Impresión 3D con soportes

Una de las mayores limitaciones que presenta la tecnología de impresión 3D FFF es la necesidad de imprimir cada capa sobre la anterior, sin posibilidad de producir puentes, voladizos o paredes con grandes pendientes.

Para solventar esto, es habitual emplear unas estructuras de soporte impresas que sirvan de base de sustentación a los elementos anteriores. Estas estructuras se conocen como soportes.

Imagen 1: Soportes en piezas impresas en 3D. Fuente: 3DHubs

Partes de los soportes

Los soportes constan principalmente de cuatro partes:

• Soporte: Es la estructura que sirve de soporte a las capas en voladizo
• Soporte denso: Se denomina soporte denso a las últimas capas del soporte en contacto con la pieza. Su nombre se debe a que estas capas presentan una mayor densidad que el resto del soporte. Se trata de un parámetro opcional que mejora el apoyo de la pieza al proporcionar una mayor superficie de contacto, sin incrementar significativamente el gasto de material.
• Separación horizontal: Es el espacio entre las paredes laterales del soporte y las de la pieza. Evita que la pieza se adhiera lateralmente a los soportes.
• Separación vertical: Es el espacio entre la cara superior del soporte y de la pieza.

Tipos de soportes

En función del material en el que estén fabricados, los soportes pueden clasificarse en solubles y no solubles. En el caso de impresoras con un único extrusor, los soportes deben elaborarse siempre en el mismo material de la pieza. Cuando se dispone de doble extrusor, los soportes se pueden producir un material diferente al de la pieza. En estos casos, es habitual emplear un material soluble en disolventes en los que la pieza no se solubiliza (ver post filamentos solubles para soporte).

Parámetros de configuración de soportes

El emplear material soluble o no, va a condicionar la configuración de los soportes, por lo que es de gran importancia conocer los diferentes parámetros y cómo afectan al comportamiento de los soportes.
Cada software de laminado puede incluir parámetros propios no disponibles en otros programas, por lo que es recomendable consultar el manual del software que se esté empleando. Sin embargo, existen una serie de parámetros comunes a todos y que permiten configurar cualquier tipo de soporte:

• Umbral de soporte o voladizo: Se trata del ángulo máximo de pared a partir del cual se generarán soportes. Generalmente se emplean valores entre 30 y 60. Alturas de capa pequeñas permiten imprimir mayores pendientes sin soportes, mientras que alturas de capa grandes pueden requerir soportes incluso con pendientes pequeñas.
• Tipo/Patrón de relleno: El relleno se configura como una estructura de baja densidad. Los patrones que se pueden seleccionar son similares a los empleados en el relleno de la pieza. Los unidireccionales (líneas) serán más rápidos y fáciles de retirar, aunque pueden ser menos estables en piezas altas, mientras que los bidireccionales (rejillas) proporcionan una mayor estabilidad pero pueden ser más difíciles de retirar, especialmente en pequeños orificios.
• Densidad del soporte: Es la proporción entre espacio vacío y material en los soportes. Una mayor densidad produce soportes más estables, pero a costa de un mayor gasto de material y dificultad para retirarlos. Habitualmente se emplean valores por debajo del 30%.
• Nº de capas de soporte denso: Es el número de capas en contacto con la pieza y que tendrán una densidad mayor al resto del soporte. Es recomendable emplear al menos 3.
• Densidad de soporte denso: Es la densidad de las últimas capas de soporte en contacto con la pieza. Generalmente se emplean valores superiores al 30% con soportes no solubles y superiores al 80% en soportes solubles.
• Separación vertical: Es la distancia entre la última capa del soporte y la primera de la pieza. Generalmente se emplea el equivalente a una capa cuando se emplean soportes no solubles y cero cuando se emplean soportes solubles.

En el caso de impresoras con doble extrusor, es posible seleccionar diferentes extrusores para el soporte y para el soporte denso. Esto es de gran ayuda para ahorrar material soluble (habitualmente con un coste superior) y tiempo a la hora de solubilizar los soportes. Para ello es recomendable seleccionar el mismo extrusor que imprime la pieza para el soporte, y el extrusor con material soluble únicamente para el soporte denso. De esta forma, al disolver esta interfaz, el resto del soporte se desprende fácilmente de la pieza sin necesidad de disolverlo. Con esta configuración es recomendable emplear al menos 5 capas de soporte denso con una separación igual a cero.

Problemas habituales con soportes solubles

Los materiales solubles, y especialmente los solubles en agua, suelen presentar una mayor dificultad a la hora de imprimir. Algunos de los problemas habituales son:

• Humedad: Esto afecta únicamente a los materiales solubles en agua. Este tipo de materiales son especialmente sensibles a la humedad, por lo que se deben almacenar en condiciones adecuadas. Además, es recomendable emplear cajas estancas o desecantes durante la impresión, ya que pueden hidratarse en unas pocas horas. La consecuencia más habitual de un filamento de soporte húmedo son los atascos en el hotend.
• Mala adherencia: Es muy importante seleccionar un material de soporte compatible, no sólo por temperatura sino también por adherencia. Cuando se imprime un voladizo, el soporte sirve de base, por lo que una mala adherencia provocará un fallo con consecuencias similares a los producidos por problemas de adherencia en la base de impresión. En el caso de los filamentos solubles en agua, la humedad provoca también una pérdida de adherencia del material, algo especialmente habitual en el PVA.
• Atascos: Como se comentó antes, una de las principales consecuencias de un filamento de soporte húmedo son los atascos, pero no es la única causa. Mantener el hotend a elevadas temperaturas sin imprimir durante mucho tiempo puede ser causa también de atascos. Por esto, cuando los cambios de extrusor no sean frecuentes, es recomendable reducir 30 ºC la temperatura del extrusor inactivo.

Nota: En esta guía se tratan los conceptos de forma general y sin enfocarse en una marca o modelo concreto, aunque se puedan mencionar en algún momento. Pueden existir diferencias importantes en los procedimientos de calibración o ajuste entre diferentes marcas y modelos, por lo que se recomienda consultar el manual del fabricante antes de leer esta guía.