Comprender la Precisión Dimensional de las Piezas Impresas en 3D

¿Qué precisión tiene la impresión 3D? La respuesta depende de muchos factores, como el tipo de tecnología de impresión 3D, la calidad del modelo de impresora 3D, el material de impresión 3D, la complejidad y practicidad del diseño, y los parámetros de impresión definidos por el usuario.

Como las impresoras 3D dependen de una miríada de piezas móviles y materiales, el proceso nunca producirá piezas 100% precisas. (Ni ningún proceso de fabricación.) Sin embargo, los usuarios de fabricación aditiva pueden tomar medidas para mejorar la precisión del proceso de impresión y, en última instancia, fabricar mejores piezas impresas en 3D.

Este artículo examinará la precisión dimensional de las piezas impresas en 3D en general, cómo difiere la precisión entre tecnologías, y cómo los usuarios pueden hacer sus piezas más precisas.

¿Qué es la precisión dimensional?

Mucha gente tiene curiosidad sobre la precisión dimensional de la impresión 3D, pero el término "precisión" a menudo se confunde con otros conceptos importantes como resolución, precisión (repeatability) y tolerancia.

En resumen, una pieza dimensionalmente precisa es aquella que coincide con el tamaño y forma del diseño original. La precisión es, por tanto, la medida de la cercanía de una pieza impresa a la versión digital, y esta medida suele expresarse como un porcentaje o en milímetros, ej. ± 1% o ± 0,5 mm.

El término precisión a veces se usa indistintamente con tolerancia, que es la cantidad permitida de desviación de las dimensiones verdaderas e intencionadas de la pieza. Sin embargo, la tolerancia también es un valor definido por el usuario: un cliente especificará una tolerancia aceptable a un fabricante según la importancia de ciertas características y dimensiones.

La precisión es diferente de la resolución, que se refiere, por ej., al tamaño de píxel de una impresora 3D SLA. También es diferente de la precisión (repeatability), que concierne la fiabilidad y repetibilidad de una impresora 3D y su capacidad para fabricar consistentemente el mismo objeto.

La precisión de las diferentes tecnologías de impresión 3D

No todas las tecnologías de impresión 3D son iguales en términos de precisión dimensional. Aunque otros factores producen variación adicional, el tipo de tecnología de fabricación aditiva tiene un gran impacto en la precisión de una pieza.

FDM (Modelado por deposición fundida)

El modelado por deposición fundida es una tecnología de impresión 3D por extrusión de polímero moderadamente precisa y más usada para prototipado. En formato de sobremesa, es con diferencia la tecnología de impresión 3D más asequible, aunque también se usa en contextos profesionales e incluso industriales.

La precisión de una impresora 3D FDM de sobremesa es de unos ± 0,5 mm. La precisión de una impresora FDM industrial es de unos ± 0,2 mm.

Resina (Fotopolimerización: SLA, DLP)

Las tecnologías de fotopolimerización como SLA y DLP curan resinas fotosensibles usando una fuente de luz como láser o proyector. Estas tecnologías de alta precisión se usan personal y profesionalmente, con algunas máquinas que no cuestan mucho más que las FDM.

La precisión de una impresora 3D de resina de sobremesa es de unos ± 0,1 mm. La precisión de una impresora 3D de resina profesional es de unos ± 0,01 mm.

SLS (Sinterizado selectivo por láser)

El sinterizado selectivo por láser es una tecnología que usa un láser para sinterizar partículas de polvo, típicamente nailon. Las impresoras SLS son precisas, aunque su principal punto fuerte es su capacidad para fabricar geometrías complejas, ya que no necesitan imprimir estructuras de soporte.

La precisión de una impresora 3D SLS es de unos ± 0,3 mm.

Fusión de lecho de polvo (Metal)

Los procesos de fusión de polvo metálico como SLM usan un láser para fundir o sinterizar partículas de polvo metálico. La tecnología es precisa, y no hay versión de nivel consumidor. Sin embargo, la fabricación aditiva metálica suele requerir post-procesado extensivo.

La precisión de una impresora 3D de fusión de lecho de polvo es de unos ± 0,1 mm.

Inyección de material (Material jetting)

Aunque menos común que tecnologías comparables, el proceso de inyección de material es altamente preciso ya que no requiere aplicación de calor, que causa deformación como alabeo.

La precisión de una impresora 3D de inyección de material es de unos ± 0,05 mm.

Otros factores que afectan la precisión dimensional

El tipo de tecnología de impresión 3D no es el único factor que determina la precisión dimensional. Los materiales, el diseño de la pieza y los parámetros de impresión también tienen gran impacto en cuánto se acerca la pieza impresa al diseño original.

1. Calidad de la impresora: Hay una gran brecha de calidad entre máquinas de gama alta y de entrada. Por ejemplo, las impresoras SLA son típicamente más precisas que las FDM, pero una máquina SLA de muy bajo coste producirá piezas menos precisas que una FDM de gama alta.
2. Diseño de la pieza: Incluso las mejores impresoras 3D tendrán dificultades para imprimir con precisión una pieza mal diseñada. Piezas con características largas y finas —especialmente sin soporte adecuado— son difíciles de imprimir, mientras que piezas muy grandes también pueden causar problemas. En general, los diseños no deben contener características más pequeñas de lo que la impresora puede manejar.
3. Materiales: Algunos materiales son más fáciles de imprimir que otros y son más propicios para fabricar piezas precisas. Materiales no estándar (como filamento FDM flexible, filamento de alta temperatura, o aleaciones con metales preciosos) tienden a sacrificar imprimibilidad a favor de sus ventajas únicas.
4. Parámetros de impresión: Además de la calibración —esencial para impresiones precisas— los usuarios pueden ajustar la configuración de su impresora 3D para lograr diversos resultados. Algunas configuraciones son mejores para imprimir rápido, mientras que otras para imprimir con precisión. Ver siguiente sección.

Cómo mejorar la precisión de la impresión 3D

Aunque no puedes convertir una impresora 3D barata en una que haga piezas de calidad industrial, los usuarios pueden lograr mejor precisión cambiando ciertos parámetros y tomando otras medidas importantes.

• Diseñe piezas pensando en la impresora; elimine o simplifique características difíciles.
• Exporte archivos STL en la máxima resolución posible.
• Calibre la impresora 3D a intervalos regulares o antes de trabajos importantes.
• Use soportes para estabilizar objetos mientras se imprimen, y tenga cuidado al retirar soportes para no dañar la pieza ni alterar sus dimensiones finales.
• Use cama caliente (FDM) o cámara caliente (SLS/metal) para mantener temperatura constante en la pieza y reducir deformación.
• Ajuste la tensión de las correas de la impresora, asegurando que estén tensas pero no excesivamente. Los engranajes de arrastre no deben patinar.
• Enderece varillas y guías lineales, y lubríquelas donde sea necesario. Varillas y guías dobladas deben reemplazarse inmediatamente.
• Disminuya velocidades de impresión ajustando parámetros como caudal. Aunque una reducción excesiva puede causar otros problemas, la impresión lenta puede ayudar a reducir imprecisiones.

Cómo el alabeo y la contracción afectan la precisión

La mayoría de tecnologías de impresión 3D producen pequeñas cantidades de deformación durante la impresión, más comúnmente alabeo (warping) y contracción (shrinkage). Las piezas que muestran signos de alabeo y contracción serán menos precisas que las que no, ya que las deformaciones cambian finalmente la forma y dimensiones finales de la pieza.

En la mayoría de casos, la deformación es insignificante. Para piezas críticas, sin embargo, es importante intentar mitigar estos efectos no deseados.

Métodos para contrarrestar alabeo y contracción incluyen usar software avanzado de simulación de impresión, usar camas calientes y balsas de impresión (FDM), usar materiales con punto de fusión más bajo (FDM), usar materiales más rígidos (resina), dejar piezas terminadas en la impresora un tiempo determinado (SLS), o simplemente usar una tecnología como inyección de material donde la deformación es improbable.

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