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Tecnologías de impresión 3D (III): Extrusión de material

Posted 20 diciembre, 2014 by in Impresión 3D, Tecnologías with 2 comments

La Extrusión de material o Material extrusion es la tecnología de impresión 3D o fabricación aditiva más difundida entre el público general en las conocidas como “impresoras 3D de escritorio”, por su flexibilidad de uso y su relativa facilidad de construcción. La gran mayoría de impresoras que podemos encontrar en el mercado (como las famosas Witbox, Cube, Prusa, Ultimaker y muchas otras) utilizan la tecnología de extrusión de material. Es una tecnología inventada por el cofundador de Stratasys S. Scott Crump junto a su esposa en 1989. El proceso que usa se conoce como FDM (Fused Deposition Modeling) o Modelado por Deposición Fundida. Pero como el término FDM está registrado por la mencionada multinacional Stratasys Inc., se conoce también como FFF (Fused Filament Fabrication) o Fabricación por Filamento Fundido, para evitar problemas legales.

El concepto de funcionamiento en muy sencillo: se funde un termoplástico en forma de filamento (1.75mm o 3 mm de diámetro usualmente) que es depositado por una boquilla capa a capa hasta conformar la pieza.

Pieza impresa con la tecnología de impresión 3D FFF (o FDM) por Hexxo

La impresión por extrusión en la tecnología de impresión 3D más extendida – Foto vía HXX

FFF: Fabricación por Filamento Fundido (fused filament fabrication)

El proceso de impresión comienza con el uso un software específico que determina cómo la extrusora (o extrusoras) de filamento imprimirán cada capa del modelo, preparando todo el proceso para la impresión de la pieza completa. Las impresoras con dos o más extrusores de impresión pueden imprimir múltiples colores o usar materiales de apoyo (que se retiran al final) para impresiones complejas. En cualquier caso, las impresoras FFF (o FDM) utilizan sólo un cabezal de impresión a la vez.

Un motor se encarga de mover el filamento a través de un elemento de calentamiento que lo funde a una temperatura que normalmente oscila entre 170 y 240 grados (dependiendo del tipo de material utilizado). El filamento emerge fundido del extrusor y rápidamente se endurece a temperatura ambiente para fijarse con la capa inferior. El cabezal de impresión (o la plataforma de construcción) se mueve por el plano XY (horizontal) antes de moverse en el eje Z (vertical) una vez que cada capa es completada. Así, el objeto es impreso capa a capa desde la inferior a la superior. El proceso de fabricación por filamento fundido puede utilizar material para dos propósitos diferentes: construir el objeto y los apoyos en voladizos a fin de evitar la extrusión de material en el aire. Hay que tener en cuenta que a pesar de ser un proceso de impresión 3D muy flexible, puede tener problemas para imprimir ciertos ángulos afilados y salientes. Por ello, la elección de una orientación eficaz para el modelo en la cama de impresión puede marcar una gran diferencia.

Si el objeto se imprimió utilizando material de soporte (con dos extrusores), después de completarse la impresión del objeto, se disuelven dichos soportes en un disolvente dejando atrás el objeto finalizado. Existen técnicas de postprocesado que pueden mejorar en gran medida la calidad de la superficie de los objetos, incluso las impresas a resoluciones bajas. El lijado es una forma común de reducir o eliminar las capas (que suelen ser visiblemente notables) del modelo. Otra opción que funciona bien para ciertos plásticos de impresión (como el ABS) es un baño de vapor de acetona. El vapor crea una nube cuando se calienta y suaviza la superficie del objeto impreso, eliminando la distinción de las distintas capas. Además, el baño de acetona deja la pieza con un brillo satinado, similar a la cerámica vidriada.

Por tanto, en la tecnología de impresión 3D por extrusión de material encontramos:

– Materiales de impresión: Termoplásticos, ceras e incluso alimentos. Los plásticos más usados son el PLA (poliácido láctico) y ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno). También se usan con frecuencia PC (policarbonatos) y nylon. Como material de soporte se suelen usar ceras y PVA (Acetato de polivinilo) utilizado como soporte hidrosoluble.

– Ventajas y aplicaciones de la extrusión de material: Con esta tecnología se pueden construir piezas totalmente funcionales en plástico estándar. Muy útil para utillaje (tooling) y prototipado rápido. Existe una gran variedad de materiales de impresión y es una tecnología muy extendida.

– Inconvenientes de la extrusión de material: Esta tecnología presenta anisotropía en la dirección z (dirección vertical) y las capas suelen ser visibles (superficie rugosa).

En HXX somos profesionales de la impresión 3D y podemos realizarle y diseñarle  impresiones en los diferentes materiales y tecnologías que necesite. Además, hemos desarrollado nuestras propias técnicas de postprocesado, consiguiendo piezas visualmente y mecánicamente mejores.

Tags: ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno) / Fabricación aditiva / FDM (Fused Deposition Modeling) / Impresión 3D / Impresión 3D industrial / PC (policarbonatos) / PLA (ácido poliláctico) / Prototipado rápido / PVA (Acetato de polivinilo) / Tooling

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