Optimizando la resistencia de piezas impresas en 3D con enrutado eficiente de fibra – Parte 1

Nota del editor: Esta es la Parte 1 de una serie completa sobre enrutado eficiente de fibra con la impresora 3D Markforged. Si es nuevo en la plataforma Markforged y quiere saber más, contáctenos aquí. Tras terminar esta publicación, explore la Parte 2 para técnicas avanzadas.

Tipos de relleno de fibra

Nuestras impresoras 3D de alta resistencia proporcionan dos estrategias distintas de relleno de fibra para reforzar piezas: Isotropic Fiber y Concentric Fiber. Estas opciones pueden aplicarse globalmente en la página Vista de Pieza o capa por capa en la página Vista Interna. Cada tipo de relleno ofrece características de refuerzo únicas —vea detalles a continuación. Si no tiene una impresora Markforged, aún puede probar estas tácticas con una prueba de Eiger.

Primero, algunas convenciones de nomenclatura estándar para que todos estén en la misma página. Me referiré a resistencia en diferentes ejes y planos frecuentemente, así que use esta clave como guía:

Refuerzo con relleno concéntrico

El Relleno Concéntrico traza un número específico de capas dentro de los contornos exteriores de su pieza, reforzando las paredes contra flexión alrededor del eje Z. Como el cabezal de impresión sigue la curvatura exterior mientras espiral hacia adentro, el movimiento no es lineal y el cabezal debe reducir velocidad para mantener seguimiento preciso de la trayectoria, lo que aumenta el tiempo de construcción. Puede especificar cuántos anillos concéntricos desea trazar, dándole control preciso sobre el uso de fibra por capa.

Refuerzo con relleno isotrópico

Nuestras impresoras de fibra continua también pueden producir un patrón de relleno Isotropic Fiber que imita las capas unidireccionales de un compuesto laminado tradicional. Cada capa consiste en una única orientación angular de fibras paralelas, con giros de 180° en los bordes. Las capas isotrópicas subsiguientes se rotan automáticamente 45° por Eiger, aunque patrones de orientación personalizados son posibles (ver Parte 2). Isotropic Fiber resiste la flexión en el plano XY porque cualquier fuerza aplicada genera carga de tracción en al menos algunas fibras, que destacan en tensión. También puede usarse para construir paneles sándwich que aumentan la resistencia torsional en ese plano.

Por defecto, la fibra isotrópica añade dos anillos concéntricos alrededor de la superficie exterior, asegurando un exterior reforzado suavemente. Aunque este método refuerza todo el plano de cada capa, es intensivo en fibra y tiempo, y no siempre es necesario para lograr piezas fuertes.

Técnicas básicas de enrutado de fibra

Con estas dos opciones de enrutado de fibra en su caja de herramientas, puede combinarlas para atacar rutas de carga específicas, ahorrando material y tiempo de impresión mientras maximiza la resistencia.

Panel sándwich simple

Un panel sándwich es un laminado compuesto común que aumenta la rigidez torsional alrededor de la superficie que forma la lámina compuesta. Piénselo como el equivalente compuesto de una viga I, donde las capas superior e inferior soportan la mayor tensión de flexión. Si su pieza experimentará torsión en el plano XY, un panel sándwich aumentará significativamente la resistencia torsional.

Nuestro software genera automáticamente un panel sándwich cuando se selecciona "Usar Fibra", pero funciona mejor en piezas simétricas donde las capas superior e inferior coinciden. En el ejemplo, la superficie superior de la palanca de freno es una pequeña extrusión, así que añadimos manualmente fibra debajo de la superficie superior más grande. Generalmente, el panel sándwich debe consistir en capas con áreas de sección transversal similares.

Para mantener el sándwich equilibrado, asegure un número igual de capas isotrópicas en las superficies superior e inferior que desee reforzar. Un sándwich desigual produce rigidez de flexión asimétrica, lo que puede causar deformación o fallo prematuro. Cuantas más capas coloque en cada lado y más separados estén los paneles, más fuerte será la pieza. Las fibras colocadas en el centro de la pieza tienen menor impacto en la resistencia a la flexión, por lo que rellenar totalmente el interior es innecesario.

Perímetro de fibra

Mientras los paneles sándwich fortalecen el plano XY, un perímetro de fibra fortalece la pieza alrededor del eje Z. Aplicando Relleno Concéntrico en cada capa, aumenta la rigidez de la pared contra flexión alrededor del eje Z. Este enfoque refleja la práctica de ingeniería de usar perfiles C o tubos en lugar de bloques sólidos para reducir peso preservando la resistencia.

Para configurar un perímetro de fibra, seleccione Relleno Concéntrico en las capas que desee reforzar. Aumentar el número de anillos concéntricos o extender el relleno concéntrico a más capas impulsa la resistencia en el eje Z. En el ejemplo de la palanca de freno, reforzamos cada capa con tres anillos concéntricos para maximizar rigidez, dejando el interior sin reforzar porque experimenta la menor flexión.

Encapado (Shelling)

Cuando una pieza debe resistir flexión en todas direcciones —o cuando las rutas de carga son inciertas— combine paneles sándwich con capas intermedias de fibra. El diseño resultante entrega resistencia a flexión en todos los ejes. Por ejemplo, un soporte de motor para robótica pesada requiere refuerzo robusto por todos los lados.

En este caso, seleccionamos 20 capas de paneles sándwich isotrópicos (10 por lado) para lograr una pieza muy robusta. Como la cara superior tiene extrusiones para tornillos, reposicionamos el panel superior para que quede debajo de la superficie superior.

La barra en la parte inferior de la vista interna le permite monitorizar el uso de fibra para cada sección, normalizado al máximo. Aquí vemos dos regiones separadas reforzadas con fibra para un simple panel sándwich isotrópico. Al seleccionar la región central entre los dos paneles, agruparla y asignar Relleno Concéntrico con dos anillos, creamos una estrategia de refuerzo multi-eje eficiente.

Mediante una comprensión clara del mecanismo de refuerzo de cada tipo de relleno, puede aplicar trucos simples pero poderosos —como la combinación anterior— para mejorar el rendimiento de la pieza y reducir tiempo de impresión sin desperdiciar fibra.

¿Interesado en aprender más? Solicite una prueba de Eiger para experimentar con nuestro software y opciones de refuerzo de fibra. ¡También eche un vistazo a la Parte 2 para técnicas avanzadas de enrutado de fibra!