Pequeños detalles y paredes delgadas. Limitaciones de la tecnología FDM

A la hora de diseñar y preparar piezas para impresión 3D es muy importante tener en cuenta el límite de resolución de nuestro equipo. Es recomendable evitar elementos con un tamaño inferior, ya que la calidad de impresión de estos elementos será muy baja y en muchos casos, el propio software de laminado los omitirá.

Cómo conocer el límite de resolución de una impresora 3D FDM

Todas las impresoras FDM cuentan con dos resoluciones: una para X e Y y otra para Z. La resolución en X e Y depende directamente del nozzle empleado, sin embargo no se corresponde exactamente con el diámetro de éste, sino con el ancho de extrusión.
Por ejemplo, un nozzle de 0.4 mm en general produce un ancho de extrusión de 0.48 mm, por lo que la resolución en los ejes X e Y sería de 0.48 mm.
Nozzles más pequeños aumentarán la resolución de impresión, mientras que los de mayor tamaño la reducirán. Por ejemplo, un nozzle de 0.25 mm conseguirá una resolución de 0.3 mm mientras que con uno de 0.6, la resolución será de 0.72 mm.

El ancho de extrusión real de una impresora se debe determinar de forma práctica midiendo con un calibre el espesor de un perímetro impreso, sin embargo, para una impresora correctamente calibrada será aproximadamente un 20 % mayor que el diámetro del nozzle.

La resolución en el eje Y coincide con la altura de capa, por lo que se puede variar durante la configuración de laminado.

A la hora de hablar de pequeños detalles, se deben distinguir dos tipos: Paredes delgadas y pequeños detalles.

Las paredes delgadas son aquellas con un espesor menor al ancho de extrusión, y que por tanto no pueden ser impresas con una extrusión sencilla.

Los pequeños detalles son aquellos que a pesar de estar por encima de la resolución de la impresora, son problemáticos a la hora de cerrar perímetros o de enfriarse, debido a su pequeño tamaño.

Cómo configurar la impresión de paredes delgadas durante el laminado

Hay que tener en cuenta, que por defecto, todos los software de laminado omitirán en el gcode cualquier pared con un espesor menor que la resolución de la impresora, por lo que la impresora directamente no las imprimirá.

Imagen 1: Pieza con una pared con un espesor por debajo de la resolución de la impresora, antes y después de laminar. Fuente: elaboración propia.

A pesar de esto, existe una solución para evitar que el software omita estas paredes y trate de imprimirlas. La mayoría de laminadores cuentan con un parámetro que permite ajustar el ancho mínimo de extrusión. Cuando este parámetro se configura con un valor menor al del ancho de extrusión, el software tomará este valor como la resolución mínima e intentará imprimir cualquier pared con un tamaño comprendido entre este valor y el ancho de extrusión. Para ello, ajustará el flujo de extrusión proporcionalmente.

Se debe tener en cuenta que configurar valores bajos en este parámetro conlleva riesgos. Al imprimir con flujos de extrusión menores al óptimo, se pueden dar inconsistencia de extrusión, una pérdida importante de precisión e incluso fallos de impresión. Además, si la altura de la pared es elevada, se corre el riesgo de pandeo. Es recomendable realizar pruebas para determinar el valor mínimo que se puede configurar de forma segura. También es importante trabajar con velocidades de impresión bajas.

Imagen 2: Paredes de 0.92 mm, 0.48 mm y 0.30 mm después de laminar. Fuente: elaboración propia.

Cómo configurar la impresión de pequeños detalles durante el laminado

Al contrario que en el caso de las paredes delgadas, el software de laminado por defecto no omitirá la impresión de pequeños detalles.
Esto puede ser problemático, ya que son estos elementos los que presentan un mayor riesgo de fallo.

Para minimizar el riesgo de fallo es muy importante imprimir estos elementos a velocidades muy bajas y en el caso de materiales como PLA o PETg usar el ventilador de capa al máximo.

En lo que respecta a la configuración de pequeños detalles, cada software los trata de diferente forma. El único parámetro común que afecta a este tipo de elementos es la reducción de velocidad en capas cuyo tiempo de impresión sea muy bajo (15 - 45 s). Es recomendable activarlo siempre con un umbral de aproximadamente 30 s para ABS/ASA y 15 s para PLA y PETg.

Simplify3D permite configurar una longitud mínima de extrusión para extrusiones sencillas, por lo que cualquier pequeño detalle que requiera distancias de extrusión menores de este valor se omitirán en el laminado.

Ideamaker, a diferencia de otros laminadores, cuenta con un apartado específico para pequeños detalles. Esta función permite asignar un diámetro mínimo para detalles y orificios, y aplicar una reducción de velocidad para ellos.

Imagen 3: Apartado de configuración de pequeños detalles en ideamaker. Fuente: Raise3D.com

Consideraciones finales

A la hora de realizar un diseño para impresión FDM es necesario conocer la resolución máxima de la impresora 3D con la que se fabricará y tratar de evitar elementos con dimensiones cercanas a este límite de resolución.

En el caso de que se requiera imprimir pequeños detalles o paredes delgadas, deben tenerse en cuenta los siguientes consejos:

• Revisar la configuración de paredes delgadas del laminador, así como de la función de pequeños detalles en el caso de que disponga de ella. Una configuración inadecuada provocará que se omitan del laminado y por tanto que no se impriman en la pieza final.
• Emplear una velocidad baja de impresión. Si el laminador empleado permite reducir la velocidad únicamente para pequeños detalles se seleccionará esta función, ya que evitará un aumento excesivo del tiempo de impresión. En el caso de que esta función no esté disponible será necesario bajar la velocidad global de impresión. La reducción dependerá del tipo de impresora, del material usado, de la temperatura de impresión y de la eficiencia del ventilador de capa, por lo que deberá determinarse para cada caso concreto de forma independiente.
• Enfriar la pieza lo más rápido posible para evitar deformaciones importantes en las capas.

Se debe tener en cuenta, de todas formas, que trabajar por debajo de la resolución óptima de la impresora supone una pérdida considerable de calidad y un riesgo de fallo de la pieza.