Modelado por deposición fundida (FDM): todo lo que hay que saber

Fuente: 3dnatives.com

El modelado por deposición fundida o FDM es la tecnología principal y más conocida en la impresión 3D, también denominada FFF, para mayor brevedad. S. Scott Crump desarrolló la FDM a finales de los años 80 y Stratasys la comercializó en 1990. Otro año importante en el desarrollo de la FDM fue 2005, cuando el profesor Adrian Bowyer inició el proyecto RepRap, el movimiento global detrás de las impresoras 3D autorreplicables y de código abierto que reciben el mismo nombre.

Cómo imprimir en 3D con modelado por deposición fundida

La FDM suele considerarse la tecnología de impresión 3D más sencilla. Los elementos fundamentales para la FDM son esencialmente 3: una plataforma de impresión sobre la que se imprime la pieza; una bobina de filamento que actúa como material de impresión y un cabezal de extrusión, también llamado extrusor. En resumen, el filamento es fundido por el extrusor de la impresora, que deposita el material capa por capa sobre la plataforma.

Todo comienza con el diseño del objeto que se desea imprimir en 3D mediante un software CAD 3D (como SolidWorks, TinkerCAD o SelfCAD). Una vez diseñado, el modelo 3D (a menudo en formato .STL) se divide en varias capas mediante un laminador o Slicer (como Cura o Repetier) antes de elegir los parámetros de impresión.

La impresora 3D comienza a imprimir cuando la máquina ha alcanzado la temperatura óptima, generalmente alrededor de 200°C (392°F), necesaria para fundir el material. Los materiales más utilizados en el modelado por deposición fundida son el PLA (ácido poliláctico) y el ABS (acrilonitrilo butadieno estireno).

Una vez alcanzada la temperatura, el filamento de 1,75 mm o 2,85 mm de diámetro se extruye sobre la plataforma a través de una boquilla. Esta se mueve desplazándose por los ejes X, Y y Z. La plataforma desciende permitiendo la adición de una capa sobre otra hasta que el objeto impreso en 3D está listo.

Durante la impresión, podrían ser útiles unos soportes que sostengan el modelo, impidiendo que colapse. Estos soportes pueden realizarse con el mismo material del objeto, en un material soluble en agua o en limoneno. Algunas impresoras 3D más complejas pueden venir equipadas con varios extrusores para combinar diferentes colores y materiales de soporte.

Materiales compatibles con las impresoras 3D FDM

Las impresoras FDM son compatibles con una amplia gama de polímeros termoplásticos como el PLA y el ABS, pero también policarbonatos (PET, PS, ASA, PVA, nailon), filamentos compuestos a base de metal, piedra, madera y mucho más. Estos compuestos suelen tener interesantes propiedades mecánicas como la conductividad, la biocompatibilidad o la termorresistencia. Sustituyendo el extrusor de una impresora 3D por un sistema de jeringa, también es posible crear piezas con arcilla o incluso con materiales comestibles como el chocolate. El precio de estos materiales varía; para dar una idea, 1 kg de filamentos de PLA se comercializa a unos 35€.

Existen algunos proyectos nuevos y prometedores que intentan ofrecer piezas policromas para combinar miles de colores. Estos incluyen, entre otros, la Da Vinci Color de XYZprinting. Estos proyectos combinan o colorean los filamentos para obtener la gama cromática CMYK completa con más de 10 millones de combinaciones disponibles.

Precios, rendimiento y especificaciones de la impresión 3D FDM

El precio de las impresoras 3D FDM varía considerablemente. La más económica, de tipo RepRap montable, parte de 300 €. El precio crece exponencialmente hasta los 2.500 € para los modelos de gama media y hasta los 10.000 € para máquinas profesionales. Los principales actores en el mercado son el fabricante histórico Stratasys y marcas como MakerBot (adquirida por Stratasys en 2013), Ultimaker y Prusa.

Aunque algunas impresoras 3D pueden imprimir capas finas de hasta 50 micras de espesor, la calidad de impresión FDM no es la mejor si se compara con otras tecnologías, como la estereolitografía por ejemplo. El volumen que las impresoras 3D pueden imprimir suele ser de 12x12x12 cm, aunque las impresoras XL pueden imprimir hasta 30x30x30 cm y las impresoras extreme pueden imprimir incluso más de un metro cúbico.

Existen diversos tipos de impresoras 3D FDM según el mecanismo utilizado. Las impresoras 3D cartesianas emplean las coordenadas de los ejes X, Y y Z, mientras que los modelos polares emplean las coordenadas polares (ángulo y longitud). También están disponibles impresoras delta con una estructura vertical, una plataforma de impresión redonda y un extrusor fijo de tres brazos. Más recientemente, se han introducido en el mercado brazos robóticos con múltiples ejes de rotación para las impresoras 3D FDM.

El modelado por deposición fundida (FDM) en pocas palabras

Bajo coste, facilidad de manejo y velocidad de ejecución hacen de la impresión FDM una técnica popular. Los sectores en los que esta tecnología encuentra aplicación son diversos: aeroespacial, automoción, arquitectura, medicina, arte y otros. Su uso principal es la creación rápida de prototipos o la validación de modelos visuales o piezas funcionales. La extrusión de filamento puede utilizarse fácilmente en la producción a pequeña escala con su amplio catálogo de materiales termoplásticos.