Parámetros que determinan la adherencia a la base de impresión

Una adherencia correcta entre la pieza y la base es algo crítico para evitar fallos durante la impresión. La unión entre la primera capa de impresión y la superficie de la plataforma cumple dos funciones básicas:

1. Mantener la pieza en una posición fija durante todo el proceso de impresión para evitar desplazamientos de capa o colisiones con el cabezal.
2. Compensar las tensiones provocadas durante el enfriamiento de la pieza, evitando que ésta se despegue o se deforme.

La adherencia entre la pieza y la base viene determinada principalmente por cuatro factores.

1. La afinidad físico-química entre el material de la superficie de impresión y el material de impresión.

La afinidad físico-química entre el material de impresión y el de la superficie de la base de impresión es quizás el parámetro más importante a tener en cuenta. Es por esto que hoy en día es habitual emplear recubrimientos poliméricos específicamente desarrollados para impresión 3D sobre la superficie de la plataforma. Es muy importante emplear un producto compatible con el material de impresión empleado, ya que algunos materiales, como el PP o el nylon, requieren productos específicos. Existen principalmente dos tipos de soluciones:

• Recubrimientos aplicados sobre láminas adhesivas.
  Consisten en una lámina o cinta adhesiva que contiene un recubrimiento polimérico en una de sus superficies. Originalmente se empleaban cintas Kapton o similares, sin embargo hoy en día existen multitud de soluciones y productos desarrollados específicamente para impresión 3D. Quizás el ejemplo más conocido son las láminas de polímero de la marca Buildtak, aunque se pueden encontrar productos similares de otros fabricantes. Se trata de soluciones genéricas compatibles con los materiales más habituales, aunque se pueden encontrar productos más específicos como las láminas con recubrimiento de PEI o las específicas para polipropileno o nylon. Su principal ventaja es que tienen una buena durabilidad, por lo que pueden emplearse durante varias impresiones sin necesidad de reemplazarlas, sin embargo pierden adherencia con el uso y no proporcionan el mejor rendimiento con determinados materiales técnicos. Además suelen tener una temperatura límite de uso. Para prolongar su vida útil es recomendable imprimir cada vez en una posición distinta de la plataforma, para que el desgaste sea uniforme en toda la superficie.

Imagen 1: Láminas adhesivas Buildtak. Fuente: buildtak.com

• Recubrimientos líquidos.
  Se trata de suspensiones poliméricas que se aplican directamente sobre la superficie de la base y que al secar forman una película continua de polímero similar a la proporcionada por las láminas adhesivas. Se trata de la opción recomendada cuando se trabaja con variedad de materiales técnicos, ya que existen formulaciones específicas optimizadas para cada uno de ellos. Además son fácilmente lavables con agua o alcohol y pueden ser aplicadas de nuevo de forma rápida, por lo que es posible reemplazarla de forma cómoda cuando se cambia de material de impresión. Su principal ventaja es que al disponer de formulaciones específicas para cada material y para altas temperaturas, su rendimiento es mayor. Además permiten regenerar el recubrimiento mediante una nueva aplicación antes de cada impresión, por lo que no se pierde adherencia con el uso.
  En general pueden encontrarse en dos formatos: Stick o spray. En el caso del formato spray, se recomienda aplicarlo siempre con la base fuera de la impresora para evitar dañar o ensuciar otros componentes. En el caso de que no sea posible extraer la base, se recomienda emplear siempre el formato stick al ser más limpio. Los ejemplos más conocidos son las soluciones de adherencia de la marca Magigoo o lacas para impresión 3D como 3DLac.

Imagen 2: Adhesivos para impresión 3D de Magigoo. Fuente: Filament2Print.

2. La superficie de contacto entre la pieza y la base.

Una mayor superficie de contacto entre la pieza y la base produce una mayor adherencia. Hay que tener cuidado con piezas de gran tamaño en impresoras sin cámara calefactada, ya que a pesar de tener mayor superficie de contacto, su volumen es también mayor y por tanto los esfuerzos derivados de la contracción por enfriamiento. El recurso más usado a la hora de aumentar la superficie de contacto es configurar un borde a la pieza durante el laminado. El borde se aplicará únicamente en la primera capa o en algunos casos en las 2 o 3 primeras capas, aumentando la superficie de contacto de la pieza sin aumentar los esfuerzos de contracción. Hay otras formas de aumentar la superficie de contacto, como puede ser aumentar el factor de extrusión durante la primera capa, aunque no es recomendable.

Imagen 3: Borde añadido para mejorar la adherencia de la pieza. Fuente: elaboración propia.

Algunas impresoras incluyen también recubrimientos rugosos o texturizados, lo cual es otra forma de aumentar la superficie de contacto y por tanto la adherencia.

3. La temperatura de la base de impresión.

La temperatura de la base de impresión cumple una doble función en lo que se refiere a adherencia. Por un lado si es igual o ligeramente superior a la Tg del material de impresión, evitará la contracción por enfriamiento de las primeras capas, reduciendo los esfuerzos que tienden a levantar o despegar la pieza. Por otro lado favorece la unión química entre el material de impresión y el del recubrimiento de la superficie de impresión. Es recomendable que la temperatura de la base sea igual o ligeramente superior a la Tg del material de impresión, sin embargo no conviene configurar temperaturas mucho más altas, ya que pueden reducir la adherencia y provocar deformaciones como el pie de elefante.

4. El estado de la base de impresión.

Es muy importante también verificar el estado de nuestra base de impresión. A pesar de cumplir los tres puntos anteriores, puede ser que aún existan problemas de adherencia debidos a un mal estado o mantenimiento de la base. Se deben comprobar periódicamente los siguientes puntos:

• Limpieza de la superficie: La presencia de polvo o suciedad en la base de impresión pueden reducir en gran medida la adherencia. Se debe limpiar la superficie de la base siempre antes de cada impresión
• Defectos o picaduras en la superficie: Una superficie deteriorada puede ser también causa de problemas de adherencia. Es importante mantener la plataforma en buenas condiciones y reemplazarla si se detectan defectos.
• Recubrimiento gastado: En el caso de láminas adhesivas, hay que considerar que pierden eficiencia con el uso, por lo que se deberán reemplazar por una nueva en cuanto detectemos que está gastada. Los recubrimientos líquidos pueden reutilizarse durante varias impresiones, aunque es posible que al retirar la pieza se valla una parte del recubrimiento. Antes de cada impresión debemos comprobar el estado del recubrimiento y hacer una nueva aplicación si fuese necesario.

Imagen 4: Comparativa de una base en buen estado y una en mal estado. Fuente: prusa3d.com

Problemas relacionados con una mala adherencia

La principal consecuencia de la mala adherencia a la superficie de impresión es que la pieza se despegue de la base. Esto provocará siempre el fallo de la impresión, sin embargo en determinadas ocasiones, puede ser también la causa de una avería o rotura del equipo. Si la pieza se despega y se va de su posición original, la impresora seguirá imprimiendo sin tener un sustrato sobre el que depositar el nuevo material. Esto provocará que el plástico se adhiera al nozzle y al bloque, formando una masa que irá creciendo a medida que progresa la impresión. Si no se detiene a tiempo, esta masa de plástico fundido crecerá tanto que puede llegar a dejar inservible el hotend.

Para entender y solucionar los problemas de adherencia, hay que tener en cuenta que la pieza puede despegarse mediante dos mecanismos.

Si no hay una buena adherencia entre la superficie de impresión y la primera capa, la pieza se despegará completamente debido a la fricción del nozzle durante la impresión y a las vibraciones. Generalmente el fallo se producirá al principio de la impresión. En este caso es recomendable comprobar los siguientes puntos:

• Distancia entre el nozzle y la base
• Altura de la primera capa
• Estado de la base de impresión
• Solución de adherencia empleada

Puede ser que haya una muy buena adherencia a la base, sin embargo la pieza comience a despegarse por los extremos. Esto se debe a que la contracción durante el enfriamiento genera unos esfuerzos desde el exterior de la pieza hacia el centro que hacen que se deforme. En estos casos la adherencia entre la pieza y la base no es suficiente para compensar estos esfuerzos generados por la contracción. Este fenómeno se conoce como warping. En este caso, la pieza se despega progresivamente y la impresión puede fallar en cualquier momento, incluso pocos minutos antes de finalizar.
En este caso se puede intentar mejorar la adherencia para compensar el warping, sin embargo se deberán considerar otros factores como los parámetros de laminado, el tipo de material o la temperatura ambiente.

Problemas relacionados con una excesiva adherencia

En algunas ocasiones, una excesiva adherencia a la base puede provocar que sea realmente complicado separar la pieza. En estos casos debe revisarse lo siguiente:

• Distancia entre el nozzle y la base: Es importante tener una separación adecuada entre el nozzle y la base de impresión. Una distancia demasiado pequeña puede dañar la superficie de impresión, provocar una adherencia excesiva de la pieza o provocar un atasco al no permitir salir el plástico fundido.
• Soluciones de adherencia: Algunos materiales como el PETG o algunos materiales flexibles pueden tener una excesiva adherencia en recubrimientos adhesivos o líquidos. En estos casos es recomendable no emplear recubrimientos sobre la plataforma de impresión o imprimir sobre una balsa.
• Exceso de extrusión: Un exceso de extrusión, especialmente en la primera capa puede aumentar también la adherencia.

Cuando aparezca un problema de adherencia excesiva, hay varias formas de favorecer la retirada de las piezas:

• Enfriar la base: Debido a que la base y la pieza tendrán coeficientes de dilatación térmica diferentes, enfriar la base puede ayudar a que la pieza se desprenda. La mejor forma de hacerlo es calentar la base y seguidamente colocarla sobre una superficie fría, como una bolsa de hielo para que se contraiga bruscamente.
• Usar una espátula con filo: En algunas ocasiones, la excesiva adherencia se debe a un efecto ventosa. En estos casos es recomendable introducir una espátula con filo por debajo de la pieza y despegarla progresivamente. Este método tiene el riesgo de que se puede dañar tanto la base como la pieza.
• Disolver los recubrimientos líquidos: Esto sólo es posible cuando se emplea un recubrimiento en spray o en stick. Debido a que estos productos son fácilmente solubles, colocar la base bajo un chorro de agua o sumergirla puede ayudar a retirar la pieza.

Cuando se usan bases de vidrio es necesario ser especialmente cuidadoso, ya que existe un riesgo alto de rotura. Es habitual que al retirar piezas muy pegadas de bases de cristal templado, se arranque un fragmento de la superficie.

El uso de bases flexibles evita en gran medida este problema, por lo que es una opción altamente recomendable.

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.