¿Son 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. Por lo general, son más débiles que la mayoría de las demás tecnologías, como las técnicas de fresado, el moldeo por inyección o las técnicas de vertido de resina.

Hay muchas aplicaciones para las que tenemos que tener en cuenta la resistencia estructural. Debido a la forma en que funciona la tecnología de modelado por deposición fundida (FDM), las piezas que obtenemos no son tan resistentes como sus respectivas contrapartes de moldeo por inyección.

Sin embargo, no se desespere, hay una serie de consideraciones que podemos incorporar a nuestros diseños y configuraciones para mitigar este inconveniente.

Podemos reducir estas debilidades al establecer la temperatura de extrusión correcta, establecer un porcentaje de relleno más alto, construir paredes más gruesas, elegir el material correcto y orientar correctamente la pieza en la placa de construcción.

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

La técnica aditiva mediante la cual una impresora 3D crea objetos tiene una tendencia inherente a generar piezas más débiles en comparación con otros procesos de fabricación porque deposita una capa de plástico encima de la otra que se une.

Si no nos tomamos el tiempo para configurar correctamente los ajustes de nuestra impresión, nos estamos exponiendo voluntariamente a crear piezas con una capa de adhesión débil.

Las bajas temperaturas, las temperaturas muy diferentes entre cada capa y la anterior y otros factores, pueden dar lugar a una adherencia muy pobre y piezas débiles en general.

La fabricación sustractiva, como el fresado, por ejemplo, no tiene este problema ya que parten de una materia prima sólida que se talla en la forma 3D deseada.

También podemos crear un objeto mediante moldeo por inyección. Mediante esta técnica, se inyecta un material fundido en un molde donde se enfría y endurece tomando la forma de la cavidad. Este proceso produce piezas sólidas y fuertes.

Ahora que conoce la debilidad inherente de una impresora 3D, es posible que sienta la necesidad de tirar su dispositivo recién adquirido a la basura. Antes de hacer eso, recomiendo encarecidamente leer el resto del artículo y aprender algunas formas sencillas de fortalecer sus partes.

También debemos considerar que la mayoría de nuestras piezas no se utilizarán para construir el cohete más nuevo de SpaceX. Podemos darnos el lujo de imprimir un Baby Yoda algo más débil aunque.

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

Como se mencionó anteriormente, hay muchos pequeños ajustes de configuración que podemos usar para fortalecer nuestra parte en general. Entre ellos, los más importantes son el porcentaje de relleno, la temperatura de extrusión, el grosor de la pared exterior, la elección del tipo de filamento correcto y el establecimiento de la orientación adecuada de nuestro diseño.

¡Discutamos brevemente cada uno de ellos y veamos cómo y por qué afectan nuestra impresión!

Porcentaje de relleno

El relleno consiste en un patrón regular que se imprime dentro del objeto y reemplaza lo que de otro modo sería un espacio vacío. Funciona como soporte interno para la impresión, no solo evitando que la parte superior se derrumbe, sino que también mantiene unida la cubierta exterior.

Antes de aventurarnos en este tema conmovedor, mira cómo se ven los diferentes porcentajes de relleno:

Como regla general, un relleno del 50 % aumentará considerablemente la calidad y la resistencia de la impresión. Los porcentajes de relleno más altos solo muestran aumentos de resistencia marginales, pero aumentan considerablemente el consumo de filamento y el tiempo de impresión.

También debe saber que podemos configurar nuestro relleno para seguir diferentes patrones, como rectilíneo, en cuadrícula, triangular, ondulado*, panal rápido, panal completo y otros experimentales. Los pros y los contras de cada patrón están fuera del alcance de este artículo, pero en su mayoría estará bien con el uso de rellenos rectilíneos o de cuadrícula.

*Hasta la fecha, todavía no puedo pensar en una ventaja del patrón de ondulación. Supongo que alguna vez existió un desarrollador con algo de tiempo libre y gusto por las formas subóptimas.

Espesor de pared

El grosor de la pared es el ancho de la capa más externa de nuestra impresión y determina principalmente la resistencia general de la misma

Muchos fabricantes de filamentos afirman que es suficiente imprimir con cubiertas exteriores de 0,8 mm para obtener una impresión fuerte, pero descubrí que esas paredes delgadas generalmente producen impresiones débiles. Para obtener un Baby Yoda resistente, Recomiendo encarecidamente duplicar el ancho a 1,6 mm. La mejora en la calidad general será muy notable.

Independientemente del grosor de la pared que elija usar, siempre debe optar por un múltiplo del diámetro de la boquilla. Mencioné 0,8 mm y 1,6 mm porque la mayoría de las impresoras vienen con una boquilla de 0,4 mm. ¡Un agudo y agudo doctorado en Matemáticas estará al tanto del increíble cálculo que realicé arriba!

Ajuste de la temperatura adecuada

Aunque la mayoría de los filamentos utilizados en la impresión 3D son algún tipo de termoplástico, tienen una composición química diferente. Por lo tanto, cada uno tiene diferentes temperaturas óptimas.

Como regla general, el PLA debe configurarse entre 180 C° y 220 C°, el ABS entre 210 C° y 250 C°, el PETG entre 220 C° y 250 C° y el nailon entre 240 C° y 260 C°.

Si compraste otro filamento, mira su empaque y probablemente encuentres la temperatura recomendada según el fabricante. De hecho, olvídate de los rangos que te dije y mira siempre el rango recomendado por los fabricantes por si acaso.

Siempre debe esforzarse por encontrar la temperatura perfecta para su impresora 3D y filamento, ya que determinará la calidad de la adhesión de la capa.

Las bajas temperaturas de extrusión conducen a una mala adherencia entre capas. Es posible que sienta la tentación de ir por el otro lado y calentar su filamento lo más posible, ¡pero eso lo llevará a todo tipo de problemas nuevos que puede buscar en Google! Alerta de spoiler:impresiones desordenadas, voladizos deficientes y baja calidad en general.

Pero, en general, si está buscando mejorar la resistencia de su impresión, establecer la temperatura un poco más alta hará que la nueva capa de plástico extruido se adhiera mucho mejor a la anterior.

Orientación de la pieza

Siempre es importante tener en cuenta que las piezas impresas en 3D serán más fuertes en el plano paralelo a la cama de impresión y más débiles en el plano vertical. Al colocar su diseño dentro de la cortadora, siempre pregúntese en qué direcciones se contactará y a qué fuerzas estará sujeto.

Si no está seguro de la respuesta, considere el caso de un cilindro hueco* aburrido y probablemente inútil.

Si lo imprime en orientación vertical, el objeto será una secuencia de círculos en capas uno encima del otro. Si lo agarras por cada extremo y tratas de doblarlo, será bastante fácil romper el cilindro.

*Probablemente debería mencionar que a lo largo de la historia, los cilindros han demostrado claramente ser útiles. Esto está claramente fuera del alcance del artículo de hoy, así que dejaré la prueba al lector.

Puede sentirse tentado a pensar que es increíblemente fuerte, y tal vez lo sea, pero también debe ser consciente del hecho de que imprimió un cilindro muy débil.

Si todavía tienes filamento de repuesto y eliges imprimirlo en orientación horizontal, notarás que la pieza es más difícil de romper debido a cómo se extruyen las líneas de filamento.

La desventaja de este posicionamiento es que es posible que deba agregar soportes a la impresión debido a los ángulos que crea esta orientación.

¿Por qué todo tiene que ser una compensación en la impresión 3D? ¡No hay almuerzo gratis en este hobby!

Utilice un filamento más fuerte

Si bien este puede parecer obvio, utilizar un tipo diferente de filamento puede hacer maravillas en términos de resistencia general.

Sin embargo, no todas las impresoras son capaces de imprimir con todos los filamentos que existen, pero definitivamente hay algunas alternativas que puede usar incluso en impresoras asequibles, como la Ender 3.

El policarbonato y el nailon se consideran los filamentos más fuertes disponibles en la actualidad, y si su impresora puede manejarlos y necesita una impresión extremadamente fuerte, entonces imprima su objeto con ellos.

Si está imprimiendo con PLA, pruebe con PETG, ya que es fácil trabajar con él y también es un poco más flexible y mucho más resistente al calor.

Cómo fortalecer las piezas impresas en 3D

Aquí hay un resumen rápido sobre cómo imprimir su modelo de tal manera que aumente su fuerza:

1. Elija un patrón de relleno fuerte (generalmente panal).
2. Aumente el porcentaje de relleno (superar el 50 % comenzará a generar rendimientos decrecientes significativos).
3. Aumente el espesor de la pared o capa exterior.
4. Aumente la temperatura de impresión en incrementos de 5 °C hasta que encuentre la mejor.
5. Cambie la orientación de la impresión para que las líneas de la capa sean paralelas a las fuerzas que se ejercerán sobre ella.

Conclusión

Como puede ver, hay muchas cosas que podemos hacer para mejorar la fuerza general de nuestros objetos y superar una debilidad inherente de la tecnología que elegimos.

Si el futuro del mundo depende de que puedas imprimir un fuerte Benchy pero no tiene tiempo para leer el artículo completo, simplemente haga lo siguiente.

¡Feliz impresión!

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