Modelado de deposición fusionada: todo lo que necesita saber sobre la impresión 3D FDM

El modelado de deposición fundida (también conocido como FDM) es la tecnología de impresión 3D más utilizada por los fabricantes y consumidores cotidianos. En este artículo, 3DSourced explica: la historia de FDM; cómo configurar una impresora 3D FDM ; el proceso de impresión FDM; y qué filamentos y materiales de impresora 3D utilizar.

Además, esta guía también explica por qué diferentes impresoras cuestan precios tan diferentes, los principales indicadores del rendimiento de una impresora 3D FDM , FDM vs SLA y sinterización selectiva por láser ; Aplicaciones de FDM; y ventajas y desventajas de FDM.

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Modelado de deposición fundida: explicación

Hemos incluido una serie de infografías y videos además de imágenes para tratar de ayudarlo a comprender el proceso. Hay un resumen al final que explica todo de manera concisa nuevamente.

FDM frente a FFF

El modelado de deposición fundida a veces se denomina fabricación de filamentos fundidos o FFF. Estos procesos de impresión 3D son los mismos, pero usaremos FDM en este artículo. Si ve la impresora FFF 3D escrita en cualquier lugar, es una impresora FDM 3D .

FFF es el nombre que se le da al proceso de producción, aunque Fused Deposition Modeling fue el nombre registrado por Stratasys cuando inventaron el proceso. El nombre FDM se ha quedado con el tiempo.

¿Qué es FDM? Una introducción muy rápida

El modelado de deposición fundida cae bajo el paraguas más amplio de Extrusión de material . Al igual que la sinterización selectiva por láser, FDM utiliza termoplásticos para imprimir piezas. Sin embargo, la diferencia entre estos dos es que FDM usa filamentos, mientras que SLS usa polvos. La estereolitografía se diferencia de ambos porque utiliza termoestables, llamados resinas.

Historia de FDM

FDM existe desde el comienzo de la historia de la impresión 3D . El modelado de deposición fundida fue desarrollado por S. Scott Crump a fines de la década de 1980 antes de fundar Stratasys. Con Stratasys, Crump comercializó FDM en 1990, y la exitosa empresa de impresoras 3D continúa fabricando impresoras 3D FDM hasta el día de hoy.

Otro gran año para la impresión 3D mediante el modelado de deposición fundida fue 2005, el año en que las impresoras 3D RepRap comenzaron a despegar. El movimiento RepRap se basa en la comunidad de código abierto e implica imprimir en 3D las partes de su propia impresora 3D y ensamblarlas usted mismo. Una vez que haya impreso en 3D su propia impresora 3D , está moralmente obligado a imprimir las piezas en otras tres impresoras para otras personas según el código RepRap.

2009 marcó el año en que expiraron las primeras patentes de modelado de deposición fundida, lo que permitió a los entusiastas desarrollar sus propias impresoras 3D de bricolaje y comercializarlas. Empresas como Makerbot y Lulzbot tuvieron un gran éxito en la fabricación de kits de impresora de bricolaje, y Makerbot se convirtió en el gigante valorado en 400 millones de euros que es hoy.

Puede leer más sobre la historia de la impresión 3D aquí .

Configuración de una impresora 3D FDM

Para imprimir cualquier cosa en su impresora FDM 3D, primero necesitará un archivo 3D. Por lo general, un. STL – el modelo de impresora 3D – puede descargarlos de sitios como Thingiverse o Shapeways, o diseñarlos en un programa de software 3D como SolidWorks o SelfCAD.

Una vez que tenga su archivo .STL, necesita usar una herramienta de corte 3D como Cura para cortar el archivo en capas. Estas son las capas individuales que imprimirá la impresora 3D, una a la vez, hasta que finalice el modelo tridimensional. Una vez cortado, solo necesita elegir sus parámetros de impresión y presionar imprimir.

Hay cuatro tipos principales de impresora 3D FDM: cartesiana, impresora Delta 3D , Polar y Scara, y todas funcionan de forma ligeramente diferente. Hemos escrito una guía completa sobre cada tipo de impresora 3D FDM aquí para aquellos que quieran conocer las diferencias.

Algunas impresoras FDM recomendamos:

Guía del comprador de impresoras 3D FDM 2020

Nombre y marca	Volumen de construcción (mm)	Extrusora doble?	Precio	Mejor precio en:	Opción de compra alternativa
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Voxel monoprecio	150 x 150 x 150	No	€ 399	Amazon aquí
Tronxy X5SA Pro	330 x 330 x 400	No	€ 479	Amazon aquí
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QIDI Tech X-Pro	230 x 150 x 150	si	€ 649	Gearbest aquí	Amazon aquí
Prusa i3 MK3S	250 x 210 x 200	Se puede actualizar (pero es muy difícil)	€ 999 ensamblado, € 749 como kit
Qidi Tech X-Max	300 x 250 x 300	si	€ 1,199	Gearbest aquí	Amazon aquí
Ultimaker 3	197 x 215 x 200	si	€ 3,499	Tienda Dynamism aquí
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Elección de los mejores parámetros de impresión con FDM

La calidad, el acabado de la superficie, la fuerza y la velocidad de impresión variarán considerablemente según sus parámetros de impresión. Estas son algunas áreas clave para asegurarse de que ha optimizado para los resultados que desea:

Velocidad de impresión: Sí, la impresión 3D puede parecer que lleva mucho tiempo. Pero acelerar demasiado la impresora crea errores de impresión (esquinas que se caen, partes colapsadas) y generalmente reduce la calidad de las partes y el acabado de la superficie.

Pueden ocurrir errores como en la imagen que se muestra a continuación si la configuración de impresión se establece incorrectamente.

Altura de la capa: la altura de la capa más baja generalmente significará un acabado más suave, aunque una impresión mucho más lenta. Sin embargo, hay escenarios en los que puede utilizar alturas de capa enormes, acelerar la impresión y no sufrir ningún efecto adverso. Todo depende de lo que esté imprimiendo. La regla general es que si está imprimiendo algo muy complejo, por ejemplo, una cara o una pieza de joyería impresa en 3D, use la altura de capa más baja posible. Sin embargo, si está imprimiendo algo como un cubo grande, puede usar alturas de capa grandes, imprimirlo rápidamente y no sufrir una caída notable en la calidad.

Diámetro de la boquilla: técnicamente no es un parámetro, sino una pieza del kit, pero es importante para la forma de imprimir. Las impresoras 3D suelen utilizar boquillas de 0,4 mm de diámetro , pero es posible que cualquier cosa más fina que esto, como texto extremadamente detallado, no se pueda imprimir a menos que compre una boquilla de 0,2 mm. Verifique la boquilla que tiene en su impresora y optimice en base a esto. Los diámetros de boquilla más pequeños crean áreas de superficie más suaves y más detalles, pero al igual que con alturas de capa más bajas, la impresión demora más.

• También hay cuatro tipos diferentes de impresoras FDM 3D, que varían ligeramente. Aquí tenemos una guía completa sobre cada uno de los tipos de impresora 3D .

Relleno: las piezas FDM no se imprimen de forma sólida; costaría mucho más y hay rendimientos decrecientes con la resistencia que realmente necesita una pieza. La norma es un relleno del 20%, que aún crea piezas más resistentes que las creadas con SLA al tiempo que ahorra dinero y tiempo. Si solo necesita un prototipo muy tosco, a veces el 10% será suficiente, aunque en otras situaciones donde se necesita un modelo resistente, a veces se usa el 80%.

Soportes de impresión: si tiene una pieza con voladizos, necesitará soportes o su pieza colapsará y deformará. Las impresoras de doble extrusora hacen esto con facilidad y pueden imprimir soportes en filamentos solubles como HIPS o PVA.

Impresión 3D con modelado por deposición fundida

El modelado por deposición fundida implica alimentar un filamento termoplástico en la impresora 3D, con cualquier soporte u otro material si se trata de una impresora 3D de doble extrusora . El filamento se calienta hasta su punto de fusión, alrededor de 200ºC, aunque esto depende del material, a través de una boquilla calentada y luego se extruye sobre la plataforma de construcción, siguiendo las dimensiones de la pieza especificadas por el archivo STL.

Cuando se termina la primera capa completa, el cabezal de impresión se mueve hacia arriba una altura de capa, antes de trazar la siguiente capa. Esto continúa, capa por capa, hasta que la pieza está completa.

Una vez depositado, el filamento se solidifica para formar una parte sólida, y cada capa se enfría antes de calentarse brevemente de nuevo cuando se deposita la capa encima de ella. Los tamaños de las capas dependen de sus preferencias, pero suelen rondar los dieciseisavos de pulgada.

• También hemos escrito una comparación entre FDM y SLA, que puede ver aquí .

Impresión en color FDM 3D

Algunas impresoras 3D tienen la capacidad de imprimir colores en 3D. Una impresora FDM 3D que hace esto es Da Vinci Color de XYZPrinting, que puede imprimir 10 millones de colores diferentes. Si tiene una impresora 3D de doble extrusora, también puede imprimir dos colores o dos materiales simultáneamente.

Eliminación de soportes y minimización de deformaciones con modelado de deposición fundida

Minimizar la deformación

Una cosa con la que debe tener cuidado con la impresión FDM 3D es la deformación. Las piezas pueden deformarse cuando se usa FDM porque las partes del modelo se enfrían en diferentes momentos, creando tensión. Debido a esto, las secciones del modelo impreso en 3D pueden contraerse y encogerse, lo que afecta la calidad de impresión y el acabado de la superficie.

Esto se puede minimizar con: buena adherencia a la cama y una cama caliente. Ambos ayudan a anclar la pieza, reduciendo la deformación y la tensión en la pieza.

Las impresoras 3D más caras tendrán un entorno de impresión más controlado para mitigar aún más la deformación. Por ejemplo, tendrán configuraciones adaptadas a cada material de filamento y tendrán la capacidad de cambiar las configuraciones de humedad y temperatura para enfriar la pieza mucho más lentamente. Este proceso de enfriamiento más lento significa que la pieza tendrá muchas menos probabilidades de deformarse o contraerse. Las impresoras de cámara de construcción cerrada tienen ventajas a este respecto.

Eliminación de soportes

Las impresoras 3D FDM utilizan soportes, generalmente hechos de HIPS o PVA, para cualquier modelo que sobresalga más de 45 grados. Estos se pueden eliminar de dos formas; en primer lugar, sumergiendo el modelo en una mezcla de agua y solución de detergente (si el material de soporte es soluble). La otra forma es simplemente romper los soportes con las manos, aunque esto corre el riesgo de dañar la impresión.

También puede lijar la impresión para obtener un acabado más suave o pintarla para obtener un aspecto más agradable.

Aquí hay un ejemplo de cómo pintar una impresión en 3D donde YouTuber RCLifeOn pinta un modelo de Rick & Morty que imprimió con una impresora 3D FDM:

Materiales y filamentos de modelado por deposición fundida

Las impresoras 3D de modelado por deposición fundida utilizan filamentos que son termoplásticos que vienen en carretes. El carrete de filamento se alimenta a la impresora FDM 3D. Estos filamentos de impresora 3D generalmente vienen en tamaños de 1,75 mm o 3 mm de diámetro.

• Este es un breve resumen de algunos de los filamentos más comunes. También tenemos una guía completa sobre cada filamento de impresora 3D aquí .

PLA: un material de uso común es el PLA (ácido poliláctico), un plástico biodegradable formado por almidón de maíz o un vegetal similar. Un aspecto positivo de utilizar PLA es que es más respetuoso con el medio ambiente ya que es una materia prima renovable, razón por la cual también tiene amplias aplicaciones en el envasado de alimentos.

Puede imprimir PLA en una impresora 3D sin cambios serios; no necesita una cama con calefacción como lo haría para la impresión 3D de ABS. También se derrite a una temperatura baja y segura, alrededor de 150 ° C. Sin embargo, las impresiones de PLA son generalmente más frágiles que las de ABS.

ABS : El material más utilizado con FDM es ABS. El material ABS es un polímero que también se usa en artículos domésticos como Lego, y es popular porque es económico, ofrece buena resistencia química y es bastante fuerte. Si imprime con ABS, debe calentarlo hasta su punto de fusión, alrededor de 200 ° C, una temperatura relativamente segura y baja en comparación con algunos filamentos más resistentes, aunque más alta que el PLA.

Sin embargo, para imprimir con ABS, necesita una impresora FDM 3D con cama caliente o su impresión se deformará significativamente.

• También tenemos un artículo completo y detallado que explica las diferencias entre PLA y ABS .

Otros materiales que puede utilizar incluyen PC (policarbonato) , nailon , TPU , PEEK y muchos otros filamentos para tipos especializados de impresión 3D FDM.

Los filamentos de polímeros básicos como ABS y PLA son los más baratos, por lo general alrededor de € 25 por kilo. Sin embargo, los filamentos caros y de alta calidad como el PEEK pueden costar mucho más, hasta € 500 por kilo.

Los materiales de soporte pueden estar hechos del mismo material que se usa en la impresión 3D o de PPSF, PVA o HIPS. Si está utilizando una impresora 3D de doble extrusora , la otra extrusora puede imprimir soportes en estos otros materiales al mismo tiempo. Cualquier área que haya sido previamente cubierta por soportes retirados tendrá un acabado notablemente más suave que aquellas que no lo fueron.

Para obtener más información sobre materiales y extrusoras, consulte nuestra guía de extrusoras de impresora 3D .

¿Los mejores filamentos FDM?

Aquí hay algunos filamentos altamente calificados, con enlaces a dónde puede comprarlos a bajo precio:

• El filamento PLA de Hatchbox es económico pero efectivo, alrededor de € 20 / kg. Puedes comprarlo aquí .
• Si está interesado en filamentos de colores interesantes, aquí hay algunos que vienen en colores dorado, plateado y cobre .
• Para soportes de impresión, recomendamos HIPS. Puedes comprarlo aquí .

Precio de la impresora 3D FDM

El modelado por deposición fundida es la tecnología de impresión 3D más asequible, por lo que es ideal para principiantes y aficionados. Debido a esto, es la tecnología de impresión 3D más utilizada.

Las impresoras 3D FDM pueden costar entre € 200 y € 300 para impresoras 3D básicas como la Creality CR-10 o Da Vinci Mini de XYZprinting. Los kits de impresoras RepRap 3D comienzan alrededor de este precio, aunque una impresora Prusa 3D le costará poco menos de € 1,000. Los kits de impresora 3D de bricolaje como Creality Ender 3 ofrecen una buena combinación de calidad y bajo costo.

• Recomendamos nuestro ranking de las 10 mejores impresoras 3D FDM .

Las impresoras 3D FDM de rango medio pueden costar entre € 2,000 y € 3,000. Estos incluyen impresoras 3D de marcas como Makerbot, Ultimaker y Zortrax. Son más profesionales y de mayor calidad, pero como resultado cuestan más.

Las impresoras 3D FDM profesionales como las de Stratasys cuestan mucho más, ¡desde € 10,000 a € 300,000! Estas impresoras imprimen una calidad mucho mayor (precisión> 50 micrones) e imprimen en 3D rápidamente, pero como resultado cuestan mucho más.

Rendimiento de la impresora 3D FDM

Aunque son asequibles, accesibles y fáciles de usar, las impresoras 3D FDM / FFF carecen en algunas áreas. En primer lugar, son lentos. Debido a que se traza cada capa lentamente, las impresiones más grandes del tamaño de un jarrón pueden tardar 12 horas. Si está buscando imprimir en 3D con velocidad, está mucho mejor con SLA o SLS , o incluso con la tecnología CLIP de Carbon 3D para una impresión de alta velocidad.

Además, la calidad de impresión es adecuada, pero no excelente. Aunque las mejores impresoras 3D FDM tienen una precisión de hasta 50 micrones, esto no es ideal y, a veces, aún puede ver las capas en un modelo. Las tecnologías de impresión 3D como SLA y Binder Jetting son mejores para la impresión de alta calidad, ya que ofrecen una mayor precisión y calidad en general.

Aplicaciones de FDM

El modelado de deposición fundida es ideal para la creación rápida de prototipos, ya que puede producir copias baratas de diseños. Por lo tanto, este es el uso principal de FDM, aunque también tiene algún uso en los sectores aeroespacial, médico y artístico.

Empresas reconocidas como BMW, Hyundai y Nestlé son conocidas por utilizar FDM en sus procesos. Se trata de un prototipo rápido para crear prototipos rápidamente y medir su eficacia.

Además, hay algunas personas y empresas fantásticas que están utilizando FDM para crear prótesis impresas en 3D de bajo costo para quienes las necesitan.

• Tenemos una historia completa escrita sobre las aplicaciones de las prótesis impresas en 3D y cómo podrían cambiar la vida de 30 millones de personas en todo el mundo.

Más allá de las aplicaciones industriales, FDM es la opción para la mayoría de los fabricantes a quienes les gusta jugar con los modelos e imprimirlos en casa. Si está buscando una impresora 3D barata para probar cosas, comience absolutamente con el modelado de deposición fusionada.

Ventajas y desventajas de FDM

Ventajas de FDM

• FDM es una tecnología 3D barata y accesible. Esto lo hace perfecto para principiantes en la impresión 3D . También es la tecnología de creación rápida de prototipos más utilizada debido a su facilidad de acceso.
• La tecnología es fácil de usar y las impresoras suelen ser fáciles de usar. Esto se debe a que FDM es principalmente un proceso de impresión 3D de consumo más que industrial , por lo que se hace un esfuerzo para que las impresoras 3D sean fáciles de usar.

Desventajas de FDM / Limitaciones de FDM

• La calidad de impresión de las impresiones 3D FDM / FFF no es tan buena como las de SLA o SLS .
• La impresión 3D con modelado de deposición fundida es lenta. Esto lo hace inutilizable en algunas industrias cuando se necesitan rápidamente una gran cantidad de piezas.
• La impresión capa por capa en FDM a veces puede dar lugar a problemas de deformación y contracción menor.

Por lo tanto, para resumir, FDM es una excelente opción de impresión 3D para principiantes debido a su simplicidad y bajo costo. Sin embargo, para los usuarios que buscan imprimir una gran cantidad de modelos rápidamente y con una calidad muy alta, es mejor que lo haga en otro lugar.

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