Domina la Impresión 3D con Infill Gyroid: Guía Completa

La mayoría de makers en la comunidad de impresión 3D son conscientes de la importancia de elegir un patrón y porcentaje de infill correcto al crear piezas funcionales tanto para prototipos como para producción.

En años recientes, han surgido muchos patrones nuevos para abordar problemas técnicos específicos. Algunos encontraron su lugar en la caja de herramientas del maker, mientras que otros fueron descartados y recordados como un experimento interesante.

Puede que conozcas la existencia del Infill Gyroid, que es interesante por múltiples factores. Descubramos qué es el patrón gyroid y cómo es útil.

El Infill Gyroid es un patrón cuya característica más importante es su simetría cúbica, que en contraste con todos los demás patrones es una estructura casi isotrópica, lo que significa que es igualmente resistente a fuerzas que vienen de todas las direcciones. Su principal ventaja es su pura resistencia y fuerza general, incluso en porcentajes de infill bajos.

¿Qué es un Infill Gyroid?

La mayoría de objetos impresos en 3D necesitan una estructura interna que una perímetros y capas superior/inferior. Por eso establecemos un patrón y porcentaje de infill durante el slicing. Cualquier tipo de estructura puede manejar esto, pero cada una tiene sus ventajas y desventajas. Por ejemplo, el Infill Lines es más rápido pero relativamente más débil que otros patrones a menos que las fuerzas aplicadas sigan las líneas de infill.

Mientras la comunidad maker probaba diseños especiales, se incorporaron nuevas formas de rellenar piezas impresas. En 2017, estudios sobre estructuras de grafeno tipo gyroid revelaron que esta forma daba a las piezas una resistencia excepcional. Aplicado a impresión 3D, resulta en una estructura que combina rigidez y velocidad de impresión.

El Infill Gyroid se hace con movimientos curvilíneos continuos del extrusor. Eso resulta en un movimiento suave y una deposición de filamento altamente constante.

Su resistencia se compara a menudo con la de panal (honeycomb), otro patrón inspirado en la naturaleza. La principal diferencia es cómo se construyen. El panal, como la mayoría de infills, repite su forma en cada capa. Eso te obliga a subir el porcentaje de infill si necesitas aumentar resistencia a compresión en el eje Z. Con gyroid, distribuyes equitativamente la resistencia del objeto en cada eje, así que el porcentaje de infill es más eficiente. En términos técnicos, el Infill Gyroid es cercano a ser isotrópico, que es una de sus mayores ventajas.

Otro patrón que varía en cada capa es el infill cúbico. Forma pequeños cubos mientras el extrusor asciende. Esto hace el objeto muy resistente a fuerzas de compresión desde todas direcciones. Independientemente, el Infill Gyroid es también mejor en casos donde tu impresión requiere resistencia a cizalladura (shear).

¿Qué es un gyroid?

Un gyroid es técnicamente una Superficie Mínima Triplemente Periódica (TPMS). Estas superficies no se auto-intersecan, y por eso forman un "laberinto". Pueden subdividirse hasta una celda unitaria en tres dimensiones, así que pueden replicarse en una impresora 3D.

Además de su uso en estructuras de grafeno, este patrón tiene aplicaciones en supercondensadores, celdas solares y membranas nanoporosas. Patrones similares se ven en alas de mariposas, lo que explica su ligereza y alta resistencia.

La propiedad más importante del gyroid respecto a impresión 3D es su simetría cúbica. Esto significa que, aunque no sea totalmente cierto en sentido matemático puro, podemos considerarlo una estructura isotrópica. Un objeto isotrópico tiene la misma resistencia en cualquier dirección. Entre los diferentes patrones de infill, el gyroid es el más adecuado para piezas que requieren resistencia al cizallamiento. Su ratio peso/resistencia es mucho menor que la mayoría de patrones conocidos, así que una pieza con este infill puede aguantar mayores cargas usando menos material.

Propiedades del Infill Gyroid

Desde que el Infill Gyroid empezó a usarse, muchos usuarios han puesto esta estructura a prueba para mostrar si realmente tiene propiedades superiores al patrón panal, basado en hexágonos.

Encontré un experimento¹ que probaba la resistencia de diferentes infills aplicando fuerza de cizalladura a barras impresas en 3D. Para esto, se imprimieron tres barras idénticas con diferentes patrones: lines, honeycomb y gyroid. Se registró el peso máximo soportado por cada barra.

Las conclusiones fueron:

• El gyroid fue la estructura más fuerte en general usando el mismo porcentaje de infill.
• El peso de la barra gyroid impresa fue casi un 10% menor que la de panal.
• El tiempo de impresión de la barra gyroid fue el más corto de las tres.

El patrón gyroid está probado que es más fuerte y rápido, y usa menos material que los otros. Si no consideramos perímetros, el peso del gyroid es casi un 30% menor que el del panal. Así que ahorra dinero y tiempo sin grandes inconvenientes.

Ventajas del Infill Gyroid

Cercano a ser isotrópico:

Un material isotrópico mantiene sus propiedades en cualquier dirección. Aunque técnicamente no es cierto en la definición matemática más pura, la simetría del Infill Gyroid en los tres ejes ayuda a igualar su resistencia en cualquier dirección.

Algunos patrones, como lines, solo tienen buena resistencia si las fuerzas vienen de la misma dirección que el infill. Otros son buenos comprimidos pero débiles a cizalladura. El gyroid tiene muy buena resistencia a cualquier combinación y dirección de fuerzas.

En general muy fuerte

El infill gyroid es tan fuerte que incluso puede imprimirse sin perímetros. Algunos objetos se diseñan poniendo perímetros solo en partes absolutamente necesarias. Los otros patrones de infill necesitan "apoyarse" en los perímetros, si no su estructura colapsa.

Tiempos de impresión más cortos

Con el mismo porcentaje de infill, el gyroid imprime un 2% a 5% más rápido que el patrón rectilíneo. En producción en masa, estos valores son significativos.

Menos consumo de material

Otro factor económico: con menos filamento se puede hacer una pieza más resistente. Como puede imprimirse sin paredes siendo funcional, podrías reducir su peso aún más.

Infill bonito

Aunque es cuestión de gusto, el infill gyroid podría considerarse el más atractivo de todos los patrones actuales. Muchos diseñadores han modelado jarrones, vasos o macetas sin perímetros, exponiendo el relleno. Los resultados son increíbles como veremos luego.

No se solapa en la misma capa

La estructura no tiene puntos débiles ya que sus líneas son continuas a lo largo de toda la capa. Esto también reduce problemas de extrusión o atascos de boquilla.

Es independiente de la orientación

A veces necesitas imprimir el objeto con una orientación específica. Esa orientación puede no ser la misma que la requerida para conseguir la mejor resistencia. Con infill gyroid, puedes resolver esto, ya que tiene la misma resistencia en cualquier dirección. Esta propiedad puede ayudar a reducir consumo de filamento, ya que necesitas menos soportes con una orientación adecuada del objeto.

Permite considerar materiales más débiles

Cuando necesitamos un objeto impreso fuerte, a menudo pensamos en ABS o Nylon como opción obvia, por ser fuertes y resistentes. Pero podríamos mejorar la resistencia del PLA usando infill gyroid, haciendo el objeto más barato y fácil de imprimir.

No necesita soportes

Cada TPMS es auto-soportante por naturaleza, haciéndolos perfectos para fabricación FDM.

Permite el paso de fluidos

Podrías usar este patrón para aplicaciones que requieran flujo de aire o agua, como empaquetado electrónico o disipadores de calor.

Desventajas del Infill Gyroid

Tiempos de slicing más altos

Aunque este factor se subestima a menudo, el tiempo de slicing puede ser excesivo si dependemos de un ordenador de bajo rendimiento. Los G-codes generados suelen ser más grandes con gyroid. Esto puede causar fallos de impresión cuando la impresora está conectada al PC por USB.

La vibración de la impresora puede ser alta en porcentajes de infill elevados

Como el gyroid se forma por curvas, el extrusor tiene que moverse mucho en todas direcciones. Esto produce vibraciones no deseadas que se transmiten al objeto, especialmente a alta velocidad. La solución es reducir el porcentaje de infill para lograr movimientos del extrusor más amplios y bajar la velocidad de infill. Recuerda que este patrón no necesita mucho infill para funcionar bien.

Ajustes de Slicer para Infill Gyroid

La principal ventaja del patrón gyroid es que no necesita mucho porcentaje de infill para ser resistente: una pieza pequeña con 2 perímetros y 10% infill aguanta casi 10 kg. Si subes el porcentaje, la resistencia aumentará de forma no lineal. Puedes empezar con 5% infill y subirlo donde se necesite más resistencia.

La velocidad de impresión puede ser ligeramente mayor. De todos modos, recomiendo seguir usando la misma velocidad que venías usando. Tranquilo que bajando el porcentaje de infill y manteniendo la velocidad de movimiento, el tiempo de impresión se reducirá sustancialmente.

Si no encuentras Gyroid en los ajustes de tu slicer, descarga la última versión de Cura. Esto también aplica a PrusaSlicer, Simplify3D y otros slicers populares.

Usos Creativos con Infill Gyroid

Por la forma interesante del gyroid, este patrón ha llamado la atención de artistas y makers. Veamos cómo las propiedades del gyroid pueden usarse para hacer piezas complejas e interesantes:

Gyroid Imprimible en 3D por Dan O'Connell

Este diseño es simplemente un cubo sin paredes exteriores. Con esta pieza podemos testar la resistencia del objeto poniendo objetos pesados en cualquiera de sus caras. También permite ver cómo su "laberinto" permite que el agua (o cualquier fluido) entre y salga completamente, sin estancarse en ningún rincón interno. Es una pieza ideal para mostrar la estructura gyroid a quienes nunca han visto una.

Lámpara Gyroid Imprimible en 3D por Greg

Una lámpara esférica con patrón gyroid. Como el gyroid es una superficie (técnicamente no es un cuerpo) permite que la luz de la lámpara pase a través. Además, su resistencia estructural protege la lámpara de golpes directos. Queda genial impresa con materiales translúcidos como PETG.

Marca-páginas Gyroid Imprimible en 3D por PlasticPasta 3D

Este diseño (un marca-páginas) combina la alta resistencia del gyroid con su belleza estructural. Muestra que este patrón de infill puede usarse para mejorar la estética de objetos familiares. Por otro lado, los libros y las cosas frikis se llevan muy bien...

Soporte de Estantería Gyroid Imprimible en 3D por Alexander

Este soporte de estantería fue diseñado para aguantar pesos superiores a 20 kg, ¡usando solo 67 g de material! Eso son más de 20 libros. Demuestra que la impresión 3D aún tiene cosas que decir.

Además, su aspecto de "esponja ósea" queda genial impreso en blanco...

Una vez pruebes el gyroid, no habrá vuelta atrás. Alta resistencia, bajo peso, y tiempos de impresión más cortos, ¡todo lo que un maker quiere!

Conclusión

Tras repasar los detalles técnicos y aplicaciones artísticas del Infill Gyroid, espero haber transmitido al menos un poco del asombro que siento por este patrón. Aunque ya uso este patrón como mi infill por defecto, sigo alucinando con su aspecto y propiedades. ¡Definitivamente deberías considerar empezar a usarlo o al menos probarlo!

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