La impresión 3D siempre ha sido elogiada como esta tecnología revolucionaria para crear prototipos, modelos o copias precisas de otros objetos. Sin embargo, puede haber imprecisiones geométricas en los objetos impresos en 3D como resultado de la contracción.
Todos los filamentos de impresión 3D, incluido el PLA, experimentan encogimiento debido al enfriamiento. Esta contracción se puede minimizar imprimiendo a temperaturas más bajas o permitiendo que la impresión se enfríe gradualmente dentro de un recinto. También puede compensar la contracción diseñando deliberadamente sus modelos para que sean un poco más grandes.
El grado de contracción del PLA puede variar según la marca específica o el filamento que esté utilizando. Con un poco de paciencia, se puede controlar la contracción del PLA.
El problema de la contracción: ¿se puede evitar?
Desafortunadamente, todos los métodos de impresión 3D que dependen del calor son propensos a encogerse. Esta es una consecuencia natural del calentamiento del material para hacerlo más flexible y adaptarse al modelo digital procesado por la rebanadora. Luego, este material necesita enfriarse para desarrollar rigidez y resistencia. Durante este paso de enfriamiento, el material se contrae en volumen pero gana en densidad.
En comparación con otros problemas de impresión 3D, la contracción es relativamente menor y, a menudo, se ignora. Si solo está imprimiendo en 3D un artículo para exhibirlo, apenas se nota una contracción del 2%. Sin embargo, este problema se convierte en una preocupación si necesita imprimir en 3D objetos funcionales como engranajes, soportes, piezas de repuesto para electrodomésticos o una simple funda protectora para teléfono móvil.
La contracción en realidad no ocurre cuando el filamento enfría su temperatura de impresión; es el enfriamiento de la temperatura de transición vítrea lo que crea este problema. Por debajo de esta temperatura, el PLA comienza a volverse rígido e incapaz de adaptarse al estrés térmico.
Esto significa que la contracción es más pronunciada en materiales que tienen una temperatura de transición vítrea alta. Esto es algo que podemos observar en los ejemplos que se comentarán más adelante. El ABS tiene uno de los márgenes de contracción más altos, mientras que la contracción del PLA o PETG es menos pronunciada.
¿Cuánto se encogen las impresiones PLA?
Lo bueno de trabajar con PLA es que no encoge tanto como otros filamentos de impresión 3D. La tasa promedio de contracción del PLA es del 2 %, pero generalmente se asume un rango de 0,8 % a 3 %. La contracción real puede variar según la temperatura de impresión, la velocidad de enfriamiento o los aditivos en el filamento.
En comparación, un filamento de alta temperatura como el ABS puede encogerse hasta en un 8 %. Este es también uno de los factores que contribuyen a por qué los filamentos de alta temperatura son propensos a deformarse. El estrés térmico causado por la contracción puede causar una distorsión significativa de la geometría de la impresión final.
Sin embargo, no se trata solo de la temperatura. El PETG se imprime a una temperatura ligeramente más alta que el PLA, pero generalmente se encoge menos, a menos del 1 %. Esto enfatiza la importancia de considerar las diferencias en la química al intentar predecir cuánto se encogerá un filamento de impresión 3D al enfriarse.
A pesar del pequeño margen de contracción, una diferencia del 2 % aún puede marcar la diferencia para las piezas de PLA que requieren un ajuste preciso. Puede tolerar esta contracción, intentar minimizarla o anticiparla como parte de su diseño.
Cómo controlar o compensar la contracción del PLA
Ahora que sabemos que la contracción del PLA es un problema inevitable, podemos configurar nuestra impresora 3D o modelo digital para anticiparlo. Aquí hay algunas medidas que puede tomar, dependiendo de qué tan diligente pretenda ser.
Imprimir con una cama caliente
Imprimir con una cama caliente no es un consejo común cuando se trabaja con PLA, pero lo recomendaríamos en este caso. Con una cama calentada, la primera capa de la impresión se mantiene cerca de la temperatura de transición vítrea del PLA. Esto hace que sea menos probable que se encoja y al mismo tiempo proporciona una base rígida para soportar el resto de la impresión.
Para imprimir con PLA, sugerimos configurar la temperatura de la cama entre 50 y 55 °C. Notará que esto es ligeramente más bajo que la transición vítrea y la temperatura de lecho habitual para PLA. El objetivo aquí no es promover la adhesión a la cama, sino crear una base estable. Esta base sólida ayudará a que las capas sucesivas resistan los efectos del encogimiento.
Imprimir en un recinto
Nuevamente, un cerramiento de cama generalmente no es algo que usaría al imprimir con PLA. Sin embargo, puede ayudar a reducir la contracción al mantener una temperatura elevada dentro de la plataforma de construcción.
Existen múltiples beneficios al usar un recinto de cama. Al ralentizar el proceso de enfriamiento, la acumulación de tensiones térmicas se realiza de manera más gradual. Mantener el PLA a una temperatura elevada también lo hace más flexible y capaz de absorber los efectos del estrés térmico sin deformación irreversible.
Un cerramiento de la cama también ayuda al promover un enfriamiento uniforme de toda la impresión. Sin un recinto, las corrientes de aire en la habitación pueden provocar un enfriamiento localizado. Esto hace que sea aún más difícil predecir cuánto se encogerá una impresión, ya que diferentes partes de la impresión pueden encogerse en diferentes grados.
Escala tu modelo
La solución más simple e intuitiva para la contracción es simplemente ampliar su modelo en una cantidad equivalente a la contracción. Esta es una gran idea, pero es más fácil decirlo que hacerlo. Si está utilizando un filamento PLA nuevo, es probable que tenga que realizar varias pruebas antes de poder obtener las dimensiones finales impresas en 3D correctamente.
Hay algunas formas de modificar la geometría de un modelo para minimizar los efectos de la contracción. Las esquinas redondeadas suelen ser mejores que las esquinas afiladas, ya que permiten una distribución más uniforme de la tensión térmica. Grandes losas continuas de plástico pueden tener agujeros cortados para reducir los efectos de la contracción. Esta estrategia puede ser útil para caras en su modelo que no son visibles.
Si desea probar la estrategia de compensación de contracción, le recomendamos encarecidamente este modelo de Calibración dimensional que puede descargar de forma gratuita desde Thingiverse. El modelo tiene en cuenta los errores debidos tanto a la contracción como a la compensación radial. Una vez que haya impreso el modelo, tome las medidas requeridas e ingréselas en la Hoja de Google que está vinculada en la página de Thingiverse.
Una vez que haya proporcionado los valores, la hoja de cálculo calculará un valor de compensación que puede ingresar en su rebanadora. Esto debería hacer que el error sea mucho menos pronunciado. El fabricante del modelo afirma que puede ejecutar esta prueba dos veces si necesita una precisión muy alta, pero solo hacerlo una vez puede generar una gran mejora.
El grado de contracción es casi imposible de predecir sin realizar pruebas, incluso si trabaja exclusivamente con filamento PLA. Diferentes aditivos y tintes también pueden tener un efecto sobre el grado de contracción. Si necesita fabricar piezas con dimensiones precisas, le sugerimos que se ciña a una marca y modelo en particular de filamento PLA y perfeccione su técnica con ella.
Para ir finalizando
La contracción del filamento debido al enfriamiento es producto de las leyes fundamentales de la física. Esto enfatiza lo inevitable que es. Si bien no se puede prevenir, ciertamente se puede anticipar o manejar.
El mejor enfoque para la contracción en la impresión 3D es aceptarlo. Los modelos se pueden ampliar o modificar para minimizar los efectos de la contracción. Con un poco de planificación, es completamente posible crear impresiones 3D que estén dentro de 0,1 mm de las medidas previstas.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.