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El proceso de imprimir en 3D

El proceso de imprimir en 3D

En esta página se explica como imprimir en 3D usando una Prusa i3 o cualquier otra impresora 3D de hardware libre. Para seguir estos pasos es necesario disponer de una impresora 3D montada y calibrada.

1. Crear o descargarse un modelo en 3D para imprimir.

Se puede utilizar cualquier software de diseño 3D para crear un modelo. Para diseñar se puede utlizar cualquier software como Blender, openscad, freecad, autocad, maya, etc.. siempre y cuando el diseño generado se pueda exportar al formato STL.

Existen webs donde se pueden descargar libremente multitud de diseños en 3D. Por ejemplo: Thingiverse, RascomRas y Pirate bay. Si no se te da muy bien el diseño, es aconsejable buscar primero en estas páginas. Puede que alguien ya lo haya diseñado y subido a la web!

 

2. Transformar el modelo 3D en instrucciones CNC (Compilar)

Las impresoras 3D funcionan como cualquier máquina de control numérico. Toda la impresión se basa en una lista de instrucciones que indican a la impresora en qué posición debe situarse el extrusorr y a qué velocidad debe ir hasta dicha posición. El extrusor funciona como una dimensión más, en la que el espacio recorrido es la longitud de cable de plástico que se ha extruido. En el proyecto RepRap se usa GCODE para expresar las instrucciones. http://reprap.org/wiki/G-code

G1 X-17.23 Y-17.21 Z0.54 F480.0 E173.16
G1 X-17.4 Y-17.05 Z0.54 F480.0 E174.348
G1 X-17.4 Y17.05 Z0.54 F480.0 E344.808
G1 X-17.23 Y17.21 Z0.54 F480.0 E345.996
G1 X17.23 Y17.21 Z0.54 F480.0 E518.316
G1 X17.4 Y17.05 Z0.54 F480.0 E519.504
G1 X17.4 Y-16.67 Z0.54 F480.0 E688.094

Ejemplo de GCODE. En cada instrucción se indican las coordenadas X, Y y Z, la velocidad del movimiento y la posición del Extruder.

Para pasar de un modelo en 3D a una lista de instrucciones CNC se necesita “compilar” el archivo STL para obtener un archivo GCODE. Los compiladores de software libre que se usan actualmente son slic3r y skeinforge. Skeinforge es el que se usaba hace unos años, cuando no había muchas alternativas, pero tiene una infinidad de parámetros y eso dificulta mucho su correcta configuración y en consecuencia ralentiza mucho el proceso de calibración. Slic3r, sin embargo, es un software más nuevo y aún se conoce poco, pero es mucho más simple de usar, y es más rápido compilando.

2.1. Slic3r

A continuación se explican los campos más importantes del software slic3r. En la pestaña “Printer and Filament” se describen las características de la impresora y del plástico con los siguientes campos:

* Características de la impresora.

  • Nozzle diameter (mm). Diámetro de la punta del hotend. Es el diámetro que tiene el plástico a la salida del extruder. Normalmente usaremos 0.5mm o 0.35mm.
  • Print center (mm). La figura a imprimir normalmente se situa en el centro de la bandeja (100,100 si el area de impresión es de 200x200mm), pero si se quiere imprimir en otro punto este es el lugar donde indicarlo.
  • Z offset (mm). Posición inicial del eje Z.
  • G-code flavor. Algunos firmwares tienen instrucciones GCODE propias o las interpretan distinto de otros. Hay que indicar aqui que firmware se está usando si está en la lista.
  • Use relative E distances. La distancia que recorre el extruder en cada instrucción se puede indicar de forma relativa o absoluta. De forma relativa significa que en cada instrucción se indica sólo la longitud a extruir independientemente de lo que se haya hecho anteriormente. Cuando se indica de forma absoluta, en cada instrucción se acumula la distancia a recorrer con la ya recorrida. Normalmente se usa la posición absoluta al igual que en el resto de dimensiones, pero depende del firmware.
  • Filamento
    • Diameter (mm). Diámetro del plástico a la entrada del extruder. Normalmente 3mm o 1.75mm
    • Temperature (ºC). Temperatura del hotend durante la impresión. Para PLA se usan valores entre 180 y 200 ºC, mientras que para ABS se usan entre 210 y 230. Pero también depende del fabricante, material, color, velocidad de impresión, etc.. hay que encontrar los valores adecuados cuando se cambia de plástico y/o de velocidad de impresión.
    • First layer temperature (ºC). Temperatura del hotend para la primera capa. La primera capa se trata de forma especial ya que es muy importante que quede bien pegada a la bandeja. Para asegurar esto, a veces se usa una temperatura distinta en esta capa que en las demás. En algunos casos conviene que la temperatura de la primera capa sea más alta que en el resto de capas. Sin embargo, esto no siempre es así. En el ejemplo de la imagen estamos usando una temperatura inferior (185 para la primera capa y 195 para el resto). Esto es debido a que la valocidad de impresión de la primera capa es mucho más lenta que en el resto y no es necesario que la temperatura sea muy alta.
    • Bed temperature (ºC). Temperatura de la bandeja de impresión. Esta temperatura afecta directamente a lo bien que se pega el plástico a la bandeja. Para PLA hay que usar temperaturas entre 40 y 60 ºC mientras que para ABS hay que usar alrededor de 110. Temperaturas demasiado bajas o demasiado altas provocan que el plástico no se pegue bien y cuando se han impreso unas cuantas capas, el plástico se enfria y se contrae despegándose de la bandeja.
    • First layer bed temperature (ºC). Igual que para el hotend, para la primera capa se puede indicar una temperatura distinta que para el resto de la impresión.
  • Velocidades de impresión. Son las velocidades a las que se moverán el eje X, el Y y el extruder. Cuando se imprime un objeto, en cada capa primero se marca el perímetro, que es la frontera entre el interior de la pieza y el exterior (paredes externas, agujeros, etc). Una vez se ha hecho el perímetro se procede a rellenar el interior. Las primeras capas y las últimas de un objeto se rellenan al 100% mientras que las interiores se rellenan al 40% (valor configurable también!)
    • Perimeters (mm/s). Velocidad de impresión para los perímetros. Usa 30 mm/s para empezar y si todo funciona bien ves probando velocidades mas altas.
    • Small perimeters (mm/s). Velocidad de impresión para perímetros pequeños. En algún caso conviene que esta velocidad sea inferior a la normal para evitar vibraciones.
    • Infill (mm/s). Velocidad para el relleno. El relleno normalmente puede ir a una velocidad mayor a la del perímetro. Se pueden usar velocidades de hasta 60 mm/s pero si el filamento se corta o no se diposita bien hay que reducirla.
    • Solid infill (mm/s). Velocidad para el relleno cuando se rellena al 100%. Las primeras capas y las últimas de un sólido suelen estar rellenas al 100% (al contrario que el resto que suelen estar sobre el 40%). Se puede variar la velocidad cuando se rellena al 100%. Normalmente se usa la misma velocidad que el Infill normal.
    • Bridges (mm/s). Velocidad para los puentes. Los puentes se dan cuando el recorrido de la impresora pasa por un sitio donde no hay capas anteriores de plástico. En este caso la velocidad debe ser mas alta de lo normal para evitar que salga demasiado plástico y se abombe.
    • Travel (mm/s). Velocidad cuando no se está extruyendo plástico. Para moverse de un lado a otro se puede ir bastante más rápido que cuando se imprime ya que el extruder está parado en ese momento.

En la pestaña “Print Settings” se describen las características de la impresión:

  • Transform. Opciones para transformar el modelo STL antes de calcular el GCODE. Se puede cambiar de escala, rotar y hacer copias a lo largo y ancho de la bandeja.
  • Accuracy. Precisión de la impresión.
    • Layer height (mm). Altura de cada capa. Este valor afecta mucho al nivel de detalle que tendrá el objeto impreso. Un valor adecuado, sobretodo en las primeras impresiones, es de 0.4 cuando se usa un hotend de 0.5mm de salida. Para conseguir más detalle hay que reducir este valor a 0.35, 0.3 o incluso menos pero para que salga bien la impresión hará falta ajustar las velocidades, temperaturas, etc.
  • Print settings.
    • Perimeters. Número de líneas en el perímetro. Con 3 lineas se consiguen piezas fuertes y normalmente es un valor adecuado. Hay casos en los que las piezas tienen detalles muy pequeños o, por ejemplo, columnas muy finas en las que hacer 3 lineas en el perímetro hace que la impresión salga mal por ser demasiadas. En esos casos se puede reducir a 2 o 1.
    • Solid layers. Número de capas con relleno 100% al principio y al final de un objeto.
    • Fill density. Porcentaje de relleno en el resto de capas. Normalmente se usa 0.4 que significa relleno al 40%. Si quieres conseguir piezas mas fuertes aumenta este valor. Y al revés, para piezas ligeras se pueden usar valores inferiores.
    • Fill angle. Ángulo de las líneas de relleno. El resto de opciones son características del relleno. Un relleno rectilíneo a 45º es correcto. En algunos casos se usan hexágonos u otras figuras para hacer mas resistente el interior de los objetos.
    • Generate support material. Para imprimir figuras con partes “volantes” es necesario imprimir antes un soporte. Slic3r calcula los soportes necesarios si se activa esta opción.
  • Retracción. La retracción se usa para evitar que el extruder gotee cuando se desplaza de un lugar a otro por un recorrido en el que no debería salir nada de plástico. La retracción consiste en mover el extruder hacia atrás de forma que succiona el plástico semi-fundido que hay en la punta del extruder y evita el goteo. Al finalizar el recorrido se vuelve a extruir la misma distancia que se ha hecho hacia atrás y el plástico vuelve a salir. Desde que existe la retracción que no es necesario limar las piezas!
    • Length (mm). Longitud de la retracción. 1 mm es un valor correcto.
    • Lift Z (mm). Elevación del eje Z. La retracción puede incluir una subida temporal por el eje Z, normalmente no es necesario así que mejor dejar el valor 0.
    • Speed (mm/s). Velocidad de la retracción.
    • Extra length on restart (mm). Si después de la retracción notas que el plástico tarda demasiado en volver a salir puedes aumentar este valor para que el recorrido de vuelta sea superior al retraído.

3. Conectarse a la impresora 3D.

Para conectarse a la impresora 3D es necesario un software de ordenador (llamado normalmente “host”) que se conecte a la impresora y pueda enviarle instrucciones. Algunos de los softwares libres más conocidos para conectarse con las impresoras 3D son: printrun, cura, replicatorg y el reprap host original. Printrun es sencillo y práctico, mientras que replicatorg es bastante mas elegante y funciona muy bien con impresoras de makerbot, pero da algunos problemas de comunicación con otras impresoras. Ambos programas funcionan en cualquier sistema operativo.

4. Imprimir

Una vez el “host” se ha conectado a la impresora hay que calentar la bandeja y el extruder a las temepraturas adecuadas (por ejemplo, 60 grados la bandeja y 190 el extruder). Luego, se abre el archivo GCODE generado en el paso 2 y se envía a la impresora usando la opción “print” del software.

5. Enlaces de interés

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