Por qué las impresoras 3D son lentas y cómo acelerarlas

Imprimir un modelo detallado en una impresora 3D puede llevar mucho tiempo: dependiendo de tu propia impresora y los requisitos de tu modelo, una sola impresión puede tardar más de 24 horas. Entonces, ¿por qué tarda tanto? ¿Qué frena a esta tecnología para hacer modelos en minutos? ¿Y qué puedes hacer para acelerar tus impresiones?

En este artículo, repasaré estas preguntas en detalle con la esperanza de que sean útiles para tus futuros proyectos.

Las impresoras 3D funcionan ensamblando capa sobre capa de material y, por tanto, tienen limitaciones físicas sobre qué tan rápido se pueden depositar estas capas en el producto actual. Las impresoras basadas en filamento necesitan depositar su material pulgada a pulgada con mecanismos mecánicos, lo que tiende a hacerlas notablemente más lentas que algunas impresoras basadas en resina para impresiones más grandes, ya que las impresoras base de resina dependen de la luz y algunas pueden imprimir una capa completa a la vez.

Hay más factores a tener en cuenta al contrastar estas tecnologías. Sin embargo, hay algunas cosas que puedes hacer para acelerar el proceso.

Impresoras FDM vs impresoras de resina

Mientras que otros métodos de construcción pueden tardar minutos en hacer una pieza, el método capa por capa que usan las impresoras 3D las hace inherentemente más lentas debido a las limitaciones físicas inherentes a la tecnología, tanto para Modelado por Deposición Fundida (FDM) como para impresoras basadas en resina.

Las impresoras FDM (modelado por deposición fundida) dependen de material termoplástico que se calienta, extruye y deposita en el modelo actual a través de una boquilla, que se mueve con precisión a través de un conjunto de piezas motorizadas.

Las impresoras basadas en resina usan luz UV para curar una piscina de material fotopolímero y crear objetos sólidos. También hay diferentes tecnologías para impresoras de resina: La estereolitografía usa un solo láser que cubre un área pequeña dibujando la capa de forma análoga a las impresoras FDM, mientras que el procesamiento de luz digital (DLP) y la pantalla de cristal líquido (LCD) usan proyectores y pantallas LCD retroiluminadas para proporcionar la fuente de luz UV.

Explicar en detalle todas las diferencias con estas técnicas y cuándo y dónde es mejor usar una sobre la otra merece su propio artículo, pero para nuestro tema actual, el resumen es este:

Las impresoras FDM necesitan mover piezas mecánicas pesadas (motores, boquillas, engranajes del extrusor, etc.) con una precisión increíble. Para mover y detener el mecanismo, se requiere mucha energía, pero incluso si algunas de las piezas pudieran ir más rápido (como los motores), generalmente resulta en vibraciones fuertes que comprometerían los resultados. Además, dependiendo del material del filamento que uses, puede requerir más tiempo para fundir, depositar y solidificar.

Por otro lado, las impresoras SLA son más rápidas que sus contrapartes FDM porque el láser se mueve más rápido que los motores paso a paso. Las impresoras LCD y DLP son aún más rápidas, imprimiendo capas completas a la vez. Esto se vuelve cada vez más notable en piezas más grandes o más finamente definidas porque cada capa tarda aproximadamente la misma cantidad de tiempo.

También vale la pena mencionar que después de que el modelo termina, la resina residual necesita ser limpiada manualmente de la superficie de la pieza final, lo que conlleva tiempo y esfuerzo adicionales.

Además de los aspectos mecánicos de las impresoras en sí, el software también juega su parte en la velocidad de tus impresiones. Los ajustes del programa laminador pueden marcar la diferencia entre una impresión de 1 hora y una de 3 horas, y esto es algo en lo que puedes trabajar para acelerar el proceso para la impresora 3D de escritorio promedio, siendo consciente de las compensaciones que tomas por tu tiempo.

Cómo aumentar la velocidad de una impresora 3D

Se puede hacer mucho para aumentar la velocidad desde el software y vamos a cubrir los principales ajustes para hacerlo. El resto del artículo asumirá que estamos tratando con una impresora FDM (a menos que se indique lo contrario), ya que son por mucho las más populares.

Velocidad de impresión

En modelos FDM, la velocidad de impresión define la velocidad (en mm/s) a la que se mueve el extrusor. Este ajuste puede modificarse en todos los laminadores, y es uno de los principales parámetros que llevan a tiempos de impresión menores. No obstante, hay limitaciones mecánicas en cada impresora, lo que significa que no puedes aumentar tu velocidad de impresión indefinidamente sin sacrificar la calidad general de la pieza resultante. Hay otras limitaciones, como la tasa a la que tu extrusor puede fundir el plástico. La mayoría de las impresoras trabajan alrededor de 50 mm/s por defecto, pero dependiendo de los detalles, pueden llegar hasta 750 mm/s o incluso más. También vale la pena mencionar que las impresoras pueden trabajar a diferentes velocidades dependiendo de qué parte del modelo está imprimiendo actualmente.

Como referencia, estas son algunas cosas a tener en cuenta relacionadas con la velocidad de impresión:

1. Aumentar la velocidad de la pared exterior puede comprometer la calidad de la superficie, lo que significa que solo se recomienda cuando la apariencia general del modelo es de poca importancia.
2. Aumentar la velocidad en las paredes interiores y la velocidad de relleno puede afectar la resistencia y durabilidad de la pieza; si eso es de poca preocupación, acelerar este parámetro es una posibilidad.
3. La velocidad superior/inferior es la velocidad a la que se imprimen las capas superior e inferior; comprometer estas capas puede ser problemático, por lo que se recomiendan velocidades más lentas para aumentar la fiabilidad del cierre de estas capas.
4. La velocidad de relleno de soporte determina la velocidad a la que se imprimen los soportes. Como las estructuras de soporte usualmente no necesitan alta calidad, valores más altos podrían ser una buena idea para acelerar el proceso.
5. Y la velocidad de interfaz de soporte es la velocidad a la que se imprimen los techos y fondos de los soportes. Dado que estas capas pueden afectar la calidad de la superficie en contacto con ellas, se recomienda usar parámetros conservadores.

Velocidad de desplazamiento (Travel Speed)

La velocidad de desplazamiento afecta qué tan rápido se mueve la cabeza cuando no está extruyendo filamento. Aumentarla puede ahorrar mucho tiempo, pero puede resultar en problemas como desplazamiento de capas (layer shifting), lo que puede arruinar la impresión completa. La mejor manera de encontrar la velocidad de desplazamiento óptima para tu máquina es consultar la información de tu fabricante y, lo más importante, como prácticamente todos los ajustes en esta lista, jugar con los ajustes para algunas impresiones de prueba, subiéndola lentamente hasta encontrar la velocidad correcta que no comprometa tus proyectos. Las correas flojas tienden a ser la principal razón de los desplazamientos de capa, así que asegúrate de tensarlas regularmente.

Velocidad de retracción

En máquinas FDM, esto afecta qué tan rápido la impresora tira del filamento antes de empezar a moverse de nuevo. Si se deja demasiado lento, resultará en stringing (hilos), pero si se configura demasiado rápido puede causar molienda de filamento, lo que daña tu extrusor y causa pérdida de filamento, así como otros problemas, por lo que hacer algunas impresiones de prueba es aconsejable.

Reducir el relleno (Infill)

El relleno es lo que hay dentro de las paredes interiores del modelo impreso. Los laminadores usan diferentes patrones para llenar el volumen de los modelos 3D y diferentes patrones llevan a diferentes propiedades de tracción. Reducir el porcentaje de relleno lleva a impresiones más rápidas, menos consumo de filamento y piezas menos resistentes.

Este parámetro puede ir desde 0 % (lo que implica que no hay nada entre las paredes del modelo) hasta 100 % (las paredes están completamente llenas de material). Vale la pena mencionar que el beneficio marginal de aumentar este ajuste por encima del 30 % casi nunca vale el tiempo extra.

Para impresoras LCD o DLP que imprimen capas completas en cada iteración, el relleno no impacta realmente el tiempo que tarda en hacer la pieza, pero para impresoras FDM y SLA este valor es uno de los principales impulsores de los tiempos de impresión y consumo de filamento.

Reducir el número de capas exteriores (shells/paredes)

Las capas exteriores (shells) son el número de capas que componen el contorno de la impresión. Aumentarlas hará la pared exterior más gruesa y hará tu impresión 3D más fuerte. Si también planeas lijar la impresión para que se vea más bonita, siempre es buena idea añadir un par de paredes extra.

Aumentar la altura de capa

La altura de capa define qué tan pequeña es cada capa en el eje Y y es el principal determinante de la precisión de detalle del modelo y su apariencia general. Sin embargo, es uno de los principales impulsores del tiempo que tarda en imprimir cualquier cosa. Si el acabado en una pieza es de poca importancia o si es lo suficientemente grande, elegir una altura de capa mayor es un truco útil para reducir el tiempo que tarda en imprimir cualquier cosa.

Una impresión de alta calidad puede tomar valores de 0,1 mm o incluso menores. Sin embargo, tiene una relación inversa 1-1 con los tiempos de impresión: reducir la altura de capa a la mitad duplicará el tiempo de impresión.

Minimizar el uso de soportes

En FDM, cada capa debe depositarse sobre algo, ya sea la superficie de la cama de construcción o otra capa de filamento. Si el modelo tiene secciones en las que algunas capas comenzarían a imprimirse en el aire, todo el proceso fallaría.

Los soportes pueden llevar mucho tiempo en hacerse y a veces son inevitables, pero podrías sorprenderte de cuánto puedes lograr con unos trucos: rotar y ajustar el modelo para permitir que se imprima sin necesidad de soporte, o simplemente reducir la cantidad de soporte necesario puede reducir el tiempo significativamente. Como regla general, intenta rotar el modelo para minimizar la superficie con ángulos de más de 45 grados.

Capas adaptativas

En pocas palabras, las capas adaptativas permiten imprimir con alturas de capa variables, permitiendo a tu laminador disminuirla automáticamente cuando se requieren detalles más finos o aumentarla cuando la forma de una sección lo permite. Imprimir con este ajuste te permite acelerar el proceso sin sacrificar demasiado en calidad; sin embargo, tiene sus limitaciones: si necesitas una pieza con altos detalles en todas partes o si intentas imprimir dos objetos diferentes al mismo tiempo, las capas adaptativas pueden ser perjudiciales para la impresión en su conjunto. Puedes leer más sobre capas adaptativas aquí.

Velocidad de las impresoras 3D hoy

En el mercado de impresión 3D actual, la gran mayoría de impresoras imprimen a una velocidad de alrededor de 40-50 mm/s, y modelos más refinados pueden llegar a 120-150 mm/s; sin embargo, ya hay modelos que pueden alcanzar velocidades más altas: ¡algunas impresoras Voron han alcanzado hasta 1000 mm/s! (pero sigue siendo rudimentario, por decirlo suavemente). El mercado de impresoras 3D está en constante evolución a tasas muy altas y podemos esperar avances futuros en tecnología que permitirán impresiones más rápidas y fiables.

Conclusión

Hay mucho que tener en cuenta al calcular los tiempos de impresión de nuestras piezas. No solo es importante la tecnología de impresión y la máquina en sí, sino también la configuración que elegimos en nuestro laminador preferido. Estos dependen no solo de la forma y volumen de un modelo, sino también de los detalles estéticos deseados y los requisitos físicos que necesitamos.

La tasa a la que mejoran las impresoras de aficionados es asombrosa y podría llegar un día en que no tengamos que saber nada sobre la configuración adecuada de una impresión. Mientras tanto, necesitamos seguir jugando con los ajustes para arañar un minuto extra sin comprometer la calidad de una impresión. Para algunos de nosotros, ¡este es uno de los aspectos más entretenidos e interesantes de esta profesión!

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