Hola, muy buenas a todos.
Soy Jorge Crespo Sánchez, investigador predoctoral
aquí en la UNED.
En esta videoclase os quiero acompañar para intentar explicaros
las consideraciones que hay que tener en cuenta para la impresión
3D en FFF o en FDM.
Lo primero que quiero comentaros
es la diferencia que existen entre estos dos términos,
que aunque hacen referencia a la misma tecnología de impresión,
son dos conceptos ciertamente diferentes.
Mientras FDM, Fused Deposition Modeling,
hace referencia al término patentado y desarrollado en 1989
por Scott Crump, cofundador de la empresa Stratasys,
junto a su mujer, Es, como digo, un término patentado
cuya vigencia caducó en 2009.
A partir de ese momento
se acuñó el término de fabricación por filamento fundido,
también conocido como FFF.
Hacen referencia a lo mismo,
pero claro, uno está patentado y el otro no.
FFF es el término que se utiliza generalmente en el ámbito académico,
bibliográfico y más abiertamente.
Para que nos hagamos a la idea del volumen que tiene esta tecnología
de impresión, la empresa,
como he mencionado, Stratasys, es una cotizada en Estados Unidos
y que factura alrededor de unos 600 millones
de dólares anuales.
Teniendo en cuenta esta diferencia terminológica,
vamos a empezar a hablar más de FFF.
Esta tecnología es una tecnología de fabricación aditiva
o de impresión 3D que consiste en extruir un filamento
a través de un cabezal en estado fundido que se va depositando
en las posiciones que nosotros deseamos y que hemos predefinido
anteriormente, como se puede ver en el GIF de la imagen,
a través de un cabezal.
Con esta tecnología lo que conseguimos es obtener piezas
muy variadas, que es uno de sus puntos fuertes
frente a otras tecnologías de fabricación aditiva,
tanto en materiales, formas como propiedades mecánicas
y térmicas.
Aunque se puede utilizar gran cantidad de materiales,
nosotros nos vamos a centrar en los polímeros que tienen
que ser termoplásticos, como veremos en esta videoclase,
ya que los materiales metálicos, cerámicos y polímeros
con diferentes cargas metálicas o cerámicas
ya se han hablado en otras videoclases.
Dentro de estos polímeros, como menciono,
tienen que ser termoplásticos.
¿Por qué?
Porque pasan de un estado sólido a un estado fundido
y luego vuelven a re-solidificar y re-fundir.
Por lo tanto, un termo estable
no podríamos por la propia concepción química de los mismos.
Dentro de esta variedad de materiales vamos a encontrar infinidad,
yendo desde materiales muy flexibles como pueden ser el PLA,
el ABS o el TPU, hasta materiales mucho más técnicos
y con otras propiedades como pueden ser el PIC,
el PEC o el PEI.
Sin embargo, aunque tenemos una gran variedad,
esta tecnología podemos decir que tiene una serie
de ventajas y desventajas frente a otras tecnologías
de impresión 3D.
Una de sus mayores ventajas
es que es un equipo generalmente muy económico,
al igual que los consumibles,
lo que hace que sea fácil o económicamente viable
tener en diferentes sitios.
Además, lo que consideramos que es su gran ventaja
es la variedad que nos permite tanto de materiales
como de equipos y como de piezas obtenidas,
ya que podemos obtener con el mismo material
y la misma máquina piezas mucho más resistentes,
menos resistentes, con mejor acabado superficial
o menor acabado superficial.
Esto se consigue a través de los parámetros
de impresión que nosotros tenemos que tener en cuenta.
A la hora de imprimir siendo éste también la mayor desventaja
ya que tenemos que optimizar muy bien estos parámetros para llegar
a la pieza que nosotros deseamos de la mejor manera
ya que si no tenemos en cuenta la dependencia que tenemos
en estos parámetros podemos obtener diferentes problemas
como puede ser warping tenemos también
que para poder imprimir piezas complejas necesitamos utilizar
soportes que generalmente son materiales solubles.
Que podemos eliminar una vez hecha la pieza a través de ración química
o con un baño en el material apropiado.
Luego, según tengamos estos parámetros,
podemos obtener mejores o peores acabados superficiales,
mayor o menor anisotropía térmica, mayor o menor productividad.
Por lo tanto, es algo que tenemos que tener muy en cuenta a la hora
de imprimir.
Como digo, una de las mayores ventajas
es la versatilidad que tiene, pudiendo ir esta tecnología
para usarse para prototipado funcional rápido,
es decir,
un acabado que no necesitamos que sea muy idóneo,
ya que es un prototipado rápido,
y también utilizarlo para realizar componentes desde muy sencillos
hasta mucho más avanzados o complejos,
pudiendo ir desde piezas muy simples hasta piezas
de utillaje para herramientas más sofisticadas,
ya que, como hemos mencionado antes, tenemos posibilidad de utilizar
polímeros técnicos con unas grandes características para la fabricación.
En esta videoclase,
sobre todo lo que nos queremos centrar es en la importancia
de la elección de estos parámetros a la hora de imprimir.
Estos parámetros dependen tanto de la máquina,
como del material, como del proceso.
En la imagen se muestran algunos de la multitud de parámetros
que existen,
pero que consideramos que son de los más importantes.
Cabe destacar antes de empezar que hay empresas,
impresoras o softwares que permiten modificar todos estos parámetros,
es decir, son de software abierto y hay
otras que tienen más limitaciones, es decir,
que son de software algo más cerrado.
Eso ya dependerá
de la máquina que estemos utilizando en cada momento para la impresión.
Sin embargo,
uno de los parámetros que obviamente más nos influye es
cuánto podemos imprimir, es decir,
cuál es el volumen de impresión que tenemos disponible.
Eso depende totalmente de la máquina,
es decir, de la cavidad interna de la máquina,
tanto su anchura, longitud como altura.
Esto nos da el tamaño máximo de la pieza que podemos fabricar.
Luego, un parámetro también muy importante es el número
y el diámetro de los extrusores.
Generalmente las máquinas de impresión tienen uno,
un extrusor, dos extrusores, generalmente,
aunque hay algunas que tengan alguno más.
Claro, si tenemos solamente un extrusor,
solamente podemos imprimir en un material,
es decir, no podemos hacer soporte
porque luego no lo podemos retirar de manera fácil.
Tendríamos que retirarlo, pues.
Con control numérico o de manera física.
Por lo tanto, el número de extrusores nos limita mucho
la tipología de estructura y el número de materiales
que podemos utilizar.
Además, otro factor importante de estos extrusores es su diámetro,
es decir, tanto el del material que entra
sólido, que suele ser de 1,75 aproximadamente a 2,25,
hasta el diámetro de la boquilla final.
Este diámetro de la boquilla nos da el volumen de impresión
que podemos depositar por minuto.
A mayor diámetro, obviamente, tenemos más volumen.
Sin embargo, tenemos otros problemas.
¿Por qué?
Si emitimos más volumen, el contacto de una capa con la otra
va a ser mucho menor.
Por lo tanto,
la resistencia interlaminar será menor.
Otro parámetro fundamental
a la hora de obtener los mejores resultados posibles
es la temperatura de extrusión del cabezal, la de la cámara
y la de la placa.
La temperatura de extrusión hace referencia a la temperatura
a la que sale el material fundido del cabezal.
Que en el primer contacto con la placa
es lo que nos va a limitar la diferencia de temperatura,
es lo que nos va a limitar la adherencia que tengamos,
es decir, cómo se coloca de bien nuestra pieza
para poder empezar a imprimir hacia arriba.
Si hay mucha diferencia térmica,
lo que vamos a tener es un gradiente térmico
y eso equivale a inestabilidad.
Que cuando termina de solidificar esa capa puede pandear
y hacer lo que se le conoce como warpage,
limitando mucho la adherencia y la forma final de la pieza.
Lo mismo que ocurre con esta diferencia
entre la temperatura de extrusión
y de la placa en las diferentes capas sucesorias
es lo que sucede con la temperatura de la cámara,
ya que cuanta mayor diferencia hay entre la temperatura de la cámara
y de la extrusión, hay mayor gradiente térmico.
Y nos ocurre lo mismo,
que hay menor adherencia entre las capas.
Un parámetro fundamental también es la velocidad de impresión,
que nos dice la velocidad a la que se mueve el cabezal
a la hora de imprimir, que cuanto más alta es,
obtenemos una mayor productividad, entendiendo como el número de piezas
que podemos fabricar.
Sin embargo, disminuye la precisión geométrica
y la adhesión entre capas.
También un parámetro que no se suele tener en cuenta
es el de la velocidad y distancia de retracción, que hace referencia
a cuando el cabezal se mueve dentro de la impresora
sin extruir filamento,
la distancia en la que se introduce nuevamente el material en el extrusor
y a la velocidad que lo hace.
Esto es un parámetro fundamental porque habréis visto
que en muchos casos se quedan como rebabas,
telarañas entre unas piezas y otras, y es por este motivo.
Por este parámetro.
También es muy importante la densidad de relleno,
ya que es la que nos va en mayor parte
a limitar la sección resistente, la rigidez del material y el peso.
La densidad de relleno hace referencia a la cantidad
de material que se deposita o lo densa que es esa pieza,
obviamente.
Si es un 100%
quiere decir que no debe haber huecos y si es un 10%
quiere decir que el 90% de la pieza interiormente es vacío.
Para un prototipado rápido podemos decir
que no queremos una densidad de relleno muy elevada
porque es un mayor consumo de material,
de tiempo y de energía.
Sin embargo, si queremos la pieza lo más resistente posible,
obviamente tenemos que tender hacia densidades
lo más altas posibles.
Luego, la dirección de orientación o de infil habla
de la dirección a la que imprime el cabezal.
Dependiendo de la dirección de impresión podemos tener
mayor o menor anisotropía.
En muchas ocasiones lo que se hace es una capa se imprime
en una dirección y la siguiente en la dirección contraria
para generar la menor anisotropía posible,
es decir, repartir esa anisotropía lo mayor posible y reducirla.
Y finalmente otro parámetro que siempre tenemos
que tener muy en cuenta es la altura de capa.
La altura de capa
es el parámetro que más nos marca la resolución geométrica,
el tiempo de impresión y la resistencia entre capas.
Esta altura de capa lo que nos habla es del espesor en la dirección
Z que tenemos a la hora de imprimir.
Cuanto mayor sea esa altura de capa,
mucho menos tiempo vamos a necesitar,
ya que cada capa ocupa más altura o más espesor, pero peor acabado
vamos a tener, ya que la distancia de solidificación
entre una capa y otra, al tener más distancia a esta parte,
le va a costar más fundir y re-solidificar.
Como podéis ver, estos son algunos de los parámetros que son vitales
a la hora de la funcionalidad de nuestra pieza
y que tenemos que elegir en función al fin que queramos.
Por lo tanto, aunque tengamos la misma.
El mismo objetivo con una pieza, el mismo material
y la misma máquina, en función de estos parámetros,
vamos a tener mejor o peor resultado,
o más alejado de lo que deseamos.
Tenemos que tener en cuenta, primero,
la función que le queremos dar a la pieza.
Luego, ya sea un prototipado rápido, que sea resistente,
que no.
Segundo,
qué parámetros tenemos que elegir que más nos acerquen a ese objetivo
que tenemos.
Y finalmente ajustar los parámetros que creemos que no son los óptimos.
Esto es un poco lo que os queríamos comentar en esta presentación.
Cualquier duda que podáis tener
nos la podéis hacer llegar sin ningún problema.
Agradecemos la atención y nos vemos en la siguiente.