Cómo detectar y resolver problemas relacionados con la base de fabricación

Para conseguir la mejor calidad en las piezas y evitar el riesgo de fallo, es imprescindible ajustar y calibrar correctamente la plataforma de fabricación, así como comprobar su estado habitual.

Los principales síntomas de un problema relacionado con la plataforma de construcción suelen ser:

• Problemas de adherencia.

• Altura de la primera capa irregular.

• Falta de extrusión en la primera capa.

A su vez, estos síntomas son consecuencia de:

• Una mala nivelación de la plataforma.

• Una mala planitud en la superficie de la plataforma.

• Una separación entre el nozzle y la base inadecuadas.

• Problemas de homogeneidad en la superficie calefactada.

• Un mal estado de la superficie de adherencia.

Siempre que se detecte un problema que pueda estar relacionado con la base de impresión, se deberán verificar estos puntos y corregirlos si fuese necesario.

1. NIVELACIÓN DE LA PLATAFORMA

Se trata de una de las tareas de mantenimiento más habituales. La frecuencia con la que se debe verificar y ajustar depende en gran medida de la calidad y construcción de cada impresora.

Imagen 1: Efecto de la nivelación de la base en la altura de la primera capa. Fuente: Stemfie.org

El proceso de nivelación de la plataforma consiste en ajustar la altura de ésta en al menos tres puntos hasta conseguir que la superficie sea paralela al plano de movimiento en XY del cabezal de la impresora 3D. Existen múltiples formas de ajustar el nivel de la plataforma, aunque la más habitual es mediante 3 o 4 tornillos situados en las esquinas. Algunos fabricantes incluyen asistentes en el software de la impresora que facilitan el ajuste, sin embargo en otros casos debe hacerse de forma manual. Para ello se deben seguir los siguientes pasos:

1. Limpiar la superficie de la base de impresión y asegurarse que no hay restos de plástico ni de adhesivo. Se debe limpiar también la boquilla y comprobar que no queda una gota de plástico en la punta.

2. Colocar un trozo de papel o una galga de 150 μm en un punto cercano al primer tornillo de ajuste.

3. Llevar el cabezal hasta ese punto y bajarlo a la cota 0 en Z.

4. Ajustar el tornillo hasta que el papel o la galga esté atrapada entre la boquilla y la base pero se pueda deslizar sintiendo una leve fricción.

5. Repetir el proceso en los puntos sucesivos.

6. Una vez ajustados todos los tornillos se volverán a comprobar y a reajustar si fuese necesario.

7. La plataforma estará nivelada cuando, tras comprobar todos los puntos, no fuese necesario reajustar ninguno.

Actualmente también se empiezan a encontrar impresoras 3D que no permiten el nivelado manual de la plataforma ya que incorporan sistemas de autonivelado o nivelado automático. En realidad estos sistemas (BLTouch, SuperPINDA, etc) sirven para compensar defectos de planitud en la plataforma,  reajustando en Z la altura del cabezal de manera que mantenga una separación constante en todos los puntos respecto de la superficie de la plataforma. Este sistema permite compensar también pequeños errores de nivelación, sin embargo, salvo en impresoras con una construcción sólida, es recomendable disponer tanto de nivelación manual cómo automática.

Se debe tener en cuenta también que, en aquellas impresoras que no dispongan de un sistema de autonivelado ni de un ajuste manual de la altura del sensor fin de carrera en Z, la separación entre la boquilla y la base viene determinado por el espesor de la galga o el papel empleado para el nivelado. En estos casos es recomendable emplear galgas calibradas de un espesor de entre 150 μm y 200 μm.

2. PLANITUD DE LA PLATAFORMA

La planitud debe comprobarse y ajustarse (si es posible) siempre sobre una plataforma correctamente nivelada.

Imagen 2: Efecto de una base con mala planitud en la primera capa. Fuente: Stemfie.org

La mejor forma de comprobar si existen problemas de planitud es imprimir un patrón de líneas con una altura de 1 capa sobre la base y comprobar si en alguna zona la línea se aplasta o no se adhiere. A la hora de ajustar la planitud se pueden dar tres situaciones:

• Impresoras con un ajuste de planitud mecánico: Se trata de uno de los casos menos habituales. Estas impresoras 3D suelen incluir plataformas de aluminio con un patrón de tornillos ajustables distribuidos a lo largo de la plataforma. Al apretar o aflojar estos tornillos, se provocan pequeñas deformaciones que compensan los errores de planitud. Suelen ser complejos de ajustar y poco efectivos salvo para corregir alaveos sencillos. Generalmente se puede encontrar en impresoras 3d industriales de gran formato.

• Impresoras con autonivelado: Las impresoras que incluyen sensores de autonivelado permiten compensar de manera efectiva defectos de planitud en la base y pequeños errores de nivelación. Se trata de una solución cada vez más habitual en impresoras FDM de todo tipo y que reducen en gran medida las tareas de calibración. Existen diversos tipos de sensores, sin embargo los únicos universales compatibles con todo tipo de bases son los de contacto, tipo BLTouch, por lo que cada vez son más habituales. En el caso de sensores ópticos, capacitivos o inductivos, se debe tener en cuenta que no són compatibles con todo tipo de bases y que su precisión depende en gran medida de las propiedades de la base utilizada.

• Impresoras sin sistema de autonivelado ni ajuste de planitud mecánicos: Aunque cada vez es menos habitual, muchas impresoras 3D de  la gama más económica no disponen de sistema de autonivelado. En estos casos es recomendable emplear bases de vidrio, ya que presentan desviaciones de planitud menores. Si aparecen defectos de planitud importantes en estas impresoras, la única forma efectiva de compensarlos es empleando balsa al imprimir.

Video 2: Sistema de autonivelado por contacto de Raise3D. Fuente Raise3D

3. DISTANCIA ENTRE LA BASE Y LA BOQUILLA

Además de tener correctamente ajustados el nivel y la planitud de la plataforma, se debe asegurar también una distancia correcta entre la boquilla y la base.

Imagen 3: Distancia correcta entre la base de impresión y la boquilla. Fuente: Stemfie.org

En general, cuando se hace una nivelado manual de la plataforma se ajusta también la distancia entre la boquilla y la base. En algunos casos, en impresoras que disponen de sistema para ajustar la altura del sensor en Z, se puede hacer un ajuste fino para variar la altura del cabezal, lo cual es recomendable cuando se cambia la boquilla a otra de diferente diámetro. En los sistemas con sensor de autonivelado, la distancia de la boquilla a la base dependerá de la altura de activación que se haya configurado en el firmware. Algunas impresoras 3D permiten ajustar en tiempo real esta distancia, mientras que en otras se deberá dejar correctamente ajustada durante la configuración inicial de la impresora 3D. Aunque también es posible ajustar la altura de la primera capa en la configuración del laminado, algunos software de laminado incluyen automáticamente un compensación de extrusión, es decir, si se configura una altura de primera capa del 150%, el factor de extrusión será también del 150%. Es por esto que se recomienda tener correctamente ajustada la distancia entre la boquilla y la base, independientemente de que se puedan hacer compensaciones en el software.

4. HOMOGENEIDAD DE TEMPERATURA EN LA BASE

En el caso de muchos materiales como el ABS o Nylon, una temperatura adecuada en la base es imprescindible para garantizar una buena adherencia. Es por esto que problemas de uniformidad de temperatura en la superficie de la base pueden provocar una mala adherencia en aquellas zonas más frías o más calientes.

Imagen 4: Termografías de la base de distintas impresoras 3D. Fuente: Thomas Sanladerer

En el caso de que no se consiga adherencia en una base con superficie en buen estado y correctamente calibrada, se debe probar a colocar la pieza en distintas posiciones de la base o a incrementar ligeramente la temperatura. Debido a la tolerancia de temperaturas que tienen los materiales, los problemas de adherencia por esta causa no son habituales, aunque pueden darse con materiales que combinan alta contracción al enfriamiento y mala adherencia, como es el caso del nylon

5. ESTADO DE LA SUPERFICIE DE ADHERENCIA

La adherencia de la primera capa depende también, en gran medida, de la afinidad entre el material de impresión y el material y estado de la base.Debe mantenerse siempre la base limpia y sin defectos como muescas o arañazos profundos. En aquellas bases que tengan recubrimientos texturizados o plásticos (Buildtak, PEI, etc) que pueden sufrir desgaste, es recomendable comprobar su estado antes de comenzar la impresión. En estos casos, para alargar la vida útil de estos componentes se recomienda variar la posición de las piezas en cada impresión para que el desgaste sea uniforme. En el caso de emplear soluciones de adherencia en formato líquido (Magigoo, 3DLAC, etc) es importante limpiar completamente la superficie antes de realizar una nueva aplicación. Si se aplica directamente sobre la aplicación anterior, el polvo y la suciedad quedarán atrapados disminuyendo el rendimiento del producto.

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.