Mejorando la impresión 3D: Dominando las estructuras de soporte para construcciones complejas

Una de las principales limitaciones de la tecnología de impresión 3D FFF es la necesidad de imprimir cada capa sobre la anterior, sin posibilidad de producir puentes, voladizos o paredes con grandes pendientes.

Para superar esto, es común usar estructuras de soporte impresas que sirven como base de apoyo para los elementos anteriores. Estas estructuras se conocen como soportes.

Imagen 1: Soportes en piezas impresas en 3D. Fuente: 3DHubs

Partes de los soportes

Los soportes constan principalmente de cuatro partes:

• Soporte: Es la estructura que sostiene las capas voladizas.
• Soporte denso (dense support): Las últimas capas del soporte en contacto con la pieza se llaman soporte denso. Su nombre se debe a que estas capas tienen una densidad mayor que el resto del soporte. Es un parámetro opcional que mejora el soporte de la pieza proporcionando una mayor superficie de contacto, sin aumentar significativamente el coste de material.
• Separación horizontal: Es el espacio entre las paredes laterales del soporte y las de la pieza. Evita que la pieza se adhiera lateralmente a los soportes.
• Separación vertical (gap vertical): Es el espacio entre la cara superior del soporte y la pieza.

Tipos de soportes

Dependiendo del material en que se fabriquen, los soportes pueden clasificarse como solubles y no solubles. En el caso de impresoras con un solo extrusor, los soportes deben producirse siempre en el mismo material que la pieza. En el caso de extrusores duales, los soportes pueden producirse en un material diferente al de la pieza. En estos casos, es común usar un material soluble en solvente en el que la pieza no se solubilice (ver filamentos solubles para soportes).

Parámetros de configuración de los soportes

El uso de material soluble o no soluble condicionará la configuración de los soportes, por lo que es muy importante conocer los diferentes parámetros y cómo afectan al comportamiento de los soportes.

Cada software de laminado puede incluir sus propios parámetros no disponibles en otros programas, por lo que es aconsejable consultar el manual del software que se use. Sin embargo, hay una serie de parámetros comunes a todos ellos que permiten configurar cualquier tipo de soporte:

• Umbral de soporte o voladizo (support threshold / overhang): Es el ángulo máximo de pared a partir del cual se generarán soportes. Generalmente se usan valores entre 30 y 60. Alturas de capa pequeñas permiten imprimir pendientes mayores sin soportes, mientras que alturas de capa grandes pueden requerir soportes incluso con pendientes pequeñas.
• Tipo/patrón de relleno (Infill Type/Pattern): El relleno se configura como una estructura de baja densidad. Los patrones que pueden seleccionarse son similares a los usados en el relleno de la pieza. Unidireccional (líneas) será más rápido y fácil de retirar, aunque puede ser menos estable en piezas altas, mientras que bidireccional (cuadrícula) proporciona mayor estabilidad pero puede ser más difícil de retirar, especialmente en agujeros pequeños.
• Densidad del soporte: Es la proporción entre espacio vacío y material en los soportes. Una mayor densidad produce soportes más estables, pero a costa de mayor coste de material y dificultad para retirarlos. Generalmente se usan valores por debajo del 30 %.
• Número de capas de soporte denso: Es el número de capas en contacto con la pieza y que tendrán una densidad mayor que el resto del soporte. Es recomendable usar al menos 3.
• Densidad del soporte denso: Es la densidad de las últimas capas de soporte en contacto con la pieza. Generalmente se usan valores superiores al 30 % para soportes no solubles y superiores al 80 % para soportes solubles.
• Separación vertical: Es la distancia entre la última capa del soporte y la primera capa de la pieza. Generalmente, se usa el equivalente a una capa cuando se usan soportes no solubles y cero cuando se usan soportes solubles.

En el caso de impresoras de doble extrusor, es posible seleccionar diferentes extrusores para el soporte y para el soporte denso. Esto es una gran ayuda para ahorrar material soluble (suele ser más caro) y tiempo al solubilizar los soportes. Por tanto, es recomendable seleccionar el mismo extrusor que imprime la pieza para el soporte, y el extrusor con material soluble solo para el soporte denso. Con esta configuración, se recomienda usar al menos 5 capas de soporte denso con una separación igual a cero.

Problemas comunes con soportes solubles

Los materiales solubles, y especialmente los solubles en agua, suelen ser más difíciles de imprimir. Algunos de los problemas comunes son:

• Humedad: Esto afecta solo a materiales solubles en agua. Estos materiales son especialmente sensibles a la humedad, por lo que deben almacenarse en condiciones adecuadas. Además, es recomendable usar cajas herméticas o desecantes durante la impresión, ya que pueden hidratarse en pocas horas. La consecuencia más común de un filamento de soporte húmedo es el atasco en el hotend.
• Mala adhesión: Es muy importante seleccionar un material de soporte compatible, no solo en temperatura sino también en adhesión. Al imprimir un voladizo, el soporte sirve de base, por lo que una mala adhesión causará un fallo con consecuencias similares a los problemas de adhesión en la base de impresión. En el caso de filamentos solubles en agua, la humedad también causa pérdida de adhesión del material, lo que es particularmente común con PVA.
• Atascos: Como se mencionó, una de las principales consecuencias de un filamento de soporte húmedo son los atascos, pero no es la única causa. Mantener el hotend a altas temperaturas sin imprimir durante mucho tiempo también puede causar atascos. Por tanto, cuando los cambios de extrusor no son frecuentes, es recomendable reducir la temperatura del extrusor inactivo en 30 °C.

Nota: Esta guía trata los conceptos de forma general y no se centra en una marca o modelo particular, aunque puedan mencionarse en algún momento. Pueden existir diferencias importantes en los procedimientos de calibración o ajuste entre diferentes marcas y modelos, por lo que se recomienda consultar el manual del fabricante antes de leer esta guía.