¿Cómo imprimir en 3D con varios colores o materiales con un solo extrusor?

Muchos usuarios de impresión 3D con tecnología FDM se han formulado esta pregunta en algún momento.

La mayor parte de las impresoras 3D FDM de escritorio tienen un solo extrusor, por lo que el usuario “pierde” la opción de combinar varios filamentos; como por ejemplo a la hora de imprimir piezas complejas utilizando un filamento de construcción y un filamento de soporte o en el caso de que la pieza requiera integrar varios colores.

Imagen 1: Jarrón impreso en 3D con filamentos Fillamentum y Mosaic Palette. Fuente: Fillamentum.

Para resolver esta problemática, existen varias soluciones dependiendo de las necesidades del usuario y de la complejidad de la pieza. En este artículo explicaremos dos:

• Utilizando un software laminador.
• Utilizando un dispositivo externo.

Utilizando un software laminador

El método más simple consiste en utiLizar el Software de laminado para generar archivos .gcode preparados para que, en el momento indicado, el usuario cambie el filamento de la impresora. De esta manera, se podrán imprimir piezas de varios colores o materiales.

En este caso, la impresión con varios colores estará limitada a capas completas. Es decir, cada capa aislada será de un único color (no habrá dos colores por capa). Es muy importante tener en cuenta estas limitaciones a la hora de diseñar la pieza.

Para utilizar este método, se recomienda utilizar Ultimaker Cura, uno de los Software libres más populares de hoy en día; aunque es posible realizar el proceso con otros software de laminado sin problemas.

1. Para comenzar, se debe importar el diseño escogido en Ultimaker Cura.
2. Una vez abierto, se deben ajustar los parámetros de acuerdo al material que se va a utilizar en la impresión de la pieza.
3. En este punto, se debe averiguar a qué altura o en qué capa se desea cambiar de color/material.
4. Una vez obtenida esta información, se debe acceder a Extensiones > Post Processing > Modificar Gcode y presionar Añadir secuencia de comando > Pause at height.
5. En la ventana emergente se debe escoger pausa por capa (layer) o por mm (height). Dependiendo del diseño escogido, será más cómodo utilizar un comando u otro. En cualquier caso, la cifra que incluyamos en la casilla corresponderá a la capa o la altura en la que se va a realizar el cambio de filamento.
   
   El término Park Print Head X/Y se refiere a las coordenadas a las que se debe dirigir el Hotend en el momento de la pausa. Se recomienda utilizar las coordenadas 0/0 (Home) para facilitar el cambio de filamento.
   
   Además, se deben configurar los parámetros retraction, retraction speed y Extrude Amount. Los dos primeros dependerán del material utilizado, mientras que, para el último, se recomienda fijar unos 5 cm; que corresponderán a la cantidad de filamento que se extruirá tras cambiar el filamento, antes de reanudar la impresión.

Imagen 2:  Interfaz de Cura. Fuente: Ultimaker Cura.

Este método no sería viable para imprimir una pieza compleja que requiere de material de soporte (ej.: ABS + PVA). En caso de querer emplear distintos materiales, se deberá tener en cuenta el grado de adherencia que existe entre ellos. En caso de que la adherencia no sea suficiente, la pieza se separará tarde o temprano en las capas de unión entre materiales.

Utilizando un dispositivo externo

El método del software laminador tiene ciertas limitaciones y requiere de la participación del usuario durante el proceso de impresión para cambiar de material; es decir, no es un proceso automático.

Para resolver esta problemática, la empresa Mosaic Manufacturing ha desarrollado un dispositivo que permite imprimir con hasta 4 colores o materiales diferentes: Mosaic Palette. En este caso, es posible incluir hasta 4 colores o materiales diferentes en una misma capa.

Mosaic Palette basa su funcionamiento en la combinación de hasta 8 filamentos en uno sólo de forma continua. 

Para facilitar el funcionamiento y la usabilidad de Mosaic Palette 3 y Mosaic Palette 3 Pro, Mosaic Manufacturing ha desarrollado de manera paralela su propio software de laminado: Canvas.

Al importar un diseño a Canvas, se pueden señalar y diferenciar las zonas de distintos colores/materiales de forma sencilla y muy intuitiva, como si de colorear se tratase. En este Software, también se pueden crear los perfiles de los distintos materiales que se desean utilizar.

Mosaic Palette 3 y Mosaic Palette 3 Pro reconocen y calculan la cantidad de cada filamento de cada color/material que requiere emplear en cada capa.

¿Cómo funciona?

Para llevar a cabo el proceso de impresión, Mosaic Palette 3 cuenta con cuatro entradas de filamento y Mosaic Palette 3 Pro con ocho entradas de filamento (cada una, con su propio extrusor y sensor de filamento).

Una vez se introduce el filamento en cada extrusor, éste es dirigido al sistema de corte, que se compone de una cortadora rotativa que secciona el filamento en la longitud exacta requerida según el programa de laminado Canvas.

Tras seccionar el filamento, el material se une al que debe continuar gracias al Splice Core, una resistencia que une los materiales.

Imagen 3: Unión entre dos filamentos. Fuente: Mosaic.

Cuando los trozos de filamento están unidos, pasan por una zona de enfriamiento y atraviesan la Scroll Wheel, una rueda de ajuste que asegura un diámetro correcto a lo largo de todo el filamento.

¿Qué materiales puede utilizar?

Mosaic Palette 3 y Mosaic Palette 3 Pro pueden utilizar un mismo material en hasta 8 colores diferentes, pero también admiten distintas combinaciones de materiales.
En la siguiente tabla se encuentran algunas de las combinaciones de materiales posibles, así como el grado de dificultad que conllevan. En algunos casos se indica que la combinación de materiales es “Experimental”; esto significa que no siempre se puede llevar a cabo con éxito, pero que existen usuarios que han impreso proyectos con esos materiales de forma exitosa.

Además, Mosaic pone a disposición del usuario una gran cantidad de información y recursos en la zona de soporte de su web.

Entre estos recursos, se pueden encontrar configuraciones recomendadas para la unión entre filamentos de distintos materiales, tablas completas de compatibilidad de materiales o resolución de los problemas más comunes.

Siempre se debe tener en cuenta que la configuración de impresión óptima es diferente para cada impresora, por lo que los valores que Mosaic comparte son orientativos. En caso de tener una buena configuración de impresión con un material en particular, se recomienda utilizar esta configuración si se combinan filamentos de este material.

Mosaic Palette cuenta, además, con un espacio en la plataforma Thingiverse, donde sube periódicamente diseños adaptados al empleo de varios colores/materiales con Mosaic Palette.

Imagen 4: Diseño apto para descarga gratuita. Fuente: Thingiverse.

Tanto por los resultados finales como por el servicio y los recursos gratuitos que ofrece, Mosaic Palette 3 y Mosaic Palette 3 Pro resultan una opción más que interesante para aquellos usuarios que desean imprimir con varios colores o experimentar con la impresión 3D de varios materiales con sus impresoras 3D FDM de un solo extrusor.