Los patrones de relleno en la impresión 3D, ¿qué tipos hay y para qué se utilizan?

El relleno tiene una función vital en la impresión 3D, ya que ofrece un control preciso sobre la estructura interior de las piezas impresas. A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, la impresión 3D permite crear y ajustar los patrones de relleno intrincados. El relleno se refiere a la estructura interna de una pieza impresa en 3D, que proporciona mayor soporte, resistencia y rigidez. Al mismo tiempo esto influye en el peso y las propiedades físicas de la pieza. La generación del relleno se realiza mediante un software de corte, que traduce un modelo 3D en instrucciones para la impresora 3D.

Como vemos, es importante comprender el papel de los patrones de relleno a la hora de utilizar la impresión 3D. Sin embargo, esto puede resultar complejo para los usuarios más principiantes. Para ello, deben comprender los tipos de patrones, elegir la densidad adecuada, gestionar los voladizos, minimizar las imperfecciones, optimizar los ajustes de impresión y adquirir experiencia práctica. Profundizando en estos entresijos, podemos desarrollar las habilidades necesarias para superar estos retos y lograr resultados óptimos. En esta guía, os mostraremos los aspectos básicos para que podáis entender los patrones de relleno y crear piezas mediante impresión 3D con éxito.

¿Qué es la densidad de relleno?

La densidad del relleno se refiere a la «plenitud» del interior de una pieza impresa y suele especificarse como un porcentaje que oscila entre el 0% y el 100%. Una densidad menor crea una pieza más hueca, más ligera y con menos material, pero puede afectar a la resistencia final. Por otro lado, una densidad mayor da lugar a un interior sólido, lo que aumenta el peso y la resistencia de la pieza. La elección de la densidad de relleno depende de los requisitos específicos de la pieza. Para impresiones estándar que no requieran una resistencia excepcional, se recomienda una densidad del 15-50%. Este rango equilibra el tiempo de impresión, el consumo de material y la resistencia. Para impresiones funcionales que requieran más resistencia, se aconseja una densidad de relleno superior al 50%, siendo el 100% el máximo. Sin embargo, las densidades más altas aumentan el tiempo de impresión y la cantidad de material utilizado.

Por otra parte, en el caso de figuras y modelos destinados únicamente a la exposición, basta con una densidad de relleno del 0-15%. Esto generará impresiones más rápidas, con menos necesidad de material, aunque más frágiles. Cuando se imprimen materiales flexibles como TPU, se puede utilizar cualquier densidad. Sin embargo, cabe mencionar que las densidades más altas darán lugar a una menor flexibilidad.

Rellenos de distintas densidades. (Créditos: Triplaxis)

Tipos de patrones de relleno en la impresión 3D

Además de la densidad del relleno, la elección del patrón también influye en las propiedades de la pieza final. Los distintos slicers ofrecen una gran variedad de patrones, desde líneas simples a formas geométricas complejas. Cada patrón tiene sus propias características, que afectan a la resistencia, el tiempo de impresión, la carga de peso y la flexibilidad. Veamos ahora los distintos tipos que podemos encontrar:

• Lineal: Este patrón consiste en líneas impresas en una dirección, proporcionando resistencia en dos dimensiones. Es adecuado para impresiones rápidas, consume menos material y mantiene el peso relativamente ligero.
• Panal: Este patrón crea una estructura visualmente atractiva que se asemeja a un panal de abejas. Ofrece una resistencia moderada y es adecuado para impresiones semirrápidas teniendo en cuenta el material. El relleno de panal suele preferirse cuando la reducción de peso es una prioridad, por lo que resulta adecuado para aplicaciones más exigentes.
• Cuadrícula: Similar al lineal, el patrón de rejilla consiste en líneas bidimensionales impresas en cada capa, lo que proporciona resistencia bidimensional. Ofrece un equilibrio entre resistencia, uso de material y tiempo de impresión. El relleno de cuadrícula es versátil y suele utilizarse cuando se requiere un nivel moderado de soporte estructural.
• Triangular: El patrón triangular presenta líneas triangulares superpuestas que proporcionan resistencia en dos dimensiones dentro del plano XY. Es adecuado para impresiones que requieren más resistencia.
• Trihexágono: Este patrón combina líneas que van en tres direcciones en el plano XY, creando formas hexagonales con triángulos en medio. Ofrece fuerza en dos dimensiones y es adecuado para piezas fuertes.
• Cúbico: El patrón cúbico consiste en cubos apilados inclinados 45 grados alrededor de los ejes X e Y, que parecen triángulos. Proporciona una gran resistencia en tres dimensiones.
• Octeto: El patrón octeto es similar al cúbico, pero se materializa en forma de cuadrados en lugar de triángulos. Ofrece resistencia tridimensional y es visualmente atractivo.
• Giroide: El patrón giroide es visualmente llamativo, con curvaturas cóncavas irregulares que se entrecruzan. Consigue un equilibrio entre resistencia, uso de material y tiempo de impresión. El relleno gyroid se usa cuando la integridad estructural es crucial, ya que ofrece una mayor capacidad de carga y reduce el riesgo de delaminación.

Créditos: B&C Digital Fabrication Solution

A la hora de decidir el patrón de relleno adecuado, es importante tener en cuenta las ventajas únicas de cada patrón en términos de resistencia, peso, tiempo de impresión, flexibilidad y cantidad de material. Las piezas estándar suelen integrar patrones de cuadrícula o triangulares, mientras que los estampados funcionales pueden aprovechar patrones como el cúbico, el giroide o el octeto. Los patrones de relleno como el giroide o el concéntrico son ideales para objetos que requieren una gran resistencia o capacidad de carga, ya que ofrecen una mayor integridad estructural. Por otro lado, el relleno de panal destaca en la reducción de peso, ya que proporciona un uso eficiente del material y características de ligereza. Los patrones lineales se utilizan habitualmente en figuras y maquetas para agilizar el proceso de impresión, mientras que los patrones concéntricos destacan cuando se trata de impresiones flexibles, ya que ofrecen resistencia con un consumo mínimo de material. Para impresiones de uso general que buscan un equilibrio entre resistencia, velocidad y uso de material, el patrón de relleno de cuadrícula suele ser la opción más adecuada.

El relleno relámpago en UltiMaker Cura

El relleno relámpago (lightning infill, en inglés), es el primer relleno inteligente integrado de forma nativa en un slicer, concretamente en UltiMaker Cura. Este introduce un enfoque único para la impresión 3D mediante la generación dinámica de soportes internos basados en la geometría del modelo. A diferencia de los modelos tradicionales, el relleno relámpago reduce el uso de filamento y el tiempo de impresión al mantener una estructura parcialmente hueca mientras refuerza el techo del modelo. Aunque no está diseñado para aplicaciones resistentes o de soporte de carga, el relleno relámpago ofrece ventajas significativas en términos de eficiencia del filamento y creación rápida de prototipos. Mientras que otros patrones de relleno se recomiendan para piezas funcionales o que soportan tensiones, el relleno relámpago es ideal para reducir el consumo de material y conseguir una impresión más rápida.

Un ejemplo del relleno relámpago. (Créditos: UltiMaker Cura)

Resistencia, versatilidad y precisión en la impresión 3D

Los patrones de relleno son esenciales para crear piezas estructuralmente sólidas mediante impresión 3D. No sólo mejora las características físicas de la pieza, sino que también proporciona soporte y conectividad entre las áreas de impresión en formas complejas. Aunque es posible imprimir sin relleno o con relleno reducido para formas sencillas, suele ser necesario para piezas estándar y funcionales. Esto garantiza la resistencia, la estructura y la distribución del peso del objeto impreso.

Para conseguir un acabado uniforme y evitar marcas visibles en la superficie del modelo causadas por el relleno, pueden realizarse varios ajustes. El grosor de la pared es un factor crítico, ya que las paredes finas pueden provocar marcas, sobre todo en las zonas superiores del modelo. Aumentar el grosor de la pared o el número de capas superiores e inferiores puede ayudar a mitigar este problema. El porcentaje de solapamiento determina la cantidad de relleno impreso en el perímetro del modelo, lo que afecta a la resistencia de la pared. Ajustar el solapamiento, con un valor óptimo en torno al 10%, puede reducir las marcas. El orden de impresión, creando el relleno antes de las paredes, puede mejorar la calidad de la superficie de los voladizos, pero puede dejar pequeñas marcas en las superficies laterales de la pieza.

Comprender la relación entre la densidad, el patrón de relleno y otros parámetros de impresión, permitirá optimizar las piezas para requisitos específicos. Seleccionando cuidadosamente los ajustes de relleno adecuados, puedes conseguir la resistencia, el peso, la estructura y otras propiedades deseadas en las piezas impresas en 3D.

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*Créditos foto de portada: Prusa