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En la impresión 3D, la creación de una pieza fuerte a menudo compromete otros factores, como el consumo de material y el tiempo de impresión. Una buena manera de lograr el equilibrio es usar patrones de relleno: estructuras internas que deliberadamente dan algo de porosidad a una pieza impresa en 3D.
Si la fuerza es la característica más importante para su proyecto, entonces un patrón de panal es probablemente su mejor opción para proporcionar fuerza omnidireccional. Hay algunas otras opciones y factores notables a considerar, especialmente si desea optimizar su proceso de impresión 3D. ¿Cómo puede personalizar un patrón de relleno para aprovechar al máximo su proyecto impreso en 3D?
¿Qué es un patrón de relleno en la impresión 3D?
Si alguna vez ha visto un producto impreso en 3D, es muy probable que tenga un rasgo bastante bien oculto: ¡es casi hueco por dentro! Mediante el uso de patrones de relleno, las piezas impresas en 3D se pueden diseñar con un grado de porosidad altamente controlado. Esto hace que la impresión 3D sea un método de fabricación mucho más económico al reducir la cantidad de material que se utiliza en el producto. También reduce el peso de la pieza terminada y el tiempo que lleva el proceso de impresión real.
Sin embargo, una pieza impresa en 3D aparentemente sólida tampoco está completamente vacía por dentro. Dentro de las paredes exteriores (o cubierta) de la pieza hay una estructura interior que le da a la pieza cierto grado de resistencia mecánica. La apariencia física de esta estructura interior es lo que se conoce como el «patrón de relleno». El patrón también se puede ajustar con diferentes valores de densidad.
¿Cuáles son los patrones de relleno más fuertes?
La tecnología de impresión 3D ha madurado mucho en los últimos años, lo que permite opciones para personalizar una impresión según la resistencia, la flexibilidad, el peso y el tiempo de impresión. La amplia gama de patrones de relleno ha contribuido en gran medida a este grado de personalización.
Si desea que la fuerza sea el foco principal de su pieza impresa en 3D, aquí encontrará algunas de las mejores opciones para los patrones de relleno:
1. panal
Con el patrón de la estructura de panal natural, este relleno ofrece la mejor relación resistencia-peso. Mientras que otros patrones de relleno rivalizan o superan el patrón de panal en términos de fuerza pura, muchos prefieren un relleno de panal debido a la poca cantidad de material que consume. Por esta razón, muchas piezas utilizadas en aviones y viajes espaciales utilizan estructuras interiores de panal.
Un buen beneficio de un patrón de relleno de panal es que su fuerza es igual en cualquier dirección. Esto es ideal si no puede permitirse el lujo de tener una parte con un punto débil prominente.
Sin embargo, el patrón de panal no es el mejor en términos de tiempo de impresión a pesar de la cantidad relativamente baja de material necesario. Las impresoras FDM, en particular, pueden tardar mucho tiempo en imprimir un relleno de panal debido a cuánto debe moverse el cabezal de impresión para una sola capa. Las impresoras SLA y SLS se ven menos afectadas por esta limitación.
2. Rectilíneo
El patrón rectilíneo es una de las opciones de relleno más simples. También conocido como el patrón «lineal», un relleno rectilíneo consiste simplemente en líneas paralelas en direcciones que se alternan con cada capa. Desde arriba, un patrón rectilíneo se parece a una cuadrícula finamente espaciada.
El mayor beneficio del patrón rectilíneo es que acelera enormemente el proceso de impresión 3D. Al basarse únicamente en líneas rectas, un relleno rectilíneo requiere un cambio mínimo de la dirección del movimiento por parte del cabezal de impresión. Aunque más rápido, el patrón rectilíneo consume más material que el panal.
El patrón rectilíneo es más fuerte en la dirección vertical, debido a las pilas regulares de líneas paralelas. Sin embargo, es muy débil en dirección horizontal, especialmente contra fuerzas que no se alinean perfectamente con sus líneas paralelas.
Se puede argumentar que la fuerza del patrón rectilíneo es unidimensional. Es excelente para soportar una carga en dirección vertical, pero no para ninguna otra aplicación.
3. giroides
Un patrón de relleno de giroide es una de las opciones visualmente más complejas y es un patrón que podría decirse que solo es posible con la impresión 3D. Usando una serie de superficies curvas orientadas a lo largo de diferentes ejes, un relleno de giroide proporciona resiliencia y resistencia al corte en todas las direcciones al tiempo que conserva la flexibilidad de la pieza.
La relación resistencia-peso del patrón giroide también es encomiable, ya que produce patrones livianos comparables a los impresos con una estructura de panal. En términos de tiempo de impresión, la dependencia de gyroid en líneas continuas le da una ligera ventaja sobre el panal, pero aún lo ubica por debajo del rectilíneo.
Al igual que una estructura de panal, un patrón de giroide brinda soporte por igual en todas las direcciones. Mirándolo basándose únicamente en esta característica, el patrón de giroide puede ir hombro con hombro con el panal como el patrón de relleno de impresión 3D más fuerte.
El mayor problema con el patrón giroide radica en su complejidad. Cortar un modelo con un relleno de giroide puede llevar mucho tiempo y creará archivos grandes. Es posible que algunas impresoras 3D ni siquiera sean capaces de imprimir un patrón de giroide debido a la complejidad de los comandos G-Code que requiere el modelo.
Otros factores a tener en cuenta al crear piezas impresas en 3D sólidas
La creación de una pieza impresa en 3D con alta resistencia no se trata solo de la elección del patrón de relleno. Para maximizar realmente la fuerza de su impresión, aquí hay algunos otros factores que puede considerar:
Densidad de relleno
La densidad de relleno va de la mano con el patrón de relleno. Una mayor densidad solo significa que los patrones repetitivos del relleno estarán más juntos. Naturalmente, esto tiene el costo de un mayor uso de material y un mayor tiempo de impresión.
La densidad de relleno puede variar de 0% a 100%. La regla general es que cuanto mayor sea el relleno, más fuerte será la pieza terminada. Sin embargo, los beneficios de fuerza adicionales se vuelven marginales en torno a la marca del 50%. Sugerimos jugar con los valores en torno a este rango (40% a 60%) para encontrar lo que funciona mejor para usted.
Grosor de la cáscara
Casi igualmente importante para la resistencia de una pieza impresa en 3D es el grosor de su cubierta o capa exterior. A diferencia del relleno, aumentar la fuerza de un caparazón es una cuestión simple: simplemente necesita agregarle capas. Según los expertos, una capa de revestimiento adicional equivale a un aumento de alrededor del 15 % en la densidad del relleno.
Al igual que con el relleno, hacer una cubierta más gruesa fortalece una pieza, pero tiene el costo de un mayor uso de material y tiempos de impresión más prolongados. El valor estándar para el grosor de la cáscara es de unos 2 milímetros. Es posible que deba ajustar este valor para que sea un múltiplo del diámetro de su boquilla. Aumentar el grosor de la carcasa en una o dos capas mejorará enormemente la resistencia de su pieza impresa en 3D.
Si planea lijar una pieza impresa en 3D durante el posprocesamiento, entonces probablemente sea una buena idea agregar un grosor de capa adicional. Todo el proceso de lijado eliminará inevitablemente una gran parte del material de la carcasa, haciéndola significativamente más delgada.
Orientación de impresión
Cualquier forma de fabricación aditiva o impresión 3D se basa en el concepto de construir un objeto tridimensional capa por capa. Independientemente de la tecnología que utilice, los límites de estas capas son un punto débil natural de cualquier pieza impresa en 3D.
Si sabe exactamente cómo se utilizará su pieza, puede planificar dónde desea colocar este punto débil natural. Los límites de la capa son particularmente débiles a dos tipos de fuerzas: una fuerza de tracción perpendicular a las líneas de la capa y una fuerza de corte paralela a las líneas de la capa.
Al cambiar la orientación de su modelo en el software de corte, puede ‘ocultar’ efectivamente sus puntos débiles de las fuerzas que soportará la pieza impresa en 3D. El conocimiento de cómo se comportan los diferentes patrones de relleno también puede ser fundamental en esta estrategia.
Calidad del filamento o resina
Cuando pones basura, también sacas basura de cualquier proceso. Esta es una buena regla a tener en cuenta al imprimir en 3D. Si desea que su proyecto tenga una resistencia de nivel profesional, asegúrese de comprar filamento o resina de buena calidad. También hay algunos filamentos de impresión 3D diseñados específicamente para la dureza, como el filamento PLA+ de Overture.
Los diferentes materiales de impresión 3D también reaccionan de diferentes maneras a las condiciones externas. La radiación ultravioleta, el exceso de calor y la exposición a solventes o ácidos pueden acelerar el deterioro de una pieza impresa en 3D. No importa cómo refuerce un objeto con los mejores patrones de relleno, el material en sí puede fallar cuando se usa en condiciones inadecuadas.
Para ir finalizando
Jugar con patrones de relleno es una de las cosas más divertidas de la impresión 3D. Ver cuán rígido o flexible se vuelve un objeto con diferentes patrones de relleno es una gran demostración de cómo funcionan la física y la ciencia de los materiales.
Un buen patrón de relleno también es uno de los componentes clave para crear una pieza impresa en 3D sólida. No todos los patrones de relleno son iguales. Ni siquiera todos ellos pueden calificarse de fuertes, ya que algunos priorizan la velocidad o la conservación de los materiales. Elegir el patrón de relleno correcto es solo cuestión de utilizar la herramienta adecuada para el trabajo, una habilidad esencial en la impresión 3D como en otros campos e industrias.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.
