Guía completa: FDM o modelado por deposición fundida, ¡te explicamos todo!

En 3Dnatives queremos que conozcas todas las técnicas de impresión 3D. Después de presentarte el sinterizado selectivo por láser, hoy explicamos la principal tecnología detrás de las impresoras 3D de escritorio, el modelado por deposición fundida.

Esta tecnología, más conocida como FDM de las siglas en inglés Fused Deposition Modeling (también FFF Fused Filament Fabrication, fue desarrollada por S. Scott Crump a finales de 1980 y comercializada en 1990 por Stratasys (EE.UU.), una empresa de la cual él fur parte de su fundación. Otro año clave para esta tecnología es 2005, cuando el profesor Adrian Browyer inició el proyecto RepRap, el movimiento mundial detrás de la auto-replicación de impresoras 3D de código abierto.

Funcionamiento de la impresión 3D por deposición fundida

Esta técnica es considerada a menudo el método existente más sencillo. La tecnología de modelado por deposición fundida o FDM se basa en 3 elementos principales: una placa/cama de impresión en la que se imprime la pieza, una bobina de filamento que sirve como material de impresión y una cabeza de extrusión también llamada extrusor. En resumen, el filamento es succionado y fundido por el extrusor de la impresora 3D, que deposita el material de forma precisa capa por capa sobre la cama de impresión.

Zoom en el extrusor de una impresora 3D Replicator 2 de Makerbot

Quien dice «impresión 3D» dice «modelo 3D»: todo comienza con el diseño del objeto utilizando algún software CAD (como SolidWorks, TinkerCAD o Blender, por ejemplo). El archivo 3D resultante, en su mayoría en formato .STL, se divide en varias capas utilizando un software denominado «slicer» (como Makerware, Cura o Repetier) en el que es posible seleccionar los distintos parámetros de a impresión. Una vez configurado todo, se puede iniciar la impresión.

La impresión 3D comienza cuando la maquina alcanza una temperatura alrededor de los 200°C, necesaria para la fusión del material. Entre los materiales de impresión 3D más populares en la deposición por fusión se encuentran el PLA (ácido poliacético) y el ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno).

Una vez que se calienta la máquina, se extruye un filamento de material de 1,75 mm o 2,85 mm de diámetro sobre la plataforma a través de una boquilla que se mueve sobre 3 ejes x, y y z. La plataforma desciende un nivel con cada nueva capa aplicada, hasta que se imprima el objeto.

Durante la impresión, se pueden utilizar soportes para mejorar la calidad de ciertos modelos. Su función es apoyar las partes sobresalientes del modelo 3D, ya que hay ciertos modelos que sin apoyo es muy difícil que consigan ser impresos. Estos soportes pueden estar hechos del mismo material que el objeto impreso o en un material que sea soluble en agua o limoneno por ejemplo. Aunque es más complicado de manejar, algunas impresoras 3D están equipadas con varios extrusores para combinar varios colores o materiales (materiales de soporte en general).

Placa o mesa de impresión de una Zortrax M200. Con la impresión 3D con soportes del célebre justiciero.

Materiales compatibles con el modelado por deposición fundida

La impresión 3D  de depisición fundida  es compatible con una amplia variedad de polímeros termoplásticos: PLA y ABS, y también de policarbonato como, PET, PS, ASA, PVA, nylon, ULTEM y muchos filamentos compuestos que estén basados ​​en metal, piedra, madera. Esto ofrece interesantes propiedades mecánicas tales como conductividad, biocompatibilidad, resistencia a temperaturas o condiciones extremas, por mencionar algunos. Al reemplazar el extrusor de la impresora 3D con un sistema de jeringa, también es posible crear piezas de cerámica, arcilla o materiales alimenticios (como jarabe o chocolate). Para dar una idea del precio de los consumibles para impresoras 3D, un carrete de 1kg de filamento PLA es de unos 35 €.

Nuevos proyectos también han surgido con el deseo de ofrecer piezas policromadas que combinan miles de colores. La Da Vinci Color del fabricante XYZprinting, RoVa4D de Ord Solutions o la Palette+ de Mosaic Manufacturing , estas pueden combinar los filamentos de color con el fin de obtener toda la gama de colores CMYK (Cian, Magenta, Amarillo y Negro), y llegar a más de 10 millones de combinaciones de colores disponibles. Sin embargo, estas iniciativas siguen siendo relativamente nuevas.

Bobina de filamento en la parte trasera de una Ultimaker

Precio, rendimiento y especificaciones de la impresión 3D FDM

En el modelado por deposición fundida, las impresoras 3D tienen un rango de precio a partir de 300€ para los primeros modelos de impresoras 3D que puedes  montar por ti mismo (tipo RepRap), 2.500 € para los modelos de gama media y cerca de 10.000 € para las máquinas de FDM profesionales. Entre los actores más destacados están el fabricante histórico Stratasys, pero también marcas del movimiento de RepRap tales como MakerBot (adquirido por Stratasys en 2013), Ultimaker o Prusa. Encontrarás más de las marcas destacadas dentro de nuestro comparador.

Aunque algunas impresoras 3D tienen un espesor de capa de impresión de hasta 50 micras, los resultados de postprocesado son todavía menos buenos en comparación con otras tecnologías tales como estereolitografía o la sinterización por láser. Con respecto al volumen máximo de fabricación, las impresoras 3D generalmente permiten alcanzar un volumen de entre 12x12x12 cm y 30x30x30 cm para las más voluminosos. Las impresoras 3D FDM XXL, que superan el metro cúbico, también se han dado a conocer y aquí destacan nombre como BigRep One o 3DP WorkBench de la American 3DPlatform.

Con la tecnología de modelado por deposición fundida es fácil apreciar las capas de impresión, como el el modelo de 3D Benchy

También hay diferentes categorías de impresoras de modelado por deposición fundida dependiendo del mecanismo utilizado. Las impresoras cartesianas 3D usan coordenadas en los 3 planos (X, Y y Z) como sugiere su nombre, mientras que los modelos polares usan coordenadas polares (ángulo y longitud). Las impresoras Delta 3D también están disponibles, con una estructura vertical, una bandeja de impresión redonda y un extrusor fijo de tres brazos. Más recientemente surgieron en el mercado de la impresión 3D los brazos robóticos con múltiples ejes de rotación.

Su coste, su manejo o su velocidad de ejecución hacen que la tecnología de deposición de material fundido sea una técnica utilizada en muchos campos: aeroespacial, automótriz, arquitectura, medicina, decoración, arte y hasta cocina, principalmente para aplicaciones de tipo de prototipado rápido o validación de modelos visuales y/o partes funcionales. Con su gran catálogo de termoplásticos, la extrusión de filamentos también se puede utilizar para la producción en serie a nivel básico.

Encuentra más todos las guías sobre las tecnologías de impresión 3D en nuestra web.

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