IMPRESIÓN FDM: ¿QUÉ SIGNIFICA FDM?

La tecnología FDM se utiliza mucho en diferentes sectores. En este artículo sobre la impresión FDM: Qué es la FDM, te explicaremos qué es la FDM, cómo funciona, cuáles son sus componentes y los filamentos compatibles. También trataremos el proceso paso a paso, sus pros y contras, los problemas más comunes y cómo resolverlos. Así que lee bien el artículo para descubrir cómo mejorar tus impresiones.

Introducción a la impresión FDM

La FDM es la tecnología más utilizada en gran parte de los sectores y cuenta con el mayor número de impresoras 3D en todo el mundo. Es probablemente el primer proceso en el que uno piensa cuando escucha el término “impresión 3D”.

¿Qué es la impresión FDM?

El Fused Deposition Modeling (modelado por deposición fundida) es un proceso mediante el cual los objetos se realizan superponiendo capas de material. En este proceso se utilizan filamentos termoplásticos. El filamento se introduce en el extrusor, que a su vez lo coloca donde debe ir en cada capa para obtener el modelo o la impresión.

La impresión FDM se vale de un método fundamental llamado fabricación aditiva (AM). Este método es exactamente lo opuesto a la fabricación tradicional, la cual es sustractiva y prevé la eliminación de piezas de un bloque de material para obtener la impresión.

Comprender el proceso FDM

El mecanismo de funcionamiento de la impresión FDM es sencillo. Consiste en estratificar gradualmente el filamento fundido que pasa a través del extrusor sobre la plataforma de construcción, hasta formar una pieza impresa. Sin embargo, primero es necesario introducir el archivo del proyecto de impresión para que la máquina FDM pueda convertirlo en dimensiones físicas.

Una vez que el proyecto está listo, el siguiente paso prevé insertar un carrete de filamento en la impresora. Cuando la boquilla ha alcanzado la temperatura apropiada, la impresora alimenta el filamento a través de un cabezal de extrusión y una boquilla.

El cabezal del extrusor está conectado a un dispositivo de tres ejes. Así se mueve a lo largo de los ejes X, Y y Z. La impresora expulsa pequeños hilos de filamento fundido y los deposita capa tras capa a lo largo de un recorrido establecido por el proyecto.

Ventajas de la impresión FDM

• Es posible utilizar formas y cavidades complejas.
• Es bastante limpia, fácil y se presta para su uso en oficinas.
• Es económica y ayuda a contener los costes de producción.
• Reduce los tiempos de producción y los productos llegan al mercado más rápidamente.
• Los materiales termoplásticos utilizados en la FDM son estables tanto mecánica como ambientalmente.

La tecnología FDM explicada

Ahora ya conoces el mecanismo de impresión FDM, tal como te explicamos anteriormente. Para comprender plenamente el proceso, debes familiarizarte con sus componentes.

Componentes de la impresora FDM

Las impresoras FDM están constituidas por algunas partes fundamentales que trabajan juntas para completar el proceso de impresión. Veamos cuáles son los componentes de una impresora FDM:

Extrusor

El extrusor es el punto en el que se debe insertar el filamento. Cuenta con un extremo frío para introducir los filamentos y un extremo caliente para fundirlos. El filamento fundido es luego empujado por un motor hacia una pequeña boquilla que lo expulsa sobre la base de impresión en capas para realizar modelos 3D.

Base de construcción

La base de construcción es una superficie plana donde la boquilla deposita el filamento para obtener la impresión 3D. Normalmente, la placa es un soporte calefactado que mantiene una cierta temperatura entre las capas durante toda la duración del proceso de impresión para una mejor adherencia entre las capas y la placa. Estas bases calefactadas también reducen el riesgo de deformaciones y pueden moverse desde el eje X al Y para responder a las dimensiones del objeto. Por tanto, adquiere la mejor base de impresión para obtener impresiones 3D de calidad.

Filamento

La impresión FDM usa materiales termoplásticos de grado industrial, como el ABS y el PETG, transformados en un hilo largo y fino enrollado en una bobina. Tomando en consideración tu impresora FDM, el diámetro del filamento puede oscilar entre 1,75 mm y 3 mm. Aprovecha las diferentes variantes de filamentos y personalízalos para desatar tu creatividad.

Sistema de control

El sistema de control de la impresora FDM supervisa el procedimiento de impresión. Cuenta con un microcontrolador que interpreta los comandos del modelo, controla la temperatura de la base de impresión y del extrusor, regula el movimiento de los motores y monitoriza otros parámetros establecidos.

Materiales utilizados en la impresión FDM

No todos los tipos de filamentos son compatibles con las impresoras FDM. He aquí una lista de los filamentos de grado industrial más compatibles con las impresoras FDM.

Tipos de filamento comunes

PLA

El Ácido Poliláctico, llamado también PLA, es uno de los filamentos FDM más utilizados gracias a su reducido porcentaje de deformación, a la simplicidad de impresión, al acabado brillante y a la emisión mínima de olores durante el proceso de impresión. Los fabricantes utilizan caña de azúcar y almidón de maíz como materias primas para la producción del PLA. Este filamento está disponible en numerosos colores vivos para imprimir modelos y prototipos.

ABS

El Acrilonitrilo Butadieno Estireno es un material termoplástico de grado industrial renombrado por su durabilidad y su elevada resistencia al calor y a los impactos. Para el ABS es necesario utilizar una base calefactada para reducir las deformaciones y técnicas de post-procesamiento para obtener impresiones brillantes. Este filamento es especialmente apreciado para imprimir componentes funcionales, cuadros eléctricos y piezas de automóviles.

PETG

Otro filamento compatible para la impresión FDM es el PETG, que une las ventajas del PLA y del ABS, haciéndolo resistente, duradero y transparente. El PETG cuenta con una elevada resistencia a los agentes químicos y a los impactos, razón por la cual es la elección ideal para realizar equipos médicos, modelos de exposición, contenedores para alimentos, botellas y mucho más.

TPU

El TPU se utiliza predominantemente para realizar bisagras, fundas para teléfonos y calzado gracias a sus propiedades de flexibilidad y de absorción de impactos. Presenta las mismas propiedades que el caucho, pero su nivel de dureza varía de duro a rígido y de elástico a blando.

ASA

El ASA es una forma modificada del ABS que presenta numerosas propiedades similares, pero ofrece una mejor resistencia a los rayos UV, a los impactos y a los agentes atmosféricos. Cuenta con una mejor resistencia química y al calor, además de una excelente resistencia mecánica, por lo que es óptimo para imprimir piezas funcionales, componentes para la automoción, aplicaciones en exteriores, señalización y más.

Proceso de impresión FDM paso a paso

En esta sección ilustraremos paso a paso el proceso de impresión FDM para realizar impresiones 3D de alta calidad.

Preparar el modelo 3D

Ante todo, necesitas un modelo 3D y es aquí donde la mayoría de las personas cometen algunos errores que se traducen en impresiones 3D de escasa calidad. Ten en mente las dos cosas que encontrarás a continuación para preservar tu impresión.

Consideraciones sobre el proyecto

En cuanto al diseño de los modelos, a menudo se cometen algunos errores bastante comunes, como utilizar estructuras de soporte innecesarias y no orientadas, que a su vez determinan un desperdicio de tiempo y de filamento. Si el espesor de las paredes no es preciso, la impresión se vuelve frágil. Por tanto, antes de imprimir, es bueno tener en mente las siguientes consideraciones sobre el diseño.

• Reduce los salientes con ángulos graduales.
• Deja a las partes móviles las distancias y tolerancias adecuadas.
• Prevé biseles y redondeos.
• Controla la disipación del calor.
• Mejora la adherencia de las capas.
• Usa técnicas de post-procesamiento.
• No diseñes nada que vaya más allá de las capacidades de la impresora.

Usar un software CAD para crear los modelos

Para crear y modificar proyectos, utiliza un software CAD. Por este motivo, familiarízate con las herramientas y la interfaz del software. Escala el modelo correctamente para garantizar las dimensiones de impresión adecuadas y evitar deformaciones. Prueba las herramientas de dibujo 2D para realizar la forma básica de la impresión y luego transfórmala en un modelo 3D. Utiliza el software para realizar los detalles. Añade características al proyecto y modifica sus dimensiones. Ve a la herramienta de análisis para verificar la presencia de errores y realizar modificaciones. Elige el formato de archivo correcto para guardar el modelo y transferirlo al slicer. Establece los parámetros de impresión para obtener los códigos G y cárgalos en la impresora para iniciar la impresión.

En este punto debes controlar frecuentemente la impresión y resolver los problemas si es necesario.

Hacer el corte (slicing) del modelo

Ahora que tienes un modelo, es el momento de pasar al corte con un Software Slicer. Este software estima la cantidad de filamento necesaria y calcula el recorrido para producir la impresión.

Panorama del software Slicer

Un slicer, como se deduce del nombre, corta el modelo 3D en capas finas (0,1-0,3 milímetros). El software genera códigos G o una larga lista de instrucciones que establecen el recorrido del extrusor. Según las instrucciones, el extrusor expulsa el filamento por capas para crear la impresión. El slicer también estima la densidad de relleno, la temperatura y la velocidad de impresión necesarias.

Ajustar la configuración del slicer

Para realizar algunas modificaciones, basta con abrir el software y cambiar los parámetros establecidos. Mientras tanto, piensa en la calidad de impresión deseada, las peculiaridades del modelo y las propiedades del filamento. Haz algunas pruebas hasta que encuentres la configuración correcta.

Cargar el filamento y calibrar la impresora

Procedimientos de carga del filamento

Lee el manual de la impresora. Precalienta la impresora y corta los extremos del filamento antes de insertarlo en el extremo frío. Aquí el filamento se funde y fluye hacia la boquilla tras haber alcanzado el extrusor.

Nivelación de la base y calibración de la boquilla

Usa una herramienta para nivelar o una hoja de papel para ajustar los mandos de la base de construcción y acercarla o alejarla de la boquilla. Es necesario repetir este proceso para todos los puntos de la placa para asegurarse de que la boquilla esté nivelada correctamente. Para calibrar la boquilla, controla la distancia entre la boquilla y los diferentes lados de la placa de construcción.

Iniciar la impresión

Si todas las instrucciones son correctas, puedes iniciar la impresión.

Enviar el proyecto a la impresora

Transfiere los códigos G a la impresora a través de la conexión de red o una tarjeta SD y elige el archivo del modelo para imprimir.

Monitorizar el avance de la impresión

Es necesario monitorizar activamente todo el proceso de impresión, ya que problemas como deformaciones, escasa adherencia de las capas o atascos del filamento son frecuentes en esta fase. Si esto ocurriese, realiza las modificaciones necesarias para obtener impresiones de calidad.

Ventajas de la impresión FDM

La impresión FDM ofrece diversas ventajas en varios ámbitos. En esta sección discutiremos las ventajas ofrecidas por esta tecnología.

Versatilidad y gran variedad de aplicaciones

La FDM encuentra aplicación en diversos ámbitos, desde la creación de prototipos hasta la investigación. A continuación analizaremos algunas de estas aplicaciones.

Creación de prototipos

La FDM ofrece tiempos rápidos, permitiendo una iteración veloz y una rápida creación de prototipos de los proyectos. Acelera el ciclo de desarrollo del producto y reduce los tiempos de comercialización.

Fabricación y producción

La tecnología FDM evita las problemáticas productivas de la fabricación tradicional y favorece una creación de prototipos más rápida y el uso de geometrías complejas en el diseño de los modelos.

Instrucción e investigación

Los investigadores y los estudiantes pueden diseñar y crear modelos físicos, evaluar los conceptos de diseño y realizar las modificaciones oportunas gracias a esta tecnología. Es un excelente método de aprendizaje porque los estudiantes pueden dar rienda suelta a su creatividad con sus proyectos.

Conveniencia y accesibilidad

Conveniencia de las impresoras FDM

Estas impresoras están disponibles en diferentes categorías. Es posible comprar una impresora de nivel de entrada por unos pocos cientos de euros, o, si se desean modelos avanzados con las mejores características, el coste puede alcanzar los 10.000 euros o más.

Disponibilidad de los filamentos

El ASA, el TPU, el PLA y el PETG son algunas de las mejores alternativas de filamento para las impresoras FDM y el mejor aspecto es que son fácilmente asequibles. Basta utilizar un filamento de calidad que sea adecuado para tu modelo para obtener impresiones de altísimo nivel.

Límites y retos

Aunque la tecnología de impresión ofrece muchas ventajas, no podemos ignorar algunos de sus límites. Gracias a algunos consejos y trucos, es posible superar estas limitaciones. A continuación informamos de los retos más comunes que las personas encuentran en fase de impresión.

Líneas de capa y acabado de superficie

La superficie rugosa y las líneas visibles de las capas son los primeros problemas de este tipo de impresión. La estética de la impresión se ve afectada.

Minimizar las líneas de las capas

Para eliminar este problema, usa una boquilla pequeña, regula la velocidad de impresión y la temperatura y baja la altura de la capa. Mejora el sistema de refrigeración para reducir el calentamiento y mejorar la adherencia de las capas.

Técnicas de post-procesamiento

Para un mejor acabado de la superficie, aplica técnicas de post-procesamiento como el lijado para uniformar la granulosidad. Para obtener una impresión uniforme, púlela con papel de lija. Los vapores de acetona o productos similares son excelentes para obtener un acabado liso.

Precisión dimensional y tolerancia

Es importante asegurar la precisión dimensional y la tolerancia para obtener prototipos funcionales que satisfagan tus criterios. Sin embargo, existen algunos factores que pueden crear problemas y arruinar la impresión:

Factores que influyen en la precisión dimensional

Diámetro del filamento inadecuado, mal sistema de refrigeración, deformación, temperatura errónea del extrusor y contracción pueden comprometer la precisión dimensional de la impresión. También la altura de la capa, la velocidad de impresión y la mala adherencia pueden crear este problema.

Calibración y acabado

La calibración y el ajuste de la impresora pueden ayudar a resolver este problema. Nivele la plataforma de impresión para mejorar la adhesión de la capa y ajuste la altura de la misma. Corrija los ajustes del extrusor para evitar errores dimensionales. Verifique que el flujo sea preciso y calibre la velocidad y la temperatura de impresión.

Voladizos y estructuras de soporte

Los voladizos sin soporte pueden provocar que la impresión se rompa. Las estructuras de soporte excesivas al realizar una impresión compleja pueden alargar los tiempos de impresión. Además, pueden dejar marcas, haciendo que la superficie sea rugosa.

Qué hacer con los voladizos

El uso de estructuras de soporte temporales limita este problema. El laminador (slicer) puede crear estos soportes o puede añadirlos usted mismo para reducir la distorsión de la impresión. Una vez completada la impresión, puede retirarlos.

Tipos de estructuras de soporte

Las estructuras de soporte vienen en diferentes tipos, como el soporte en árbol (tree support) para reducir el desperdicio de filamento. Esta estructura también es fácil de quitar. Si la impresión necesita un soporte robusto, opte por un soporte denso, aunque retirarlo podría ser un poco difícil. Otro tipo de estructura se denomina soportes personalizados, donde puede colocar los soportes donde sea necesario.

Resolución de problemas y consejos para impresiones FDM óptimas

Problemas comunes y soluciones

Imprimir con tecnología FDM conlleva algunos problemas que no son muy diferentes a los de la impresión tradicional. Entre ellos, los problemas más comunes son:

Problemas de deformación y mala adhesión a la plataforma

Estos dos problemas aparecen sobre todo cuando el filamento no se adhiere si la plataforma no está calentada adecuadamente o si la adhesión de la capa es deficiente. La solución consiste en utilizar una cama caliente. Las cubiertas, los soportes y el material adhesivo también ayudan a resolver este problema. Verifique la temperatura y la velocidad de impresión y limpie siempre la plataforma de construcción antes de imprimir.

Hilos (stringing) y goteo

El filamento residual puede seguir goteando incluso durante los movimientos en los que no está prevista la impresión, lo que causa la formación de hilos y goteos. Las causas pueden ser una cama mal nivelada, una velocidad de impresión alta o una temperatura de extrusión demasiado alta.
Por lo tanto, calibre los ajustes de retracción y ajuste la velocidad y la temperatura de impresión para reducir el problema.

Atascos de filamento y problemas de extrusión

Si la temperatura del extrusor es incorrecta o el filamento obstruye la boquilla, se produce este problema. Incluso una inserción incorrecta del filamento puede causar atascos. Para evitar que esto ocurra, limpie siempre la boquilla o cámbiela si es necesario, utilice filamento de alta calidad e insértelo correctamente. Calibre la velocidad de impresión y encuentre la temperatura de impresión adecuada.

Los mejores consejos para la optimización

Consideraciones sobre la velocidad de impresión y la altura de capa

Problemas como la deformación y los hilos ocurren porque la altura de capa no es correcta o porque la velocidad de impresión necesita un ajuste. Imprimir demasiado rápido en el caso de modelos complejos significa comprometer los detalles del diseño, por lo que es mejor reducir la velocidad para mejorar los detalles. Haga algunas pruebas para encontrar la velocidad correcta.
Las capas gruesas pueden imprimirse más rápido, pero conllevan un compromiso con los detalles más pequeños. Por el contrario, las capas más finas son excelentes para detalles pequeños, pero requieren mucho tiempo. Encuentre la altura de capa que mejor se adapte a sus necesidades de impresión.

Ajustes de temperatura y refrigeración

Los filamentos tienen diferentes puntos de fusión. Como consecuencia, algunos de ellos imprimen mejor a alta velocidad y viceversa. Lea el manual del filamento para encontrar la temperatura correcta. La plataforma de trabajo calentada favorece una mejor adhesión de las capas. Por lo tanto, precaliente la cama de impresión a la temperatura adecuada para su filamento.
La refrigeración correcta de las capas es fundamental para evitar la formación de hilos y rebabas. Utilice ventiladores de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento, de modo que los filamentos se endurezcan más rápido.

Consideraciones sobre el diseño

Aprenda a elegir el filamento más adecuado según el proyecto y la complejidad de la impresión. El grosor de las paredes también debe ser adecuado para el proyecto. Si es necesario, utilice estructuras de soporte y, para obtener una superficie más lisa, considere la orientación de la impresión.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una impresora FDM?

El modelado por deposición fundida (Fused Deposition Modeling) es una técnica de impresión 3D moderna inventada en 1989.

¿Cuál es la diferencia entre FDM y PLA?

FDM es una tecnología de impresión, mientras que el PLA es un filamento utilizado para crear impresiones 3D.

¿Por qué es mejor la FDM?

FDM es un proceso de impresión 3D avanzado, rápido y rentable que permite obtener impresiones de calidad y es compatible con numerosos filamentos.

¿Qué es una impresora FDM o SLS?

FDM significa Fused Deposition Modeling (modelado por deposición fundida) y SLS significa Selective Laser Sintering (sinterizado selectivo por láser). Ambas aprovechan la misma tecnología de fabricación aditiva, pero a diferencia de las impresoras FDM, las impresoras SLS utilizan un láser para sinterizar selectivamente materiales en polvo en lugar de filamentos termoplásticos fundidos.

¿Cuáles son los puntos negativos de la impresión FDM?

Acabado superficial rugoso, formación de hilos (stringing) y goteo, deformación y contracción son algunos de los inconvenientes más comunes de la impresión FDM.

¿Para qué es adecuada la impresión FDM?

Esta tecnología ofrece diversas aplicaciones como máscaras y herramientas, prototipos, modelos arquitectónicos y más.

La impresión FDM ofrece numerosas ventajas y es difícil enumerarlas todas en este artículo. Gracias a esta tecnología, el proceso de impresión se ha vuelto mucho más rápido, fácil y eficiente desde el punto de vista de los costes. Ha revolucionado el sector de la creación de prototipos y la producción.