Cómo mejorar impresoras 3D FDM de gama baja

Hasta hace unos años, las únicas alternativas para iniciarse en el mundo de la impresión 3D pasaban por adquirir una impresora doméstica comercial, cuyo coste era en muchos casos inaccesible o adquirir las piezas y componentes necesarios para montar una impresora 3D del proyecto RepRap, ya fuese en forma de kit o por separado. Esta última opción era realmente asequible a nivel económico, pero exigía altos conocimientos y pericia tanto en el montaje, programación y calibración para obtener buenos resultados. Esto suponía una barrera importante para muchos usuarios cuyo objetivo era únicamente iniciarse en el proceso de impresión 3D y no en el de construcción y calibración de impresoras 3D.

Imagen 1: Impresora RepRap Mendel. Fuente: reprap.org

Sin embargo, eso ha cambiado. En la actualidad es posible adquirir impresoras 3D FDM premontadas y preconfiguradas a precios realmente económicos. Marcas como Creality, Tevo, Anycubic, Artillery o Geeetech producen impresoras sencillas y listas para usar con precios por debajo de los 500€ y en algunos casos incluso por debajo de los 300€.

Una gran parte de este tipo de impresoras 3D suelen ser equipos de muy baja calidad, con fallos habituales y en muchos casos prácticamente inusables, sin embargo, existen unos pocos modelos que han conseguido alcanzar una excelente relación calidad-precio y acaparan buenas críticas en las redes.

Imagen 2 Impresora Ender 3. Fuente: creality3dofficial.com

Modelos como la Ender 3 y la CR-10s de Creality o la Sidewinder X1 de Artillery se han convertido en la puerta de entrada al mundo de la impresión 3D para muchos usuarios y aunque puedan ser opciones ideales para iniciarse, al poco tiempo muchos usuarios empiezan a ser conscientes de las limitaciones de este tipo de impresoras.

Ahorro de costes y limitaciones

Pese a la buena relación calidad-precio de algunas de estas impresoras 3D, es inevitable que, para conseguir unos precios tan bajos, sea necesario sacrificar la calidad de ciertos componentes.

En general los principales puntos débiles de estas impresoras son los siguientes:

• La calidad y estabilidad del frame.
• La calidad de las bases de impresión.
• El hotend.
• El extrusor.

Algunos propietarios de este tipo de impresoras, que quieren dar el salto a impresiones más complejas o a materiales más avanzados, se topan con que su impresora 3D no es capaz de alcanzar las temperaturas adecuadas o que su extrusor es incapaz de traccionar correctamente un material flexible. En estos casos surge la duda de si dar el salto a una impresora de mayor calidad, con la elevada inversión que supone, o renunciar a usar otros tipos de materiales y conformarse con la calidad actual.

Imagen 3: Nozzle original de E3D y clon. Fuente: Hackaday.com

Sin embargo, existe una solución intermedia: tratar de mejorar los puntos débiles y actualizar determinados componentes clave de la impresora por otros de alta calidad como los empleados en impresoras de gama superior. De esta forma se puede mejorar sustancialmente la calidad de impresión y ampliar el abanico de materiales disponibles.

La calidad y estabilidad del frame o estructura

En general los frames de estas impresoras suelen ser ligeros y en algunos casos poco robustos. Esto es especialmente acusado en las más económicas, donde en muchos casos se abusa del uso de componentes estructurales de plástico.

Imagen 4: Geeetech i3. Fuente:geeetech.com

Esto implica que es imposible alcanzar velocidades y aceleraciones altas sin provocar vibraciones que afecten a la calidad de impresión. Quizás este sea punto débil menos importante, ya que, conociendo la limitación de velocidad de cada impresora 3D y manteniendo la velocidad de impresión por debajo, las vibraciones serán casi inexistentes y la calidad de impresión buena. También es posible mejorar la robustez de la impresora 3D mediante piezas impresas o mejorar la estabilidad anclando la impresora 3D a una base sólida que minimice las vibraciones.

Calidad de la base de impresión

No siempre más grande significa mejor. Cuanto mayor sea el volumen de impresión en una impresora, más importante es usar componentes de alta calidad. Quizás donde más claramente se puede ver esto es en la base de impresión. En la actualidad muchas de estas impresoras incluyen una base formada por una plancha de aluminio de 2 o 3 mm de espesor con una lámina plástica en su superficie. Mientras que en una base inferior a 25 cm la planitud de la plancha de aluminio suele ser bastante buena, en impresoras 3D de gran formato con bases de 40 cm o 50 cm las bases suelen mostrar mala planitud, especialmente en aquellas con un espesor inferior a 4 o 5 mm. En este caso, aunque estén perfectamente niveladas, suelen aparecer problemas de adherencia o la imposibilidad de imprimir en toda la base.

Lo más recomendable es ser realistas con el tamaño de impresión que vamos a necesitar antes de adquirir una impresora y optar por el menor tamaño que se ajuste a nuestras necesidades. En la mayoría de los casos una base de 20 cm x 20 cm o de 25 cm x 25 cm es más que suficiente.

Sin embargo, hay ocasiones en las que realmente es necesaria una impresora de gran formato o incluso nos encontramos con una base de pequeño tamaño que presenta una mala planitud. En estas situaciones la solución es bastante sencilla y económica. Para mejorar una base de baja calidad se puede adquirir un cristal del tamaño de nuestra base y colocarlo directamente encima de la base. Los cristales suelen tener una planitud casi perfecta, muy superior a las bases de aluminio. Además, para conseguir la base perfecta podemos colocar en su superficie una lámina Buildtak original o de PEI que asegurará la mejor adherencia de las piezas.

Imagen 5: Base de adherencia BuildTak. Fuente: Buildtak.com

Otra opción muy interesante para mejorar las bases de impresión hasta 310 mm, es instalar una base magnética de alta calidad como la BuildTak FlexPlate o la base Ziflex. Este tipo de bases no solo mejoran la planitud y adherencia de la base original, sino que también facilitan la extracción de las piezas impresas.

Imagen 6: Base flexible Ziflex. Fuente: Zimple3D.com

El Hotend

La mayoría de estas impresoras usan clones de baja calidad de hotends reconocidos como el E3D V6 y el E3D volcano. Aunque estéticamente puedan parecer iguales, internamente no tienen nada que ver. A diferencia de los hotends originales de V6, estos hotends clónicos no son all-metal, sino que el filamento es conducido a través de un tubo PTFE de baja calidad. Esto unido a que la refrigeración de los hotends no es en muchos casos ideal, implica que estas impresoras están limitadas a imprimir materiales con temperaturas de impresión inferiores a 260 ºC. Además, la probabilidad de atascos y Heat Creep se multiplica respecto a un hotend de alta calidad.

Imagen 7: V6 original vs clon. Fuente: spiritdude.wordpress.com

Otras impresoras como las Creality usan su propio hotend, y aunque se trata de un componente de buena calidad, no deja de ser un modelo básico limitado a usar materiales con temperaturas de impresión por debajo de 255 ºC.

Imagen 8: Hotend original de Creality. Fuente: creality.com

Actualizar el hotend de una impresora económica puede ser una de las mejoras más importantes que se pueden llevar a cabo, sin embargo, también puede ser una de las más complejas. Cuando el hotend de serie sea un clon de alguno de marcas reconocidas como E3D o Slice Engineering, la mejor opción es sencilla y consiste en reemplazarlo por su equivalente original. Esto no solo implica la mejora de usar un hotend de alta calidad, sino que también abre la puerta a disponer de todos los recambios y accesorios de cada ecosistema, algo de gran importancia a largo plazo si se quiere avanzar en el mundo de la impresión 3D. En este caso la única complicación es la necesidad de modificar el firmware de la impresora cuando se reemplaza el termistor. Es importante saber si la impresora que queremos actualizar permite realizar modificaciones de firmware, en caso contrario será necesario mantener el termistor de serie.

En los casos en los que el hotend sea de diseño propio, el proceso puede complicarse. Al no disponer de un equivalente de alta calidad que permita un reemplazo sencillo, puede ser necesario rediseñar y producir piezas nuevas que permitan adaptar un hotend de E3D o Slice Engineering. Este proceso puede llegar a ser muy complicado para muchos usuarios.

Imagen 9: Adaptación de Mosquito a una Ender 3. Fuente: thingiverse.com/brotherchris

Sin embargo, esto se simplifica para aquellos usuarios de impresoras 3D Creality y otras impresoras 3D que usen el mismo hotend, como la Tevo Tornado, la TronXY X5S, Alfawise U20 o Lotmaxx SC-10.

La marca americana MicroSwiss ha desarrollado un hotend all metal de alta calidad compatible completamente con el hotend de Creality. Este hotend permite imprimir con facilidad filamentos con temperaturas de hasta 285 ºC, consta de un heatbreak de titanio grado 5, un disipador de alta calidad y un nozzle de latón niquelado. Además, ofrece una amplia gama de nozzles compatibles en múltiples materiales y diámetros.

Imagen 10: Hotend All Metal de MicroSwiss para impresoras Creality. Fuente: Microswiss.com

El extrusor

Muchas de estas impresoras usan clones de extrusores de alta calidad, sin embargo, al igual que en el caso anterior, aunque la apariencia sea similar el rendimiento es muy inferior. La actualización del extrusor es probablemente la mejora más importante, junto con el hotend, y la que más puede afectar a la calidad final de impresión. Como contrapartida, en muchos casos puede ser la más compleja y que mayor inversión requiere.

Aquí se pueden dar tres situaciones:

• Impresoras con extrusor directo
• Impresoras con extrusor bowden
• Impresoras con extrusor bowden convertidas a directo

Impresoras con extrusor directo.

Este caso es similar al de los hotends. Si la impresora dispone de un clon de alguna marca reconocida como el Titan Aero o el Bondtech BMG, la mejor opción pasa por su equivalente original. Sin embargo, en este caso hay que tener más cuidado y asegurarse de que existe compatibilidad. A diferencia de los hotends, en los que en la mayoría de casos las dimensiones son las mismas al equivalente original, en los extrusores puede haber diferencias de diseño que imposibiliten el reemplazo directo. La mayoría de marcas como E3D o Bondtech facilitan planos y medidas de sus extrusores en sus páginas web, además es fácil encontrar en los principales repositorios de archivos 3D modelos precisos de estos extrusores. Es recomendable medir el extrusor de la impresora 3D y compararlo con el original para asegurarse que se puede reemplazar fácilmente.

Imagen 11: Clon de Titan Aero. Fuente: Aliexpress.com

Cuando el extrusor tenga un diseño propio será necesario adaptar el carro de la impresora. En los principales repositorios de archivos 3D pueden encontrarse diseños para adaptar extrusores de calidad como el Titan Aero a las impresoras más comunes como algunas Creality. En el caso de que sea necesario diseñar un nuevo carro, puede ser una buena opción sustituir el extrusor original por el nuevo E3D Hemera, su sistema de montaje T-Slot integrado facilita la integración en cualquier impresora.

Video 1: Sistema de montaje de E3D Hemera. Fuente: e3d.com 

En cualquier caso, cambiar el extrusor en muchas ocasiones implica modificar los pasos por mm en el firmware, por lo que deberemos asegurarnos de poder hacerlo. En caso de no poder modificar permanentemente el firmare de la impresora, se deberá añadir en los gcode de impresión el comando M92 con la configuración de pasos adecuada.

Impresoras con extrusor Bowden.

Se trata probablemente del caso más sencillo. Al estar fijo en un punto, hacer un soporte adaptado a un extrusor concreto es realmente fácil. En este caso la mejor opción es reemplazar el extrusor de serie por un Bondtech BMG original.

Para la mayoría de propietarios de impresoras Creality y Tevo Tornado el proceso es incluso mucho más sencillo. Bondtech dispone de una versión de su reconocido BMG adaptado especialmente para estas impresoras.

Imagen 12: Extrusor Bondtech para impresoras Creality. Fuente: Bondtech.com

Al igual que en al caso anterior, puede ser necesario modificar la configuración de pasos por mm del firmware.

En cualquier caso, tanto si se reemplaza el extrusor como si no, lo que si se debe actualizar siempre es el tubo bowden. Sustituir el tubo PTFE de serie por un Capricorn XS es una modificación sencilla, económica y mucho más importante de lo que se cree. Contar con un tubo bowden con un diámetro interno ajustado y baja fricción mejora considerablemente la precisión y consistencia de la extrusión. Si encima combinamos un extrusor Bondtech BMG con un tubo bowden Capricorn XS conseguiremos uno de los mejores sistemas bowden que existen actualmente en el mercado.

Imagen 13: Tubo PTFE corriente vs Capricorn XS. Fuente: Captubes.com

Impresoras con extrusor bowden convertidas a directo

En la mayoría de casos es la opción más compleja. Además de ser necesario rediseñar completamente el carro para acoplar un extrusor directo y modificar el firmware para adaptar los pasos por mm, al modificar la posición del extrusor es necesario prolongar el cable del motor.

Para aquellos usuarios de impresoras bowden, es la mejor actualización posible, aunque puede ser un proceso muy complejo, reservada solo a los usuarios más experimentados.
Sin embargo, al igual que en los casos anteriores, los usuarios de impresoras Creality tienen varias opciones para realizar esta conversión de manera rápida y sencilla gracias a Bondtech y a Microswiss. Actualmente existen tres extrusores directos compatibles con impresoras Creality:

MicroSwiss

MicroSwiss además de su Hotend All Metal para impresoras Creality, ofrece también un extrusor DDG de alta calidad. Se trata de un extrusor ligero fabricado íntegramente en aluminio mecanizado. Es compatible con el hotend original de Creality, sin embargo, la mejor opción para sacar el máximo rendimiento de la impresora es combinarlo con el reconocido Hotend All Metal de MicroSwiss. La instalación de este extrusor es realmente sencilla y requiere de unos pocos pasos, además de ser la opción más económica.

Imagen 14: Extrusor MicroSwiss para Creality. Fuente: Microswiss.com

Bondtech DDS

Se trata de una de las opciones más profesionales y completa. Consiste en un cabezal completo compuesto por un extrusor Bondtech BMG y un hotend V6 original. Todo completamente ensamblado y cableado. Esta actualización permite tener un extrusor directo con algunos de los mejores componentes que hay actualmente en el mercado, con la ventaja de poder instalarlos de manera fácil y rápida. Además, permite el uso de todos los componentes del sistema V6, más completo que el Mk8 que lleva de serie. En este caso también es necesario modificar los pasos por mm del motor del extrusor y los parámetros del termistor en el firmware.

Imagen 15: Extrusor DDS para impresoras Creality. Fuente:bondtech.com

Bondtech DDX

Es el nuevo extrusor directo para impresoras Creality. Se trata de la opción más versátil de las tres. Al igual que la anterior se basa en un extrusor Bondtech DDX adaptado, pero en este caso no incorpora el hotend, sino que es compatible de manera directa con el propio de Creality. Además, permite usar los reconocidos hotends Slice Mosquito y Copperhead a través de un kit de adaptación. Combinado con cualquiera de estos dos hotends es probablemente uno de los sistemas de extrusión directa más avanzados que hay en la actualidad, a la altura de los que se pueden encontrar en muchas impresoras profesionales.

Imagen 16: Extrusor Bondtech DDX. Fuente bondtech.com

Para muchos usuarios de impresoras de gama baja que quieran avanzar explorando nuevos materiales o mejorando la calidad de sus impresiones, actualizar determinados componentes de su impresora puede ser la mejor opción sin tener que realizar la inversión que supone adquirir una impresora 3D semiprofesional o profesional. Simplemente actualizando el conjunto de extrusor y hotend se puede mejorar considerablemente la calidad así como experimentar con materiales que antes eran inviables o emplear nuevos nozzles con diámetros desde 0.25 mm hasta 1.5 mm.

Estas opciones son especialmente interesantes para aquellos propietarios de impresoras de la marca Creality, ya que disponen de un abanico de opciones más amplio, así como de la mejor compatibilidad.