Consejos para mejorar la precisión dimensional en la impresión 3D

Algunas personas pueden pensar en la impresión 3D como esta tecnología mágica que puede convertir cualquier cosa en la pantalla de una computadora en un objeto tridimensional del mundo real. Esto está lejos de la verdad, como sabría cualquier profesional de la impresión 3D. Traducir un diseño digital en un objeto impreso en 3D es un proceso que requiere muchos ajustes, prueba y error, y conocimiento de muchos principios científicos.

La precisión dimensional es algo con lo que luchan muchos proyectos de impresión 3D, particularmente en la impresión FDM. Después de todo, cualquier material plástico se expandirá o contraerá naturalmente cuando se exponga a temperaturas extremas. ¿Cómo se puede mejorar la precisión dimensional de un proyecto impreso en 3D?

¿Qué es la precisión dimensional?

En pocas palabras, la precisión dimensional se refiere a la precisión de las dimensiones del proyecto impreso en 3D en comparación con las del modelo digital. En muchos casos, la precisión dimensional ni siquiera es tan importante. Si está imprimiendo en 3D un proyecto destinado solo para visualización, entonces un error de una fracción de milímetro apenas importa.

La precisión dimensional se vuelve más crítica cuando se diseñan piezas funcionales que tienen tolerancias muy estrechas. Estos pueden incluir componentes de reemplazo para equipos industriales o prototipos funcionales de un producto en desarrollo.

Una cosa a tener en cuenta sobre la precisión es que es una variable relativa. Un proyecto impreso en 3D que tiene un error de 1 milímetro (una gran desviación en lo que respecta a la impresión en 3D) aún puede no verse tan mal si mide unos pocos pies de ancho. Esto significa que la precisión dimensional se vuelve más importante cuando se trabaja con modelos pequeños, como miniaturas y figuritas.

¿Qué factores afectan la precisión dimensional?

Antes de saltar a las formas de mejorar la precisión dimensional, primero debemos observar los factores que la afectan en primer lugar. La desafortunada característica de la impresión 3D es que estos factores son prácticamente inevitables. Sin embargo, pueden controlarse para minimizar sus efectos.

Pandeo

El filamento está en estado fundido cuando sale de la boquilla. Tan pronto como se expone al medio ambiente, rápidamente comienza a enfriarse. Esta es la física en la que se basa el concepto de FDM. Sin embargo, también es una de las principales causas de la precisión dimensional.

A medida que el material se enfría, comienza a contraerse. Sin embargo, el endurecimiento del material y su adhesión a la capa anterior contrarresta este estrés térmico. El objetivo es evitar que este estrés térmico supere cualquiera de las fuerzas que se le oponen, ayudando así a que el material mantenga su aspecto original.

Peso

Cuando el material fundido se deposita por primera vez sobre la cama de impresión, se encuentra en una forma que no puede soportar su propio peso. Por eso, se apoya en la fuerza de la capa anterior para soportar su peso mientras se enfría y desarrolla fuerza. Esta tendencia del material a colapsar por su propio peso también contribuye a la imprecisión dimensional, particularmente en el eje z.

Precisión de la máquina

El movimiento del cabezal de impresión de una impresora 3D está dictado por un conjunto de comandos llamado G-Code. Este código es creado por el software de corte basado en el modelo 3D que desea imprimir.

Sin embargo, las impresoras 3D todavía están limitadas en lo refinado que puede ser el movimiento de los cabezales de impresión. Después de todo, estos son impulsados ​​por motores paso a paso. Un “paso” de rotación del motor dictará la distancia mínima que puede moverse un cabezal de impresión. Imprimir cualquier detalle más pequeño que este mínimo puede ser problemático.

Postprocesamiento

Si planea realizar un procesamiento posterior en su impresión terminada, inevitablemente alterará sus dimensiones. Esto se aplica tanto si planea hacer un lijado manual como un alisado mediante baño de vapor. Es bastante fácil compensar este efecto con solo un poco de planificación.

Consejos para lograr una mejor precisión dimensional

1. Ejecute una prueba de calibración

Cuando usa una impresora 3D o un filamento que nunca antes ha usado, será casi imposible predecir qué tan bien satisface sus requisitos de precisión dimensional. Hay un par de factores a tener en cuenta aquí, sobre todo la contracción térmica del material y la limitación de precisión de movimiento de la impresora.

Para recopilar información relevante, la mejor opción sería imprimir un pequeño cubo de calibración. Al comparar las dimensiones reales del cubo con las dimensiones que esperaba, puede recalibrar el código G de su impresora 3D. Una buena regla general es recalibrar si la diferencia entre las dos variables de dimensiones es mayor a 0,5 milímetros.

El único inconveniente de este paso es que realmente solo funciona si sabes cómo manipular G-Code. Más específicamente, deberá cambiar la cantidad de pasos que recorre el motor por milímetro de movimiento.

La buena noticia es que este paso probablemente no sea necesario si está utilizando una impresora 3D bastante nueva. A menos que tenga varios meses de servicio con esa impresora 3D, realmente no debería ser necesario realizar una calibración.

2. Reduzca la temperatura de impresión y el caudal

Si está tratando de refinar la precisión de su impresión, los pequeños signos de hilos o manchas realmente pueden arruinar el producto terminado. Para evitarlo, pruebe a reducir la temperatura de impresión en 5 °C y el caudal en incrementos del 5 %. Esto también debería reducir los efectos de la contracción térmica y hacer que la deformación sea menos probable.

3. Verifique las correas de tensión y las barras lineales

El movimiento inadecuado del cabezal de impresión puede ser un gran factor que contribuye a una precisión dimensional deficiente. Si observa que el movimiento de su cabezal de impresión es errático, entonces es hora de verificar todos sus componentes de movimiento.

Hay dos cosas que vale la pena analizar en esta situación: las correas de tensión y las barras lineales. Las correas de tensión traducen la rotación de los motores paso a paso en el movimiento lineal del cabezal de impresión. Desea que estos cinturones de tensión estén tensos pero lo suficientemente sueltos para resonar cuando los tire. Incluso puede imprimir su propia herramienta para tensar la correa si esto se convierte en un problema recurrente.

Las barras lineales son los rieles en los que se mueve el cabezal de impresión. Si bien es probable que estas varillas no se deformen fácilmente, de todos modos querrá buscar signos de desgaste. Como mínimo, asegúrese de que las varillas estén bien lubricadas y libres de suciedad y polvo excesivo.

4. Utiliza estructuras de apoyo

Agregar estructuras de soporte a su proyecto de impresión 3D puede ser molesto. Sí, habrá que hacer mucho trabajo de posprocesamiento para quitar los soportes. Sin embargo, el aumento de los soportes generalmente tiene un efecto positivo en la precisión dimensional.

Mediante el uso de soportes, puede evitar que el material fundido semisólido se colapse o se hunda por su propio peso. Esto es especialmente importante para los voladizos, incluso si siguen la regla de los 45 grados. Si tiene la opción de usar un material de soporte soluble (ya sea HIPS o PVA), entonces puede obtener el beneficio de usar soportes sin el trabajo adicional de quitar el soporte.

5. Compensar durante el diseño

La mayoría de las razones que hemos mencionado como causas de precisión dimensional reducida son partes naturales de la impresión 3D. Esto incluye la contracción térmica, la deformación y la necesidad de procesamiento posterior. Si ya espera que surjan estos problemas, ¿por qué no modificar su diseño para tenerlos en cuenta?

Si su modelo tiene características que son demasiado pequeñas para que las maneje su impresora 3D, simplemente amplíe esos detalles. Si planea lijar y pulir la impresión terminada, es posible que desee aumentar el grosor de la cubierta en la configuración de la cortadora. Si se espera una contracción durante el enfriamiento, simplemente aumente el tamaño del modelo en los ejes correspondientes.

Perfeccionar este paso requiere bastante práctica y mucho ensayo y error. Sin embargo, este es el enfoque más efectivo para aquellos que necesitan una precisión dimensional perfecta. Asegúrate de tener un calibrador digital a mano también.

6. Usa filamento de buena calidad

Este consejo puede parecer obvio: ¿quién no querría usar un buen filamento? La verdadera pregunta es esta: ¿qué hace que un filamento de impresión 3D sea bueno, al menos en lo que respecta a la precisión dimensional?

En primer lugar, desea utilizar un filamento con una buena consistencia de diámetro. Esto asegura una extrusión consistente, creando capas completas que no se delaminan ni colapsan. También evitará aún más problemas que provoquen dolor de cabeza, como boquillas obstruidas.

Bajo ninguna circunstancia debe imprimir con un filamento que se haya visto afectado por el exceso de humedad. Si un filamento se ha dejado al aire libre durante varias horas, es muy probable que haya absorbido suficiente humedad como para comprometer la calidad de la impresión.

Nuevamente, esta es una cuestión de consistencia de la extrusión. Un filamento que revienta y silba debido a la evaporación de la humedad inevitablemente formará capas con huecos y agujeros visibles. El problema se reduce a la precisión dimensional y al atractivo visual general.

Para ir finalizando

No muchos usuarios de impresoras 3D piensan mucho en la precisión dimensional. Si solo busca la estética, la contracción de medio milímetro probablemente no importe en absoluto. Sin embargo, si necesita ensamblar una pieza funcional con precisión, querrá imprimir en 3D con una tolerancia muy baja.

La precisión dimensional perfecta es difícil de precisar, pero no es imposible. Al estudiar el comportamiento de un filamento a medida que se enfría y asegurarse de que la impresora esté bien calibrada, es perfectamente razonable obtener las dimensiones exactas de un objeto impreso en 3D que está buscando.

Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.