos y es de bajo coste. El PLA es el material más utilizado para las impresoras domésticas.

Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): Imprime a 230 Celsius, tiene una vida útil más larga que el PLA, es duro y muy duradero. El inconveniente es que tiene una base de aceite, requiere ventilación durante la impresión y es menos respetuoso con el medio ambiente. El ABS también se utiliza habitualmente, pero más para piezas en las que se requiere durabilidad.

Otra mejora disponible incluso en las impresoras de uso doméstico es la capacidad de imprimir en más de un color o tipo de material. Este tipo de impresoras se conocen como dispositivos de doble extrusor. Otro tipo de material que puede utilizarse junto con los anteriores en un dispositivo de extrusor dual es el poliestireno de alto impacto (HIPS). Este material puede imprimirse para soportar una estructura que no tenga una capa sólida, como un saliente o una estantería, y puede disolverse una vez finalizada la impresión.


Proceso de impresión

Diseño

Para empezar, hay que diseñar u obtener un modelo 3D. Puede crear el suyo propio utilizando sitios web gratuitos como Tinkercad.Este sitio permitirá crear formas superponiendo muchas formas geométricas predefinidas y de uso común en una cuadrícula 3D. Cada forma puede dimensionarse o girarse. Se pueden juntar y agrupar varias piezas para formar formas más complejas y también se puede hacer de cada forma un «agujero» o un «negativo» para eliminar partes de la forma y conseguir la forma planeada. Unas horas de ensayo y error le ayudarán a entender mejor el concepto, y en la página web encontrará vídeos explicativos y guías. Los diseños pueden guardarse como archivos con extensión .obj o .stl.

Si no tienes tiempo o ganas de construir tu propio archivo CAD, Internet y los sitios web de código abierto como Thingiverse pueden tener un diseño listo para ti. Este sitio permite a la gente compartir sus diseños con el mundo de forma gratuita. Las búsquedas rápidas de términos como «corazón» revelan más de 5.000 modelos, con diseños que van desde relicarios hasta modelos completos de anatomía cardiaca.

Renderizado con software

Una vez diseñado o descargado el archivo CAD, el software debe convertirlo en una serie de finos cortes y conexiones geométricas para perfilar el diseño. Aunque podría producirse una estructura sólida, sería pesada, tardaría mucho tiempo en imprimirse y requeriría mucho material. Algunas impresoras tendrán un software diseñado para trabajar exclusivamente con ellas, como la Cube de 3D Systems, mientras que otras se conectarán con un programa de terceros. Uno de estos programas es Slic3r. Slic3r convertirá el archivo .stl o .obj en el código que utiliza la impresora para controlar el movimiento de la boquilla en el espacio 3D y controlar la ubicación y la cantidad de material que debe avanzar por la boquilla. Este conjunto de instrucciones para la impresora se denomina código G. Aunque suena complejo, y lo es, este proceso se ha automatizado para ti gracias al trabajo de diseñadores de software, matemáticos e ingenieros, y vuelve a estar disponible gratuitamente a través del desarrollo de software de código abierto. Aunque el proceso está automatizado por el software, el uso inicial requerirá alguna entrada del usuario para que el software sepa cómo escribir el código para su sistema. Los elementos más comunes que deberán introducirse son el tamaño de la «cama» (las dimensiones del área de la impresora 3D), la temperatura (o al menos el tipo de material) que utilizará para tu impresión, la densidad de la pieza que deseas imprimir (a menudo se introduce como un porcentaje, siendo un 10-20% lo suficientemente fuerte para la mayoría de los diseños), el grosor de las capas (esto afectará a la velocidad de impresión y a la suavidad del producto final) y el tipo de «relleno» (la forma de la parte interior, de baja densidad, del diseño). El «relleno» es de menor importancia para la mayoría de los modelos, y se refiere a la forma interconectada de cuadrados o hexágonos que se ponen en lugar de la estructura sólida del diseño y permite la menor densidad de material.


Impresión de un archivo de código G

El archivo de código G debe enviarse a la impresora. Algunas impresoras tienen un puerto de tarjeta de memoria directamente en la placa de control que puede utilizarse para cargar el archivo de código G; otras se conectarán al ordenador mediante un cable USB, y algunas incluso se conectarán a través de una conexión de red local o inalámbrica. Las instrucciones del fabricante de su impresora le ayudarán a realizar esta conexión.

Aunque existen docenas de fabricantes de impresoras 3D, algunos con programas de diseño e interfaz patentados, la opinión predominante sobre las impresoras 3D es que deben ser baratas, contar con un buen soporte y ser accesibles. Por ello, existen varios programas que agilizan los procesos mencionados.

Repetier-Host y Cura son dos de estos programas. Estos programas tienen la capacidad de importar un archivo CAD, cortar el archivo, escribir el código G para la impresora, enviar el código G directamente a la impresora conectada e iniciar y detener la impresión directamente desde el software.

¿Cómo empezar?

Selecciona una impresora 

Las impresoras de iniciación están disponibles desde ~200 $ hasta 800 $, siendo la mayoría de las diferencias el tamaño de la cama de impresión, los tipos de material que se pueden utilizar y el apoyo del software y los recursos de la comunidad. Los productos de marca como la MakerBot Replicator+ (2.499 $) se venden con un sobreprecio, pero son fáciles de usar y están bien diseñados. Un producto como la Anet A8 (170 $) puede aparecer bajo varios nombres al intentar buscar información, lo que dificulta la asistencia, y debe montarse por completo antes de su uso (preve al menos entre 6 y 8 horas).

Solución rápida de problemas

Si tu impresora tiene problemas, dos problemas comunes están relacionados con la nivelación de la cama y el avance del filamento.

Nivelación de la cama – Cada impresora debería tener alguna forma de ajustar la altura y el nivel de la cama de impresión. Es probable que este ajuste pueda realizarse con una pequeña llave de media luna o Allen. Una cama de impresión correctamente ajustada tendrá la boquilla a la misma altura en toda la superficie de la cama de impresión y debería tener un hueco de sólo el grosor de un trozo de papel.

Avance del filamento – Cuando la impresora empieza a imprimir, debería hacer un pequeño contorno de material para cebar la boquilla y prepararse para imprimir. Si esto no ocurre, es posible que el filamento esté roto o no esté en contacto con el mecanismo de avance. Puede que sea necesario ejercer presión manual, o ayudarse de unos alicates, para enganchar el filamento en el mecanismo de avance. Esto puede realizarse mejor durante un ciclo de mantenimiento o incluso al comenzar la impresión.

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Scott Crawford
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Scott Crawford

MD, CHSOS-A Associate Professor - TTUHSC El Paso; Executive Director - Training and Educational Center for Healthcare Simulation (TECHS) View all Posts

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