Compensación de encogimiento de PLA, ABS y PETG en impresión 3D

Aunque la impresión 3D produce modelos bastante detallados que parecen casi idénticos a la imagen CAD, la precisión dimensional y la tolerancia no son perfectamente idénticas. Esto es algo llamado encogimiento, que ocurre en las impresiones 3D que probablemente ni siquiera notes.

Pensé en cuánto encogimiento ocurre en las impresiones 3D, una pregunta ideal para aquellos que quieren crear objetos funcionales que requieren tolerancias estrictas, así que decidí averiguarlo y compartirlo con ustedes.

En este artículo, cubriremos qué es el encogimiento, cuánto es probable que se encojan sus impresiones 3D y una buena compensación de encogimiento para usar.

¿Qué es la contracción en la impresión 3D?

La contracción en la impresión 3D es la reducción del tamaño del modelo final debido a los cambios de temperatura del termoplástico fundido a las capas de material extruido enfriadas.

Durante la impresión, la extrusora funde el filamento de impresión para crear el modelo 3D y el material se expande durante este proceso. Después de que las capas comienzan a enfriarse justo después de ser extruidas, hace que el material aumente en densidad, pero reduce su tamaño.

La mayoría de las personas no se darán cuenta de que esto sucede hasta que tengan un modelo que requiera un poco más de precisión dimensional.

La contracción no es un problema cuando se imprimen modelos estéticos como obras de arte, jarrones y juguetes. Cuando empecemos a pasar a objetos que tienen tolerancias estrictas, como una carcasa de teléfono o un soporte que conecta objetos, la contracción se convertirá en un problema a resolver.

Ocurre en casi todos los procesos de impresión 3D debido a las variaciones de temperatura involucradas. Pero la velocidad a la que ocurre varía dependiendo de algunos factores.

Estos factores son el material utilizado, la temperatura, la tecnología de impresión y el tiempo de curado de las impresiones de resina.

De todos estos factores, quizás el factor más importante que afecta la contracción es el material utilizado.

El tipo de material utilizado influirá en cuánto se encogerá el modelo.

La temperatura de impresión y las velocidades de enfriamiento también son factores importantes. La contracción puede ocurrir si el modelo se imprime a una temperatura alta o se enfría demasiado rápido, lo que significa que los plásticos a temperaturas más altas tienen más probabilidades de encogerse.

El enfriamiento rápido y desigual puede incluso provocar deformaciones, lo que puede dañar el modelo o arruinar la impresión por completo. La mayoría de nosotros hemos experimentado esta deformación, ya sea por corrientes de aire o simplemente por una habitación muy fría.

Algo que me ayudó con mi deformación que implementé recientemente es usar una estera de aislamiento para cama con calefacción HAWKUNG debajo de mi Ender 3. No solo ayuda con la deformación, sino que también acelera los tiempos de calentamiento y mantiene una temperatura de cama más constante.

Finalmente, el tipo de tecnología de impresión utilizada también determina el grado de contracción que se encuentra en el modelo. Por lo general, las tecnologías más baratas como FDM no se pueden usar para fabricar piezas de alta calidad con tolerancias estrictas.

SLS y las tecnologías de chorro de metal justifican su alto precio al producir modelos precisos.

Afortunadamente, hay muchas formas de tener en cuenta la contracción, lo que nos permite producir piezas dimensionalmente precisas sin demasiados problemas, aunque es necesario conocer las técnicas correctas.

¿Cuánto se encogen las impresiones de ABS, PLA y PETG?

Como mencionamos anteriormente, la tasa de contracción depende en gran medida del tipo de material utilizado. Varía de un material a otro. Echemos un vistazo a tres de los materiales de impresión 3D más utilizados y cómo resisten la contracción:

PLA

El PLA es un material orgánico biodegradable que también se utiliza en las impresoras FDM. Es uno de los materiales más populares utilizados en la impresión 3D porque es fácil de imprimir y no es tóxico.

El PLA sufre poca contracción, con índices de contracción de entre el 0,2 % y el 3 %, ya que es un termoplástico de temperatura más baja.

Los filamentos PLA no necesitan altas temperaturas para extruirse, la temperatura de impresión es de alrededor de 190 ℃, que es más pequeña que la del ABS.

La contracción en PLA también se puede reducir imprimiendo en un entorno cerrado o simplemente ampliando el modelo para compensar la contracción.

Esto funciona porque reduce esos cambios rápidos de temperatura y reduce el estrés físico en el modelo.

Creo que estas tasas de encogimiento dependen de la marca y del proceso de fabricación, e incluso del color del propio filamento. Algunas personas descubrieron que los colores más oscuros tienden a encogerse más que los colores más claros.

abdominales

El ABS es un material de impresión a base de petróleo que se utiliza en las impresoras FDM. Se usa ampliamente debido a su alta resistencia, resistencia al calor y versatilidad. Se puede encontrar en cualquier cosa, desde fundas de teléfonos hasta Legos.

El ABS tiene una tasa de contracción realmente alta, por lo que si necesita impresiones 3D dimensionalmente precisas, trataría de evitar su uso. He visto a personas comentar que las tasas de contracción oscilan entre el 0,8 % y el 8 %.

Estoy seguro de que estos son casos extremos, y podría reducir eso con la configuración correcta, pero es un buen espectáculo para ilustrar cuán mala puede ser realmente la contracción.

Una de las principales formas de reducir la contracción es imprimir a las temperaturas adecuadas de la cama caliente.

El uso de una cama caliente calibrada correctamente ayuda con la adhesión de la primera capa y también ayuda a evitar que la capa inferior se enfríe mucho más rápido que el resto de la impresión para evitar deformaciones.

Otro consejo para reducir la contracción es imprimir en una cámara cerrada. Esto aísla la impresión 3D de las corrientes de aire exteriores, lo que garantiza que no se enfríe de manera desigual.

La cámara cerrada mantiene la impresión a una temperatura constante cercana al plástico hasta que se completa la impresión, y todas las secciones pueden enfriarse al mismo ritmo.

Un gran gabinete que miles de personas han usado y disfrutado es el gabinete Creality Fireproof & Dustproof de Amazon. Mantiene un ambiente de temperatura constante y es muy fácil de instalar y mantener.

Además, proporciona más seguridad frente a incendios, reduce las emisiones sonoras y protege de la acumulación de polvo.

PETG

PETG es otro material de impresión 3D ampliamente utilizado debido a sus propiedades fenomenales. Combina la resistencia estructural y la dureza del ABS con la facilidad de impresión y la ausencia de toxicidad del PLA.

Esto lo hace adecuado para su uso en muchas aplicaciones que requieren alta resistencia y seguridad del material.

Con un 0,8 %, los filamentos de PETG tienen la tasa de contracción más baja. Los modelos 3D hechos con PETG son relativamente estables dimensionalmente en comparación con otros. Esto los hace ideales para realizar impresiones funcionales que deben ajustarse a tolerancias algo estrictas.

Para compensar o reducir la contracción en las impresiones de PETG, el modelo se puede ampliar en un factor de 0,8 % antes de la impresión.

Cómo obtener la compensación de contracción adecuada en la impresión 3D

Como hemos visto anteriormente, la contracción se puede reducir de varias maneras. Pero, el hecho es que no importa cuánto se haga, no se puede eliminar la contracción. Por eso es una buena práctica tratar de tener en cuenta la contracción al preparar el modelo para la impresión.

Obtener la compensación de contracción correcta ayuda a tener en cuenta la reducción del tamaño de los modelos. Algunos programas de impresión vienen con ajustes preestablecidos que hacen esto automáticamente por usted, pero la mayoría de las veces, tiene que hacerse manualmente.

Calcular el tipo de compensación de contracción a aplicar depende de tres cosas, el material que se utiliza, la temperatura de impresión y la geometría del modelo.

Todos estos factores combinados darán una idea de cuánto se espera que se encoja la impresión y cómo compensarlo.

Obtener la contracción correcta también puede ser un proceso iterativo, también conocido como simple prueba y error. La tasa de contracción puede incluso variar entre diferentes marcas del mismo tipo de material.

Por lo tanto, una excelente manera de medir y cuantificar la contracción es imprimir primero un modelo de prueba y medir la contracción. Los datos que obtenga se pueden usar para crear una compensación de tasa de contracción matemáticamente sólida.

Una excelente manera de medir la contracción es mediante el uso de este objeto de cálculo de contracción de Thingiverse. Un usuario lo describió como «Una de las mejores herramientas de calibración general que existen». Muchos otros usuarios comparten su agradecimiento con el fabricante de este modelo CAD.

Los pasos son los siguientes:

Desea usar esa hoja de Google y hacer una nueva copia que pueda editar usted mismo desde cero. Encontrará las instrucciones en la página de Thingiverse para obtener más detalles.

Si desea una compensación realmente precisa, puede ejecutar la iteración dos veces, pero el fabricante dice que solo una iteración fue suficiente para obtener una tolerancia de 100 um (0,01 mm) en una pieza de 150 mm.

Un usuario dijo que simplemente escala sus modelos al 101 % y le funciona bastante bien. Esta es una forma realmente simple de ver las cosas, pero puede ser exitosa para obtener resultados rápidos.

También puede utilizar una configuración llamada expansión horizontal que ajusta el tamaño de sus impresiones 3D en la dimensión X/Y, para compensar los cambios de tamaño a medida que el modelo se enfría y se encoge.

Si está creando los modelos usted mismo, puede ajustar las tolerancias en el propio modelo y, con más práctica, podrá adivinar las tolerancias correctas según su diseño específico.