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Introducción A La Impresión 3D
Introducción A La Impresión 3D
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Introducción
Introducción a la Impresión 3D
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Introducción a la Impresión 3D
VENTAJAS
Complejidad y libertad de diseño
• La impresión 3D permite crear formas y partes complejas – muchas de las cuales no pueden crearse con
métodos de fabricación convencionales.
• Geometrías complejas pueden ser creadas y permite una gran libertad de diseño.
• Al usar la impresión 3D pueden producirse modelos complejos de una sola pieza como el de la imagen, sin
necesidad de producir partes más pequeñas y después juntarlas.
Customización y personalización
• La impresión 3D permite una customización sencilla. Todos y cada uno de los productos puede ser
customizado sin costes de fabricación adicionales.
• Si hubiera la necesidad de cambiar el diseño de un producto en particular, el diseño digital se cambiaría sin
procesos de fabricación costosos ni herramientas adicionales.
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figura, creando muy pocos residuos resultantes de procesos de fabricación aditiva.
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y fácil de ensamblar. Al mismo tiempo, Bowyer colaboraba con la fundación de la empresa MakerBot,
responsable de la venta y distribución de kits para el armado de impresoras 3D de bajo costo.
El vencimiento de las patentes, que protegían algunas de estas tecnologías, llevó a la publicación en internet
de planos e instrucciones para el autoconstrucción de impresoras accesibles y de código abierto. Este fue el
factor principal que favoreció la expansión de la tecnología aditiva en todo el mundo.
Es a partir de 2009 que el proyecto de Bowyer de democratizar el acceso a la impresión 3D comenzó a hacerse
realidad, con una gran reducción de costos y un aumento de la oferta de kits de ensamblaje y de partes
vendidas por separado. Al poco tiempo, las grandes compañías que dominaban el ámbito profesional
comenzaron a ver a particulares, familias, hobbistas y pequeñas empresas como un posible mercado, y a
desarrollar una línea de productos específica.
En la actualidad existe una gran variedad de modelos de RepRap, resultado de adaptaciones y modificaciones
hechas por parte de integrantes de la comunidad que generó el proyecto. Uno de los modelos más populares
es el Prusa i3, utilizado en instituciones educativas, talleres particulares y hogares de muchos entusiastas.
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Modelado por deposición fundida, MDF
Esta técnica fue desarrollada por la compañía norteamericana Stratasys al principio de la década de los
noventa. Se trata de crear objetos mediante la adición pura de material sin emplear ningún tipo de aglutinado
o curado más que la propia disposición sobre la capa anterior.
Las limitaciones de este proceso vienen definidas por la metodología empleada ya que la impresión de cada
capa se realiza empezando por el contorno y rellenando luego según una malla específica. Por otro lado,
para asegurar la plena adherencia entre cada una de las capas, se mantiene la cavidad donde se está
realizando el objeto a una determinada temperatura según el material empleado, que puede ser de color,
pero no se podrán mezclar colores pues cada material necesita unas condiciones específicas. Además, como
el producto se genera directamente en la cama de la impresora 3D, a veces son necesarias estructuras
secundarias que se podrán eliminar mecánicamente o con algún tipo de disolvente.
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Materialización de objetos con una impresora 3D
El objetivo de toda impresión 3D es materializar una idea que da solución a un problema. Para ello es necesario
desarrollar un diseño mental preliminar, luego plasmarlo en un diseño digital y finalmente transformarlo en objeto
físico. Todo esto comprende una serie de pasos que involucran distintos tipos de software y hardware.
El primer paso es tener una idea para un objeto nuevo. La concepción de esta idea puede surgir de un estudio
exploratorio previo vinculado a un problema complejo, ser parte de un experimento para comprender mejor
la impresora y calibrar el equipo, o simplemente vincularse con las ganas de contar con un bello adorno
personalizado para una habitación. El diseño en papel del objeto con medidas precisas será de gran ayuda,
aunque para aplicaciones menos exigentes puede ser suficiente tener un boceto vago.
El siguiente paso es contar con un modelo 3D digital para imprimir. Se puede crear con una herramienta de
diseño 3D o descargarlo de un catálogo en línea de objetos. Existe una alternativa más en este aspecto, los
modelos 3D parametrizables, que pueden ser configurados a través de una interfaz simple para cambiar su
geometría según la necesidad del usuario. Por ejemplo, un modelo 3D de un tornillo parametrizable podría
tener un parámetro que modifique el largo del mismo.
Una vez que se cuenta con el modelo 3D, es necesario que un software especializado, conocido como slicer,
procese el archivo y lo transforme a código G. Este código, como ya se dijo, contiene las instrucciones precisas
para que la impresora pueda crear el objeto a partir de la suma de diferentes capas del material de impresión.
Con el archivo de código G se puede pasar a la materialización del objeto propiamente dicha, donde la
impresora realiza la deposición de material siguiendo las instrucciones necesarias. Una vez finalizada la
impresión, es momento de realizar los acabados finales: si hace falta, se remueve el material de soporte, se
liman asperezas y se pueden aplicar distintos químicos para mejorar la presentación de la pieza.
En las próximas secciones se encuentran desarrollados, con mayor profundidad, cada uno de estos pasos
junto con algunas recomendaciones de software.
DISEÑO 3D
Existen muchas alternativas que permiten obtener un modelo 3D para la impresión. Desde aplicaciones de
modelado 3D de distribución libre a bibliotecas repletas de gran variedad de objetos. Lo única observación
que se debe tener en cuenta para la impresión 3D es que debe existir la posibilidad de exportar el modelo al
formato STL. STL (siglas provenientes del inglés stereolithography) es el formato de archivo estándar de
prototipado rápido. Utiliza una malla de triángulos sobre las superficies para definir la forma de un objeto.
Cuanto más pequeños sean estos triángulos, mejor será la aproximación a la superficie y la resolución,
aunque lograr una buena impresión requerirá de un mayor tiempo de fabricación del prototipo.
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En cuanto al software, existe una gran variedad de alternativas, tanto pagas como gratuitas o de código
abierto. Entre las aplicaciones pagas se encuentran 3DSMax y Rhinoceros, entre las gratuitas Tinkercad y
Sketch Up, y entre las opciones de código abierto están Blender y OpenSCAD. En esta guía de trabajo nos
enfocaremos particularmente en Tinkercad y haremos una breve reseña acerca de OpenSCAD y Blender.
Tinkercad: tiene una interfaz amigable e intuitiva, ideal para los principiantes. Lo mejor es que no
requiere de instalación ya que se puede trabajar online desde cualquier navegador. Además, incluye
tutoriales muy bien explicados para dar forma a ideas, añadir letras, cambiar tamaños, crear objetos,
modificar, añadir o restar formas mediante operaciones booleanas.
Sitio: <www.tinkercad.com>.
Blender: es un proyecto de código abierto, alternativo a las costosas plataformas de modelado 3D
como Maya, 3DS Max o Cinema 4D. Fue lanzado como un proyecto de código abierto en septiembre
de 2002 y goza de una amplia base de usuarios en todo el mundo. Existe una gran comunidad
alrededor de Blender, lo cual permite contar con apoyo técnico a través de preguntas y respuestas
en foros, y de tutoriales y videotutoriales generados por usuarios. Usar Blender puede ser muy útil
para funciones concretas como convertir un archivo de 3DS a OBJ, STL u otros tipos de formato.
Además, posee muchísimas funciones automáticas para las que no hace falta ser un experto y que
pueden ser muy útiles, como el suavizado poligonal. Sitio:<www.blender.org>.
OpenSCAD: aplicación de software libre para crear objetos sólidos tridimensionales. No es un editor
interactivo como las demás alternativas mencionadas, sino un compilador 3D basado en un lenguaje
de descripción textual. A partir de diferentes instrucciones, permite realizar modificaciones sobre
elementos tridimensionales que se combinan para crear geometrías complejas. Un documento de
OpenSCAD especifica primitivas geométricas2 y define cómo son modificadas y manipuladas para
reproducir un modelo 3D. Sitio: <www.openscad.org>.
Las habilidades necesarias para utilizar uno u otro programa son diferentes. Con Tinkercad se pueden lograr
modelos sencillos en muy poco tiempo y es poca la destreza necesaria para obtener resultados prácticos.
Blender, por otro lado, es mucho más complejo de utilizar pero a su vez muchísimo más potente. OpenSCAD
tiene un enfoque distinto que permite desarrollar geometrías a partir de un lenguaje descriptivo que facilita
realizar modelos con medidas precisas. También habilita la posibilidad de crear con mayor facilidad objetos
paramétricos, que son aquellos cuyas características están dadas por parámetros modificables.
Como ha sido mencionado antes, es posible también obtener modelos a partir de catálogos online creados
colectivamente. Existen en ellos gran variedad de objetos que pueden cubrir las necesidades generales y que
además admiten ser sujetos a modificaciones o adaptaciones.
Una lección importante para la fabricación digital es “no reinventar la rueda”: tal vez alguien ya hizo algo
similar antes y lo ha compartido a través de una licencia Creative Commons. Si este es el caso, entonces
podremos descargarlo, imprimirlo e incluso modificarlo para obtener un nuevo modelo.
Thingiverse, por ejemplo, es un popular sitio creado por la empresa MakerBot donde se ofrecen modelos
para la impresión 3D, inclusive diseños listos para imprimir.
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SLICING
Una vez que se cuenta con el objeto digital, lo siguiente es convertirlo a otro formato, el código G: este es el
archivo propiamente dicho de la impresión 3D, ya que es el que interpreta la impresora y, en general, es el
lenguaje descriptivo que utilizan las máquinas de control numérico (CNC) para realizar los trabajos de
materialización. Entre los equipos más comunes que interpretan este código se incluyen fresadoras,
cortadoras y tornos.
Se puede afirmar que el G-code o código G es en realidad el lenguaje mediante el cual las personas pueden
decirle a las máquinas o herramientas controladas por computadora qué hacer y cómo hacerlo. Esos qué y
cómo están definidos mayormente por instrucciones que le dicen a la máquina hacia dónde moverse, cuán
rápido y qué trayectoria debe seguir.
Cuando se transforma un archivo STL (u OBJ) a código G, se está convirtiendo un modelo 3D en una serie de
pasos que va a tener que seguir la impresora para construir ese objeto. Esta es la parte la más importante de
la impresión 3D y, dependiendo de qué programa se elija y cómo se use, se puede tener una gran variedad
de resultados para una misma pieza. Los programas que traducen de STL a G-Code se llaman slicers y por eso
muchas veces a este proceso se lo conoce como slicing (rebanar, en inglés) Al momento de la impresión, el
objeto digital pasará al plano de los objetos físicos y tanto las propiedades estructurales como la fuerza de
gravedad comenzarán a afectarlo. Por tales motivos hay que realizar una serie de acciones que ayuden a esta
transformación, desarrollando estructuras auxiliares para facilitar la construcción del objeto y proporcionar
patrones de relleno para mejorar su rigidez estructural.
SOFTWARES DE SLICING
En este libro vamos a describir a tres de los programas más populares: Slic3r, Cura y Kisslicer. Si bien la
elección de cuál programa utilizar puede ser una cuestión de gusto, cada uno presenta distintos desempeños
según el tipo de objeto a fabricar y por eso es importante conocerlos bien antes de elegir uno.
• Cura: es un software que nos va a permitir convertir los archivos STL (que contienen nuestro diseño
3D) en piezas físicas utilizando un solo entorno de trabajo. Tiene una interfaz visual atractiva y una
representación de modelos avanzada, con opciones de rotación y escalado. Además, es muy rápido
a la hora de cargar y guardar archivos. El raft que produce este software es de los mejores, en general
resulta muy fácil de despegar. Sin embargo, los soportes no son tan complejos ni avanzados como
en el software Kisslicer. Si bien es válido para otros tipos de objetos, este programa se recomienda
para figuras simples, por ejemplo piezas de una impresora 3D. Sitio:
<http://ultimaker.com/en/products/cura-software>.
• Slic3r: es un slicer con una gran cantidad de parámetros para configurar. Tiene una útil herramienta
para cortar objetos por la mitad que puede servir alguna vez. Cuenta con un servicio de
mantenimiento que actualiza y optimiza todas sus características. Sitio: <slic3r.org/>.
• Kisslicer: es el más antiguo de los tres, un programa multiplataforma, rápido y fácil de usar. Se
destaca por tener una buena simulación 3D del objeto y de cómo va a ser impreso, a diferencia de
Slic3r, que es mucho más básico. Por el momento, es el que produce los mejores soportes. Sitio:
<www.kisslicer.com>.
PUESTA A PUNTO
Antes de comenzar con la impresión a partir del archivo con el código G, se debe poner a punto la impresora.
Para ello es necesario asegurarse de que el cabezal de impresión se encuentra en la posición de origen y que
las temperaturas de la cama y el extrusor son las adecuadas.
Existen impresoras con una interfaz de usuario independiente que, a partir de un juego de perillas, botones
y un panel LCD, permiten enviar las órdenes directamente y materializar un archivo guardado en una
memoria microSD. Sin embargo, no todas las máquinas cuentan con dicha interfaz. En esos casos, se suelen
utilizar un software conocido como host (anfitrión), que lleva las instrucciones desde una PC a la impresora.
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TÉCNICAS DE POSPROCESADO
Una vez concluida la impresión, dependiendo del tipo de pieza, del proceso utilizado y del acabado que se
desea, es necesario realizar ciertas tareas para dar por finalizada la materialización del objeto.
• Retirar el soporte
• Quitar imperfecciones
• Macillado.
• Lijado
• Pintado
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