¿Qué son las sacudidas y la aceleración en la impresión 3D? ¡Una guía sencilla!

Cuando nos iniciamos en el mundo de la impresión 3D, primero aprendemos sobre la relación inversa entre la calidad de salida de una pieza y la velocidad de movimiento de la impresora. Con esto, quiero decir nada menos que el simple hecho de que una velocidad de movimiento más baja de la extrusión generalmente producirá un objeto de mejor apariencia.

A medida que pasa el tiempo, también aprendemos sobre más parámetros que se pueden modificar para obtener el resultado deseado para nuestros propósitos específicos. Dos ajustes importantes relacionados con la velocidad de movimiento son el tirón y la aceleración. Aunque son más sutiles y no tan sencillos, son sorprendentemente importantes y pueden hacer o deshacer nuestro proyecto.

Jerk determinará el rango de velocidad (desde 0 mm/s hasta la velocidad especificada) en el que la impresora ignorará por completo el parámetro de aceleración e irá directamente a la velocidad definida en la configuración de tirón. La aceleración, por otro lado, determina la tasa de cambio de la velocidad de movimiento con respecto al tiempo. Esta tasa de cambio se define en mm/s y afecta a la velocidad de impresión hasta alcanzar la velocidad máxima de movimiento.

Definición de sacudidas y aceleración en impresión 3D

Las impresoras 3D utilizan un tablero de control muy poderoso en términos de capacidades de cálculo. Con esta placa se puede interpretar y ejecutar el código G (almacenado en una tarjeta SD o enviado mediante un cable USB). Este código da información sobre la dirección y la velocidad del movimiento, que nuestra impresora lee y ejecuta línea por línea. Sin embargo, hay valores establecidos en el firmware de la máquina que no están escritos en el código G, que definen con más detalle cómo se ejecutan los movimientos.

Entre ellos, podemos mencionar el tirón y la aceleración, que son importantes para lograr una precisión dimensional adecuada en un tiempo de impresión aceptable

De alguna manera, irónicamente, idiota tiende a confundir a aquellas personas que tienen una formación más técnica. Esto se debe a que este término se define en la física, pero tiene otro significado cuando se trata de impresoras 3D. Las personas ignorantes como yo no tienen que lidiar con esta confusión ya que no conocía esta ambigüedad antes de realizar la investigación adecuada para este artículo.

En caso de que estés intrigado, en física, podemos definir aceleración como la tasa de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. Análogamente, imbécil no es otra que la tasa de cambio de la aceleración con respecto al tiempo. Matemáticamente, son la primera y la segunda derivada de la velocidad con respecto al tiempo.

Habiendo aclarado esta distinción (no) necesaria, ¡definamos el tirón y la aceleración para la impresión en 3D!

¿Qué son las sacudidas en la impresión 3D?

Jerk es un parámetro que mide la variación mínima de velocidad que requiere aceleración en un eje. Aunque suene complejo, se nota más fácilmente cuando la variación de velocidad se da en una esquina:al llegar al extremo, el extrusor debe “frenar” antes de cambiar de dirección. Si el valor de jerk es demasiado bajo, el movimiento será más suave cuando llegue a la esquina y la variación de velocidad no será drástica cuando el hotend cambie de dirección.

Por ejemplo, si configuramos el tirón de impresión en 20 mm/s, le estamos diciendo a la impresora que pase instantáneamente de 0 mm/s a 20 mm/s ignorando el parámetro de aceleración. La aceleración solo afectará aumentos adicionales en la velocidad de 20 mm/s a la velocidad máxima.

De lo contrario, si el valor de jerk se establece demasiado alto, se tardará menos en alcanzar la velocidad máxima y, por lo tanto, se reducirán los tiempos de impresión. Como todos los parámetros en la impresión 3D, se debe buscar un punto de equilibrio entre la velocidad y la calidad de impresión, ya que aumentar demasiado este valor aumenta las vibraciones y genera problemas como ghosting o pérdida de pasos en el motor.

¿Qué es la aceleración en la impresión 3D?

La aceleración indica qué tan rápido aumenta la velocidad del movimiento en cada eje. Al igual que cuando conduce un automóvil, la velocidad máxima solo se alcanza cuando tiene suficiente distancia. Por definición, la impresora funciona a una velocidad entre 0 mm/s (totalmente quieta) y la velocidad máxima establecida en la rebanadora, especialmente en piezas complejas con muchas esquinas.

Aumentar la aceleración hace que la impresora sea más rápida si tiene suficiente distancia para viajar. Jerk es responsable de los aumentos instantáneos de velocidad. Juntos, pueden mejorar su impresora y reducir el tiempo de impresión.

Aunque puede establecer diferentes valores de aceleración y tirones para cada eje, se recomienda utilizar los mismos valores en el eje X y en el eje Y. De esta forma, los objetos impresos tendrán el mismo aspecto, independientemente de cómo se hayan orientado durante la impresión.

¿Cómo impactan las sacudidas y la aceleración en la calidad general?

Cuando la extrusora cambia de dirección (o velocidad), primero debe reducir la velocidad en un eje y aumentar la velocidad en otro. Si el tirón se establece demasiado alto, este cambio será rápido y brusco, lo que puede provocar que se transmitan vibraciones no deseadas a la pieza. Asimismo, si la aceleración establecida es demasiado alta, es posible que la impresora no tenga suficiente distancia o tiempo para detener el carro del hotend. Esto produce un overshoot que lleva al hotend más allá de la posición deseada.

Por el contrario, establecer valores bajos de jerk y aceleración hace que nuestra impresora funcione en un rango de movimiento conservador. Los acabados pueden ser mejores, pero la impresión llevará más tiempo y la hará inviable en términos económicos. Como regla general, prosperaremos en los puntos más altos de tirones y aceleración en los que el aspecto del objeto siga siendo aceptable.

Consecuencias de la configuración de sacudidas en la calidad de impresión

• Tiempos de impresión muy largos :el tiempo de impresión se puede acortar si los valores de jerk se configuran correctamente. Las velocidades máximas establecidas en el código G se alcanzan más rápido y exigen menos distancia.
• Vibración excesiva :Cuando la impresora cambia de dirección en ángulos cercanos a los 90 grados, se produce una vibración no deseada en el hotend. Esta vibración se transmite a la pieza generando un “eco ” en el exterior de la pieza. Este problema, conocido como imagen fantasma o timbre, depende (entre otras cosas, como la tensión de la correa) de la forma en que la impresora acelera sus piezas móviles.
• Debilitamiento de la estructura de la impresora 3D :Este problema se ve con más frecuencia en impresoras con sistema de extrusión directa ya que el extrusor y el hotend se mueven juntos. La masa acelerada hace que la estructura de la impresora se agite constantemente, aflojando tuercas y tornillos y aumentando aún más el problema original.
• Esquinas redondeadas :A veces las esquinas afiladas de una pieza salen redondeadas, debido a un mal ajuste del tirón. Hay que corregirlo para que el hotend cambie de dirección correctamente.

Consecuencias de los ajustes de aceleración de la calidad de impresión

• Ruido excesivo :Cuando la aceleración es demasiado alta, la impresora produce ruidos muy fuertes. Una configuración correcta puede ayudar a reducir el sonido proveniente de la impresora.
• Z-bamboleo :Este problema se manifiesta como una variación en las dimensiones de la pieza a lo largo del eje Z. Si las varillas verticales no están dobladas, es muy probable que la aceleración sea demasiado alta.
• Saltos de línea de capa :Si el hotend se mueve demasiado rápido antes de la extrusión, una pequeña parte de la línea quedará vacía.

Encontrar la configuración óptima de Jerk y Aceleración

Configuración óptima de Jerk

Los valores de jaloneo se pueden cambiar directamente desde el menú de la impresora. En el comando Control, seleccione "movimiento". Allí verás los siguientes valores:

• Vx-imbécil
• Vy-jerk
• Vz-imbécil
• Ve-tirón

Como el valor de jerk en el eje z normalmente no tiene importancia para la impresión, dejaremos el valor establecido anteriormente. De la misma manera, se recomienda no cambiar el valor de Jerk del extrusor.

El movimiento en X e Y debe ser lo más similar posible, por lo que siempre usaremos el mismo valor de jerk en ambas configuraciones. Prueba a cambiar esta configuración hasta un valor máximo de 20 mm/s.

La forma más sencilla de encontrar el valor de jerk correcto es hacer varias impresiones idénticas modificando este valor a 5 mm/s en cada iteración.

Configuración de aceleración óptima

Los valores de aceleración también se pueden cambiar directamente desde el menú de la impresora. En el comando Control, seleccione "movimiento". Allí verás los siguientes valores:

• A-viaje
• Amax X
• Amax Y
• Amax Z
• Amax E

Al igual que con el Jerk, solo recomiendo modificar la aceleración en el eje X y el eje Y.

Esta vez, los saltos en cada prueba pueden ser de 100 unidades cada uno. Un punto de partida conservador y comúnmente acordado es alrededor de 400 m/s^2

La siguiente calculadora de Prusaprinters puede ser muy útil para ver en un gráfico la distancia que necesita la impresora para alcanzar la velocidad deseada, con diferentes valores de aceleración.

Esta otra calculadora te permite conocer la aceleración máxima que soporta tu impresora, conociendo la masa de la carga en movimiento y otros parámetros conocidos. También te permite saber si tus valores de aceleración actuales hacen que nuestra impresora sea inestable. Aunque es interesante desde el punto de vista de la ingeniería y la educación, nada supera la iteración de varios valores hasta encontrar el punto óptimo entre la velocidad y la calidad de impresión.

Algunas rebanadoras como Cura le permiten modificar esta configuración usando instrucciones de código g. Por ejemplo, el comando M205 controla la sacudida. Le recomiendo que controle el tirón y la aceleración desde su impresora 3D y luego guarde los mejores valores en la memoria EEPROM.

Uso de la búsqueda binaria para encontrar el tirón y la aceleración óptimos

La búsqueda binaria es un método comúnmente utilizado en programas de computadora. Consiste en establecer dos valores, uno inferior (llamémoslo A) y otro superior (llamémoslo B). El valor medio (para no usar nuestros poderes creativos, llamémoslo C) se calcula como la mitad de su suma:(A + B) / 2 =C.

Si establecemos el valor C en nuestro parámetro de impresión e imprimimos un objeto de prueba, podemos verificar el resultado.

• Si es demasiado alto, se cambia el valor C por el valor B, obteniendo (A + C) / 2.
• Si el valor es demasiado bajo, se cambia A por C, obteniendo (C + B) / 2.

Así, no es necesario probar subiendo el valor poco a poco en cada impresión, ya que el intervalo se corta en 2 partes con cada iteración adicional.

Este método se puede utilizar para ajustar cualquier otra configuración de la impresora (como la velocidad o la temperatura), así que pruébelo si no sabe por dónde empezar.

Modelos para probar los ajustes de Jerk y Aceleración

Hay varios modelos que le permiten verificar o calibrar la configuración de sacudidas y aceleración en su impresora. Algunos de ellos son específicos para estas configuraciones y muchos otros brindan una descripción general de todos los parámetros de impresión que funcionan juntos al mismo tiempo.

La mejor prueba para configurar la aceleración se puede encontrar aquí (Thingiverse). Es totalmente personalizable y consiste en una pieza de una sola pared que varía el valor de aceleración a medida que la impresión sube en el eje Z. Al final, se pueden ver claramente los valores de aceleración que generan vibraciones en la pieza.

Cuando pruebo la configuración óptima de sacudidas, encuentro que el siguiente objeto es muy útil, ya que presenta muchos cambios de dirección en una pieza de impresión rápida. Al imprimir, debe asegurarse de que las esquinas estén correctamente formadas y que no haya señales de vibración cerca de ellas.

Por último, pero no menos importante, un objeto que prueba todos los parámetros de impresión a la vez. Aunque no necesita presentación, Benchy destaca todos los problemas de calibración de la impresora. La superficie de la pared exterior debe ser lisa, sin rastros de vibraciones. Las esquinas del techo deben ser perpendiculares y terminar en un ángulo de 90 grados. Le recomiendo que imprima Benchy después de calibrar correctamente la temperatura y las retracciones para obtener los mejores resultados.

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