Impresoras 3D con diferentes cinemáticas: comparación, ventajas y desventajas

Existen varias tecnologías de impresión 3D: Procesamiento de luz digital (DLP), estereolitografía (SLA), Sinterización selectiva por láser (SLS), Sinterización selectiva por calor (SHS) y otras. En este artículo vamos a explicar la tecnología FFF y hablaremos de sus ventajas y desventajas, así como de las impresoras 3D que la utilizan.

Introducción

Las impresoras FFF (Fused Filament Fabrication) también se conocen como impresoras FDM (Fused Deposition Modeling). Estos dispositivos pueden crear impresiones depositando plástico fundido en la cama de impresión capa por capa. Las impresoras FFF se utilizan tanto con fines comerciales como en el hogar.

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Cinemática en impresión 3D

Cada impresora 3D utiliza su propia cinemática que controla el movimiento de las partes mecánicas: lechos de impresión y extrusoras. En este artículo revisaremos cuatro tipos de impresoras FDM: impresoras cartesianas, delta, polares y 3D con brazos robóticos.

Las impresoras cartesianas son las impresoras FFF / FDM más comunes del mercado. La tecnología utiliza tres ejes: X, Y, Z (sistema de coordenadas cartesianas) para determinar los movimientos de las piezas mecánicas: el cabezal de impresión y la cama se mueven de acuerdo con las coordenadas.

Hay un número limitado de formas posibles para que las plataformas y los cabezales de impresión se muevan:

1. La plataforma se mueve horizontalmente a lo largo de uno de los ejes: X o Y, la extrusora se mueve verticalmente a lo largo del otro eje.
2. La plataforma se mueve horizontalmente (Z), la extrusora se mueve bidimensionalmente a lo largo de los ejes XY.
3. La plataforma se mueve verticalmente y a lo largo de uno de los ejes horizontales, la extrusora se mueve horizontalmente.
4. La plataforma no se mueve, la extrusora se mueve en tres dimensiones.
5. La plataforma se mueve a lo largo de los ejes XY, la extrusora se mueve verticalmente.

El segundo es el más común: la plataforma se mueve verticalmente y la extrusora se mueve en el plano XY.

Ventajas de la cinemática cartesiana

Las impresoras cartesianas producen algunos de los resultados más estables entre los dispositivos FDM. Los consumibles para FDM son económicos y están disponibles en diferentes colores y materiales. Las impresoras 3D cartesianas se utilizan a menudo comercialmente para imprimir recuerdos, decoraciones y otras cosas hechas a medida.

Las impresoras 3D cartesianas son populares y están bien establecidas entre entusiastas y profesionales. Hay muchas comunidades en línea con mucha información sobre su diseño, cómo operan y cómo construirlas.

Los modelos impresos con el sistema de coordenadas cartesianas se pueden desmontar y usar para construir otros más grandes, y permite hacer objetos de cualquier tamaño sin estar limitado por el volumen de construcción de la impresora. Muchas impresoras 3D están disponibles como kits. Para los recién llegados y aquellos que no quieran aprender sobre la construcción de impresoras, hay dispositivos preensamblados disponibles. Permiten comenzar a imprimir casi de inmediato.

Cinemática cartesiana de CoreXY y H-Bot

Esta cinemática se utiliza a menudo con fines comerciales. Tienen un movimiento de extrusión no estándar: se mueve verticalmente.

Fuente de la imagen: https://www.pinterest.com

CoreXY cuenta con dos motores que controlan dos correas que mueven la extrusora en el plano XY.

Fuente de la imagen: smoothieware.org

La cinemática del H-Bot es similar pero utiliza un sistema de transmisión por correa diferente. Solo hay un cinturón montado en un marco que tiene forma de H, de ahí el nombre de la cinemática.

Fuente de la imagen: smoothieware.org

Cuando ambos motores giran en la misma dirección, la extrusora se mueve a lo largo del eje X, cuando giran en diferentes direcciones, la extrusora se mueve a lo largo del eje Y. Cuando uno de los motores no se mueve, la extrusora se mueve en diagonal.

Entre las impresoras 3D con este diseño, está Designer X PRO . La impresora tiene una velocidad muy alta, ya que la tecnología JetSwitch permite una impresión en dos materiales más rápida (hasta 5 segundos más rápida en modo normal y 250ms en modo borrador). El cabezal de impresión rediseñado con una precisión de 1 µm y una plataforma de nueva generación permiten imprimir modelos de alta calidad comparables a los productos manufacturados. Tiene una función de impresión de dos materiales. El software controla completamente el proceso de impresión, lo que reduce los errores y maximiza la eficiencia.

Ejemplo de modelo impreso:

Fuente de la imagen: 3d.3dbuilders.pro

Impresoras Delta

Las impresoras Delta son diferentes a las cartesianas tanto externamente como en proceso de trabajo. La principal diferencia radica en la forma en que se mueve la extrusora en relación con la cama de impresión.

Fuente de la imagen: https://3dprint.com/

El diseño DELTA tiene una extrusora que está montada en tres puntos conectados a una cama de impresión que no se mueve.

Ventajas y desventajas de las impresoras Delta

En comparación con las impresoras cartesianas, la cinemática Delta permite una mayor velocidad pero proporciona menos precisión. La razón es el hecho de que el movimiento de la extrusora requiere que los tres motores funcionen simultáneamente, lo que conduce a errores en el posicionamiento de coordenadas.

Otras ventajas:

• Talla pequeña. Una impresora delta es alta, pero por lo demás no requiere mucho espacio.
• Ausencia de partes salientes. El usuario puede hacer la estructura más rígida y conseguir un cerramiento.
• Posibilidad de imprimir modelos altos.

Fuente de la imagen: http://rwgresearch.com/

Desventajas:

• Precio más alto.
• Difícil de montar por tu cuenta. Los usuarios de nivel de entrada pueden tener problemas para ensamblarlo correctamente, por lo que se recomienda comprar una impresora premontada.
• Trabajar con coordenadas polares requiere un software menos común y piezas más caras debido a una mayor potencia de procesamiento.

Los ejemplos incluyen la impresora 3D Tevo Little Monster. Su uso principal es comercial: diseño, publicidad y fines educativos, pero también se puede utilizar en el hogar. Es pequeño y rápido. Materiales soportados: PLA, ABS, PLA flexible, HIPS, MADERA, PVA, Nylon.

Ejemplo de modelo impreso:

Fuente de la imagen: https://twitter.com/

Impresoras 3D Polar

Este nuevo e interesante diseño polar está representado en el mercado por una empresa llamada Polar. Utiliza coordenadas polares: significa que el posicionamiento está determinado por el radio y el ángulo en lugar de los ejes XYZ de uso común.

Fuente de la imagen: http://www.purdue3dpc.org

La plataforma es circular, gira y se mueve horizontalmente en una dimensión, mientras que la extrusora se mueve hacia arriba y hacia abajo. Imagínese un tocadiscos de vinilo: el cabezal de impresión es como una aguja y la plataforma es como un disco. La diferencia es que este último no solo gira sino que también se mueve, mientras que el primero tiene un movimiento limitado.

Ventajas y desventajas del diseño Polar

Las impresoras 3D con diseño polar permiten crear objetos de gran tamaño, utilizando menos espacio y siendo energéticamente eficientes. Estas máquinas carecen de precisión, pero el fabricante probablemente podría resolver este problema en un futuro previsible.

Fuente de la imagen: https://about.polar3d.com/

Polar 3D es una de estas impresoras. No tiene una cama caliente, lo que dificulta el uso de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). La impresora es pequeña, eficiente pero de baja precisión en comparación con las impresoras 3D delta y cartesianas. El fabricante recomienda utilizar el dispositivo con fines educativos.

Ejemplo de modelo impreso:

Fuente de la imagen: https://www.tomsguide.com/

Impresoras 3D con brazos robóticos

Usan un manipulador mecánico programable con una extrusora en lugar de una pinza. Además de sus funciones como manipuladores e impresoras 3D, los brazos robóticos industriales a gran escala (también existen los de pequeña escala) pueden realizar soldadura, pintura, fresado y muchas otras funciones.

Fuente de la imagen: http://www.dubox.me/

Si bien la impresión 3D con brazos robóticos se utiliza principalmente en entornos industriales, existen modelos para uso doméstico con un amplio conjunto de funciones.

El brazo robótico educativo de Dobot Magician puede hacer muchas cosas. Puede dibujar, escribir, agarrar y mover objetos, grabar con láser, etc.

Ejemplo:

Fuente de la imagen: https://www.youtube.com/

SCARA

SCARA (brazo robótico articulado de cumplimiento selectivo) es un diseño cinemático basado en un bloque que se mueve horizontalmente debido a un mecanismo de palanca de enlace.

Los dispositivos que utilizan esta cinemática son más compactos, tienen una precisión muy alta y una mejor repetibilidad que la que pueden proporcionar los manipuladores robóticos tradicionales, menores niveles de ruido y vibración. Los robots SCARA no solo son más precisos sino también más rápidos que los robots cartesianos de tamaño y masa similares.

Pero estos dispositivos son costosos, tienen una rigidez limitada a lo largo de los ejes XY, un área de construcción más pequeña y un movimiento limitado.

Los ejemplos incluyen Dobot M1. Es un pequeño robot de escritorio que se puede utilizar tanto como impresora 3D como manipulador. Se controla con software o aplicaciones móviles. Tiene varios cabezales acoplables para imprimir, grabar, soldar y ensamblar.

Ejemplo de modelo impreso:

Fuente de la imagen: https://thegadgetflow.com/

Cinemática de sistemas robóticos

Las ventajas de las impresoras 3D con manipuladores robóticos son obvias: el área de trabajo no se limita al tamaño de una cámara de construcción, ya que estas máquinas no tienen una. Estas máquinas son más pequeñas pero tienen la misma área de impresión.

Fuente de la imagen: https://spectrum.ieee.org/

La extrusora no se limita a sus movimientos como en las impresoras FDM, puede moverse en trayectorias complejas en tres ejes con diferentes ángulos, lo que simplifica la realización de modelos complejos. Otra ventaja es que los brazos robóticos también se pueden utilizar para otros fines, una vez que la extrusora se sustituye por otros módulos.

La precisión de impresión no es comparable a la de las impresoras 3D cartesianas, pero gracias a su versatilidad y gran tamaño, estos robots se pueden utilizar para la impresión 3D en entornos industriales donde se vuelven casi insustituibles.

Los brazos robóticos de escritorio pequeños son buenos como ayuda visual o como herramienta para su pasatiempo.

Conclusión

Antes de comprar una impresora 3D, pregúntese por qué la necesita. ¿Sería para un uso comercial, tu trabajo o pasatiempo? Las impresoras 3D FFF / FDM son versátiles porque pueden usarse para diferentes propósitos. Ya sea que desee aprender sobre la impresión 3D y obtener un nuevo pasatiempo, convertir sus ideas creativas en realidad o iniciar un negocio, no importa. Hay una impresora 3D adecuada para cada propósito, pero debe tomarse su tiempo para elegir lo que realmente necesita.

Si necesita ayuda para comprar una impresora 3D, diríjase directamente a https://3dbuilders.pro . Te ayudaremos a elegir la mejor máquina que se adapte a tus necesidades.

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