Nota: este artículo es muy antiguo y hubo muchos cambios y mejoras en el mundo de la impresión 3D. Se conserva como una foto de una época anterior, no como referencia técnica actual.
Bueno, hoy es día de estreno. Ya está calibrada y montada mi última impresora 3D. Con mi mudanza a este nuevo país, donde afrontar un nuevo reto, ¿cómo iba a faltarme una impresora 3D? En los últimos años nos hemos acostumbrado a escuchar hablar de ellas, pero el crecimiento comercial no acaba de levantar. Para mí, un elemento imprescindible es la multiherramienta para llevar a cabo proyectos: da la libertad de crear y llevar algo a prototipo con muy pocos clics.
Pero antes de continuar, pongamos en situación.
¿Qué es una impresora 3D de deposición fundida? En sí no deja de ser una CNC con un cabezal de fusión que, mediante el calentamiento de un material hasta su punto de fusión, va depositándolo, enfriándolo y solidificándolo. Al hacerlo con un tamaño determinado (nozzle) y un flujo conocido y constante, se puede controlar para ir generando capas de un grosor que suele ir de los 0.15 mm a los 0.8 mm, que es lo que determinará la definición final. O, al menos, esa es la teoría. El nombre de esta tecnología es modelado por deposición fundida (FDM), y como materiales hay muchos, aunque los más usados son ABS, PLA y TPU.
¿Hay otros tipos de impresoras 3D? Claro que sí. En el fondo, como decíamos, lo que conocemos como “impresora 3D” es una CNC, y estamos acostumbrados a las de fresado, pero veamos las que de verdad todo el mundo asocia con la impresión 3D:
Estereolitografía (SLA): un haz de luz ultravioleta cura una resina líquida por capas de entre 0.05 y 0.15 mm, por lo que la calidad es muy alta y muy rápida.
Sinterización Selectiva por Láser (SLS): es una variante de la anterior, con un funcionamiento básicamente igual, pero con una gran diferencia: en este caso no cura una resina, sino que funde el polvo del material que hay en la cuba hasta solidificarlo. Tiene una gran ventaja: no necesita material de soporte para hacer partes al aire, al estar rodeado de partículas de material que no se fundirán, además de la variedad de materiales disponibles y, lo más importante, una resistencia final muy parecida a la de la pieza definitiva.
¿Cuántos modelos de impresoras OpenSource hay? Hay muchísimos, y de cada uno siempre hay variantes; aunque todos nacen de un modelo y una filosofía concretos, es difícil ver dos impresoras iguales, porque nadie se resiste a modificar algo o a cambiar piezas por diseños propios. Los modelos que más se ven, por ser diseños estables, son:
- Prusa i3 Steel
- Rostock
- Ulticampy 3D Printer
Página con el detalle de bastantes modelos
La última que monté no es ninguna de ellas; de hecho, ninguna de las tres que tengo lo es. Por orden de llegada, fueron las siguientes:
- Prusa I2.
- Prusa I3 single frame con marco de metacrilato.
- Mprime con marco casero en chapa metálica de 3 mm.
No recomiendo ninguna de las tres para quien empieza: las dos primeras están descontinuadas y la última es una versión en desarrollo. De hecho, en esta utilicé piezas del diseño original y de la versión de otra persona, con alguna modificación propia sobre el marco y algún estudio de cambios sobre ciertas piezas. Mprime está basada en el modelo Smartrap y en una Prusa i3; la elegí por ser pequeña, fácilmente transportable y con mucho potencial.
El marco de esta impresora se ha fabricado con métodos muy rudimentarios, pero válidos, para que el trabajo quedara bien y funcionase correctamente. Vamos, amoladora y taladro en mano. En la foto se puede ver el resultado final antes de pasar por pintura. No pude evitar montar parte de la estructura solo para comprobar que todo estaba correcto y que el carro Z corría bien por sus guías.
¿Qué partes componen una impresora 3D? Antes de continuar, hagamos un inciso en las partes mínimas que la componen.
Bastidor o Marco: poco que añadir aquí: sostiene todo el sistema de la impresora, y su forma dependerá mucho del modelo elegido.
Ejes de coordenadas: lo más habitual es tener 3 ejes, aunque existen impresoras con 4 coordenadas de movimiento. El componente principal son los motores paso a paso y los fines de carrera (que marcan el punto de referencia de cada eje). A esto se suma el sistema de transferencia del movimiento —normalmente correas o varillas roscadas— y las guías, varillas lisas por las que circulan, con ayuda de distintos rodamientos, acompañando el movimiento del carro.
Extrusor: se considera un eje más. Su función es entregar el plástico en la medida justa y en el momento correcto al hotend.
Hotend: es la parte encargada de calentar el material a depositar con la temperatura más homogénea posible en el punto correcto de su cuerpo, para que fluya con soltura. A la vez, debe mantener fría la parte alta para evitar un reflujo que estropee el plástico que va entrando en la pequeña cámara de fusión.
Cama: es la plataforma donde se deposita el plástico y donde se va fijando la pieza. Debe tener cierto nivel de adherencia para retener la pieza durante toda la impresión. Para mejorarla se usan tres técnicas principales: un material específico sobre el que imprimir, un fijador o laca, o que la propia cama tenga un sistema de calentamiento (cama caliente). Esta última es una de las técnicas más usadas, pero tiene un inconveniente importante: duplica o incluso triplica el consumo de la impresora. Aun así, hay materiales que casi la exigen, salvo que se usen productos especiales sobre la cama. Para facilitar su uso, ahora se tiende a alimentar la cama a 230V, reduciendo el consumo y el tamaño de la fuente de alimentación necesaria. En nuestro caso será una cama simple, que nos limitará a imprimir en PLA.
Electrónica de control y potencia: aquí hay muchas variantes, pero la base suele ser la misma: una placa de control basada en un microcontrolador Atmel con bootloader de Arduino, y una etapa de potencia con tres MOSFET y sus drivers de control de motores paso a paso. La combinación más usada, básica, bien documentada y probablemente la más habitual para empezar es el Arduino Mega 2560 con un shield RAMPS (la placa de potencia) más los drivers de motor. Yo suelo usar esta combinación porque así puedo reciclar la electrónica para otros proyectos si hace falta.
Fuente de alimentación: es la encargada de alimentar la etapa de potencia y, según cómo la configures, también la etapa de control. Según la electrónica que uses, trabajarás a 24V o a 12V —la etapa de control, de hecho, se puede alimentar incluso por USB—. La potencia necesaria dependerá en gran medida de si vas a usar cama caliente o no. En nuestro caso, la impresora no la tendrá, y una fuente de 5A a 12V será suficiente. Aviso: uso una fuente que va justa de potencia, pero con una buena calibración, engrase y los elementos adecuados no debería dar ningún problema.
Firmware: es el programa que se carga en el microcontrolador y el que da vida a la impresora 3D. Se encarga de ejecutar el gcode y, en definitiva, de controlar motores, resistencias de calentamiento y sensores. Hay varias opciones, como el Repetier Firmware, pero yo siempre uso Marlin, posiblemente el más extendido. El firmware requiere cierta configuración y calibración según las características de cada impresora.
Programa de control e interfaz: este programa se encarga de dar una interfaz de usuario entre la máquina y el PC. Entre las opciones disponibles están Repetier Host, Cura o Pronterface.
Slicer: suelen ir de la mano de los programas anteriores. ¿De qué se encargan? Posiblemente sean lo más importante de todo el proceso: a partir de unos parámetros que se les indica —tamaño del nozzle, diámetro del plástico, velocidad, altura de capa—, generan el gcode que ejecutará la impresora para fabricar la pieza. Es decir, convierten un diseño 3D en STL en el gcode final. Los más conocidos son Slic3r, Slic3r Prusa Edition, CuraEngine y Skeinforge.
Con esto hemos hecho un pequeño repaso a las partes básicas; hay muchas otras cosas, pero eso lo dejamos para más adelante.
Y bueno, ¿cómo quedó finalmente la impresora? Pues aquí tenéis el resultado.
Sí, sé que tiene cosas implementadas de las que no os he hablado. Más adelante haremos un capítulo dedicado a los complementos de los que puede disponer una impresora 3D.
PD: este artículo quedó en el tintero allá por el verano y, sin publicar, creo que ya era hora de sacarlo. La impresora se estrenó y ha hecho bastantes impresiones; su uso no fue muy intensivo por falta de tiempo, pero puedo decir que su funcionamiento ha sido excepcional.