¿Son realmente resistentes las piezas impresas en 3D?

Las impresoras 3D crean objetos de forma aditiva, haciendo que la pieza sea tan fuerte como su capa más débil. Suelen ser más débiles que otras tecnologías como fresado, inyección de plástico o colada de resina.

Hay muchas aplicaciones donde la resistencia estructural importa. Por cómo funciona la modelación por deposición fundida (FDM), las piezas obtenidas no son tan resistentes como sus homólogas de inyección.

Pero no te preocupes: hay varias consideraciones que podemos incorporar a diseños y configuraciones para mitigar este inconveniente.

Podemos reducir estas debilidades ajustando bien la temperatura de extrusión, subiendo el porcentaje de relleno (infill), haciendo paredes más gruesas, eligiendo el material adecuado y orientando correctamente la pieza en la base.

¿Por qué son más débiles las piezas impresas en 3D?

La técnica aditiva con la que una impresora 3D crea objetos tiene una tendencia inherente a producir piezas más débiles frente a otros procesos de fabricación, porque deposita una capa de plástico sobre otra que se unen entre sí.

Si no nos tomamos el tiempo para configurar bien los ajustes de impresión, nos exponemos voluntariamente a crear piezas con mala adherencia entre capas.

Temperaturas bajas, grandes diferencias de temperatura entre capas consecutivas y otros factores pueden llevar a una adherencia muy pobre y piezas débiles en general.

La fabricación sustractiva, como el fresado, no tiene este problema: parte de un material macizo que se talla hasta la forma 3D deseada.

También podemos crear un objeto por inyección: material fundido inyectado en un molde donde se enfría y solidifica tomando la forma de la cavidad. Este proceso da piezas macizas y resistentes.

Ahora que conoces la debilidad inherente de la impresión 3D, puede que te den ganas de tirar tu flamante aparato a la basura. Antes, te recomiendo encarecidamente leer el resto del artículo y aprender formas fáciles de reforzar tus piezas.

También hay que considerar que la mayoría de nuestras piezas no se usarán para construir el próximo cohete de SpaceX. Podemos permitirnos imprimir un Baby Yoda algo más débil.

¿Cómo mejorar la resistencia de una pieza impresa en 3D?

Como se dijo, hay muchos pequeños ajustes de configuración para hacer nuestras piezas más fuertes en general. Los más importantes son: porcentaje de relleno, temperatura de extrusión, grosor de pared exterior, elegir el filamento correcto y orientar bien el diseño.

Hablemos brevemente de cada uno y veamos cómo y por qué afectan a la impresión.

Porcentaje de relleno (Infill)

El relleno (infill) es un patrón regular que se imprime dentro del objeto y reemplaza lo que sería espacio vacío. Funciona como soporte interno: no solo evita que el techo colapse, sino que mantiene unida la carcasa exterior.

Antes de entrar en este tema apasionante, mira cómo se ven distintos porcentajes de relleno:

Como regla general, un relleno del 50 % aumenta mucho la calidad y resistencia de la impresión. Porcentajes mayores solo dan aumentos marginales de resistencia, pero disparan el consumo de filamento y el tiempo de impresión.

También puedes configurar el patrón de relleno: rectilíneo, cuadrícula, triangular, *wiggle*, panal rápido, panal completo y otros experimentales. Pros y contras de cada patrón escapan al alcance de este artículo, pero con rectilíneo o cuadrícula vas bien.

*Hasta hoy no se me ocurre ninguna ventaja del patrón wiggle. Supongo que alguna vez existió un desarrollador con tiempo libre y gusto por formas subóptimas.

Grosor de pared (Wall Thickness)

El grosor de pared es el ancho de la carcasa exterior de nuestra impresión y determina mayormente su resistencia global.

Muchos fabricantes de filamento dicen que con 0,8 mm de pared exterior basta para una impresión resistente, pero yo he visto que paredes tan finas suelen dar piezas débiles. Para un Baby Yoda resistente, recomiendo duplicar a 1,6 mm. La mejora en calidad global se nota mucho.

Sea cual sea el grosor que elijas, siempre usa un múltiplo del diámetro de tu boquilla. Dije 0,8 mm y 1,6 mm porque la mayoría de impresoras traen boquilla de 0,4 mm. Un agudo doctor en Matemáticas notará el increíble cálculo que acabo de hacer.

Ajustar la temperatura correcta

Aunque la mayoría de filamentos para impresión 3D son termoplásticos, cada uno tiene distinta composición química y, por tanto, distinta temperatura óptima.

Como regla general: PLA 180–220 °C, ABS 210–250 °C, PETG 220–250 °C, Nylon 240–260 °C.

Si compraste otro filamento, mira su envase: suele venir el rango recomendado por el fabricante. De hecho, olvida mis rangos y mira siempre el del fabricante por si acaso.

Debes buscar siempre la temperatura perfecta para tu impresora y filamento, porque determina la calidad de la adherencia entre capas.

Temperaturas bajas de extrusión dan mala adherencia entre capas. Puedes tentar subir la temperatura al máximo, pero eso trae otros problemas (busca en Google: impresiones sucias, voladizos malos, calidad baja en general).

Pero en general, si buscas más resistencia, subir ligeramente la temperatura hace que la nueva capa de plástico fundido se una mucho mejor a la anterior.

Orientación de la pieza

Siempre hay que tener en cuenta que las piezas impresas en 3D son más fuertes en el plano paralelo a la base de impresión y más débiles en el plano vertical. Al posicionar tu diseño en el slicer, pregúntate en qué direcciones recibirá contacto y qué fuerzas soportará.

Si no estás seguro, piensa en el caso de un aburrido y probablemente inútil cilindro hueco*.

Si lo imprimes en orientación vertical, el objeto será una secuencia de círculos apilados. Si lo agarras por los extremos e intentas doblarlo, se romperá bastante fácil.

*Probablemente deba mencionar que a lo largo de la historia, los cilindros han demostrado ser claramente útiles. Está fuera del alcance de este artículo, dejo la prueba al lector.

Puede que te creas muy fuerte, y quizás lo seas, pero también debes saber que imprimiste un cilindro muy débil.

Si te queda filamento e imprimes el mismo cilindro en orientación horizontal, notarás que cuesta más romperlo por cómo se extruyen las líneas de filamento.

La desventaja de esta orientación es que puedes necesitar soportes por los ángulos que crea.

¿Por qué todo en impresión 3D es un compromiso? ¡No hay almuerzo gratis en este hobby!

Usa filamento más resistente

Aunque parezca obvio, usar un tipo de filamento diferente puede hacer maravillas en la resistencia global.

Pero no todas las impresoras pueden imprimir todos los filamentos que hay, aunque definitivamente hay alternativas que funcionan incluso en impresoras asequibles como la Ender 3.

Policarbonato y Nylon se consideran los filamentos más resistentes actuales. Si tu impresora los aguanta y necesitas una pieza extremadamente fuerte, úsalos.

Si imprimes con PLA, prueba PETG: es fácil de trabajar y además es algo más flexible y bastante más resistente al calor.

Resumen: Cómo hacer piezas impresas en 3D más fuertes

Aquí tienes un resumen rápido para imprimir tu modelo maximizando su resistencia:

1. Elige un patrón de relleno fuerte (generalmente panal / honeycomb).
2. Aumenta el porcentaje de relleno (pasar del 50 % empieza a dar rendimientos decrecientes significativos).
3. Aumenta el grosor de pared o carcasa exterior.
4. Sube la temperatura de impresión en incrementos de 5 °C hasta encontrar la óptima.
5. Cambia la orientación de la impresión para que las líneas de capa queden paralelas a las fuerzas que recibirá la pieza.

Conclusión

Como ves, hay muchas cosas que podemos hacer para mejorar la resistencia global de nuestros objetos y superar una debilidad inherente de la tecnología que elegimos.

Si el futuro del mundo depende de que imprimas un Benchy fuerte pero no tienes tiempo de leer el artículo entero, haz solo lo de arriba.

¡Feliz impresión!

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