¿Impresión 3D sin soportes con ángulos de voladizo de 90°? Un estudio revela cómo las impresoras FDM estándar pueden lograrlo

Durante mucho tiempo, los usuarios de impresoras estándar de 3 ejes de modelado por deposición fundida (FDM) han seguido una regla general: si se quiere imprimir un voladizo horizontal, es necesario imprimir una estructura de soporte sacrificial debajo de él; de lo contrario, el plástico caliente se hundirá. Pero un nuevo avance pretende dar un giro radical a esa suposición. Los investigadores han desarrollado una novedosa estrategia de planificación de trayectorias que permite a estas impresoras crear voladizos horizontales en voladizo sin necesidad de estructuras de soporte. Su investigación, titulada «Estrategia de planificación de trayectorias inspirada en las ondas para voladizos horizontales sin soportes en FDM», se publicó en el número de julio de Additive Manufacturing Letters.

El secreto de esta hazaña «imposible» es la teoría de la propagación de ondas. En lugar de trazar líneas tradicionales y rectas de plástico, el sistema genera trayectorias continuas que actúan como ondas radiales. Dado que estas trayectorias presentan un comportamiento similar a la difracción, pueden curvarse de forma natural y sortear formas geométricas complejas. Cuando los investigadores pusieron esto a prueba imprimiendo plástico PLA estándar en una impresora 3D convencional de estructura abierta, las nuevas trayectorias onduladas superaron con creces a las trayectorias tradicionales basadas en arcos. Mostraron una flacidez significativamente menor, una cobertura muy mejorada y menos huecos, incluso cuando las formas se volvían complicadas. En una publicación de LinkedIn, la autora Janis A. Andersons se refirió al potencial de este enfoque: «La regla de los 45° nunca fue realmente una limitación inherente al proceso FDM. Es un efecto secundario de cómo siempre hemos indicado a las impresoras que se muevan. Si se cambia el corte, los límites se desplazan con él».

El estudio propone que el uso de la teoría de la propagación de ondas puede ayudar a los creadores a imprimir salientes sin soportes.

Para consolidar aún más la teoría, el equipo imprimió un modelo de demostración multicapa. Demostraron que, una vez establecida esa base inicial de trayectoria ondulada sin soporte, se pueden depositar de forma fiable las capas posteriores directamente sobre ella. Sus mediciones también mostraron desviaciones dimensionales comparables a las de las piezas con soporte convencional para la geometría probada, aunque se observó cierta deformación térmica cerca de los bordes de los salientes.

Además, el equipo imprimió otras cuatro geometrías 3D, que representan configuraciones industriales habituales de salientes, para demostrar hasta qué punto es versátil esta estrategia. En definitiva, el estudio demuestra que los salientes horizontales sin soportes pueden imprimirse con éxito cuando las trayectorias de herramienta se modelan según la teoría de la propagación de ondas.

Furthermore, the team printed four other 3D geometries, representing common industrial overhang configurations, to show just how versatile the strategy really is. Ultimately, the study demonstrates that unsupported horizontal overhangs can be printed successfully when toolpaths are modeled according to wave propagation theory.

El impacto de la impresión 3D sin soportes

Para cualquiera que utilice una impresora 3D, se trata de una noticia práctica, ya que aplicar este método supone un ahorro significativo de material. Además, se podría omitir el tedioso paso de posprocesamiento que consiste en romper y raspar las estructuras de soporte. La investigación lo explica de forma sencilla: «Los salientes horizontales sin soporte no tienen por qué considerarse geometrías intrínsecamente imposibles de imprimir. En muchos casos, su fabricabilidad viene determinada por el diseño de la trayectoria de la herramienta en lugar de por los umbrales de ángulo. Al eliminar la necesidad de soportes sacrificables, este enfoque redujo el consumo de material hasta en un 39 % en el ejemplo presentado».

La imagen superior (a) muestra una impresión típica de voladizo con deposición sobre estructuras de soporte. La inferior (b) ilustra la impresión de voladizo con soporte lateral (LaSO), en la que se aprecia una forma de gota de lágrima.

Aunque los investigadores señalan que aún deben probar los límites exactos de esta estrategia con diferentes materiales y condiciones de impresión, este nuevo método ya está poniendo en tela de juicio lo que creíamos saber sobre los límites de la impresión 3D estándar. Si quieres profundizar más, puedes leer el artículo aquí, que Andersons publicó junto con Salomé Sánchez y Tom Vaneker. Mejor aún, prueba tú mismo la estrategia: ya está implementada en las bifurcaciones de PrusaSlicer y OrcaSlicer.

Si pruebas este método, cuéntanoslo en los comentarios del artículo. ¡Encuentra todos nuestros vídeos en nuestro canal de Youtube y síguenos en Facebook y LinkedIn.

*Foto de portada: Mapas de calor que muestran la distribución espacial de la desviación de la superficie en la dirección de la gravedad (combarse) para estrategias de saliente ondulado en tres niveles de dificultad de forma, con fotografías de las muestras impresas correspondientes. Los salientes ondulados muestran una distribución uniforme de la desviación. (Créditos de todas las imágenes: Janis A. Andersons, Salomé Sánchez y Tom Vaneker)