Las retracciones: configuración y optimización

Durante la impresión, el extrusor empuja el filamento hacia el hotend, donde se fundirá y se extruirá a través del orificio del nozzle. Durante este proceso, se crea una presión en el interior del nozzle que fuerza la salida del plástico a través de este.

Sin embargo, una vez que el extrusor deja de arrastrar el filamento, la presión en el nozzle se mantiene, lo que provoca que una pequeña cantidad de plástico fundido siga saliendo hasta que se iguale la presión en el interior y el exterior.

Este fenómeno provoca que, en los movimientos de desplazamiento en los que no se debería extruir material, una pequeña cantidad siga saliendo. Esto hace que aparezcan pequeñas gotas en la superficie de la pieza y finos hilos.

Imagen 1: Efecto de una mala configuración de retracción (izquierda) y una correcta (derecha) Fuente: Filament2print

Para evitar esto, las impresoras 3D FFF emplean un mecanismo conocido como retracción. Antes de realizar un movimiento de desplazamiento, el extrusor retrae una pequeña cantidad de filamento liberando la presión en el interior del nozzle. Cuando acaba el movimiento de desplazamiento e inicia uno de extrusión, el extrusor empuja otra pequeña cantidad de filamento hasta cebar el nozzle y recuperar la presión en su interior.

A la hora de optimizar al máximo la calidad de impresión es muy importante configurar adecuadamente los parámetros de retracción para cada material.

Parámetros de retracción

Los parámetros básicos de retracción son:

• Distancia de retracción: Es la longitud de filamento que retraerá el extrusor. Su valor, además del tipo de material, dependerá de la longitud entre el extrusor y el hotend. En extrusores directos su valor estará en el rango de 0.4 mm a 1.2 mm, mientras que en sistemas Bowden el rango abarcará desde los 2 mm hasta los 10 mm. Una regla para calcular un valor inicial de distancia de retracción en un sistema Bowden, es emplear el 1% de la longitud del tubo Bowden. Por ejemplo, para un sistema Bowden con un tubo de 40 cm, se empleará una distancia de retracción de 4 mm. Es importante consultar las especificaciones del hotend, ya que muchos fabricantes indican una distancia de retracción máxima para su hotend. Superar este valor producirá, probablemente un atasco.
• Velocidad de retracción: Es la velocidad a la que el motor del extrusor retraerá el filamento. Velocidades muy bajas no evitarán la aparición de gotas en la superficie de la pieza, mientras que velocidades muy altas pueden provocar mordeduras en el filamento. El valor de esta velocidad, en general, estará comprendido entre los 25 mm/s y los 45 mm/s, siendo 30 mm/s el valor más habitual en sistemas directos y 40 mm/s en sistemas Bowden.
• Distancia de de retracción: Es la cantidad de filamento que el extrusor extruirá tras la retracción del filamento. Habitualmente se emplea el mismo valor que la distancia de retracción del filamento. En algunas ocasiones puede ser necesario emplear un valor diferente, especialmente en sistemas Bowden. Si después de ejecutar una retracción, observamos una pequeña gota en la superficie de la pieza, se deberá reducir este valor, mientras que si se observa un pequeño hueco será necesario aumentarlo. En general se deberá aumentar o disminuir en torno a un 5-10 %. Algunos software emplean el término distancia de reinicio, siendo este valor el incremento o reducción respecto al valor de retracción. Por ejemplo, una distancia de reinicio de 0 emplearía la misma distancia de retracción y de deretracción, mientras que un valor de -0.2 tomará como distancia de deretracción la distancia de retracción menos 0.2 mm
• Velocidad de de retracción: Es la velocidad a la que se extruye el filamento durante el movimiento. En general se tomará el mismo valor que la velocidad de retracción o un valor ligeramente inferior.

Imagen 2: Sección de configuración de retracciones en diferentes software de laminado. Fuente: Filament2print

Además de estos parámetros básicos, hay otros que influyen en la calidad de la pieza:

• Distancia mínima después de retracción: Es la distancia mínima de desplazamiento antes de la cual se realizará una retracción. Evita realizar retracciones innecesarias cuando el desplazamiento es muy pequeño.
• Levantar, Levantar en Z o Z-Hop: Si se pone un valor distinto de 0, el hotend se levantará la distancia indicada al tiempo que ejecuta la retracción y volverá a bajar tras el desplazamiento. Esta función ayuda a evitar marcas en la superficie de la pieza y evita la aparición de hilos. Un valor comprendido entre el 100% y el 200% de la altura de capa suele ser suficiente.
• Limpiar mientras se retrae, rodaje, limpieza de boquilla: Realiza un pequeño movimiento del hotend durante la retracción para limpiar la boquilla y disimular la costura. En algunos software es una casilla activable y en otros se puede configurar el valor.

No todos los software incluyen todos estos parámetros, y algunos de estos parámetros pueden comportarse de forma diferente de un software a otro. Antes de modificar valores de los parámetros de retracción se debe consultar el manual del programa para entender cómo se comporta cada uno de ellos.

Calibrar los parámetros de retracción

Debido a que existen múltiples parámetros, es complejo obtener una combinación adecuada de manera directa. Para ello será necesario realizar múltiples pruebas por etapas hasta conseguir los valores adecuados. Será necesario ajustar los parámetros de retracción independientemente para cada material, y para ello deberemos haber determinado previamente la temperatura de impresión adecuada para cada material y el flujo de extrusión idóneo.

En primer lugar, habrá que obtener la distancia y velocidad de retracción adecuadas, por lo que el resto de parámetros se dejarán desactivados o con sus valores preconfigurados.

Los valores de velocidad y distancia de retracción óptimos son los valores más bajos que evitan la aparición de hilos durante los movimientos de desplazamiento. Para determinarlos se seguirán los siguientes pasos:

• Se deberá fijar una velocidad de retracción baja, preferiblemente 25 mm/s.
• Se configurará un valor intermedio de distancia de retracción: 0.8 mm para extrusores directos, el 0.75% de la longitud del tubo para extrusores Bowden.
• A continuación se imprimirá un test de retracciones. Es posible encontrar varios creados en conocidos repositorios de archivos.
• Se comprobará el resultado:
• Si no aparecen hilos, se reducirá la distancia de retracción a la mitad.
• Si aparecen hilos, se aumentará la distancia de retracción un 50 %
• Se repetirá el proceso las veces necesarias hasta obtener un resultado satisfactorio.

En cualquier caso no se deberán emplear distancias superiores a 3 mm en extrusores directos ni mayores del 5% de la longitud del tubo en sistemas Bowden. Si no es posible obtener un resultado aceptable dentro de este rango, se deberá incrementar la velocidad de retracción en 5 mm/s y repetir el proceso. No es recomendable emplear velocidades de retracción por encima de 40 mm/s, por lo que si una vez alcanzada ésta, todavía no se ha logrado un resultado satisfactorio, se deberá seleccionar aquella combinación que proporcione mejores resultados.

Es posible que con algunas impresoras y filamentos no sea posible eliminar completamente los hilos, incluso con la mejor combinación de velocidad y distancia de retracción. En estos casos es recomendable activar otras otras funciones como “Levantar en Z”, “Limpiar mientras se retrae”, “Rodaje” o “Limpieza de boquilla”, que ayudarán a minimizar o hacer desaparecer los hilos.

Problemas asociados a una mala configuración de retracciones

Las consecuencias de valores excesivamente altos o bajos de los parámetros de retracción son muy diferentes. Mientras que valores demasiado bajos de velocidad y distancia de retracción tienen consecuencias meramente estéticas (aparición de hilos y gotas sobre las piezas), configurar valores demasiado elevados suele provocar atascos en el interior del “heatbreak”. Esto se debe a que si la retracción es demasiado larga, la punta fundida del filamento alcanzará la zona fría del “heatbreak”, expandiéndose y bloqueándolo.

Si tras configurar las retracciones, se observa que se producen atascos, especialmente en impresiones largas, se deberá reducir ligeramente la distancia de retracción.