Introducción a la Impresión 3D - Parte 1

Primero, antes de que se pregunte si vamos a construir nuestra propia impresora 3D aquí, siento decepcionarle. Esta serie de blogs tratará gradualmente de estas experiencias, y también de trucos con varios programas.

Yo mismo tengo desde hace poco, en enero de 2021, una impresora 3D de la marca Anycubic. Este es un modelo básico, pero es suficiente para las impresiones más comunes. Así que esta serie de blogs será principalmente un informe de la experiencia de las clases, un tutorial en la impresión 3D y sus programas, así como reflejar la curva de aprendizaje de mí. Seguro tiene curiosidad por saber todo lo que he aprendido, modificado y ampliado en mi impresora desde enero de 2021. Poco a poco, se presentarán algunos de los programas que he utilizado para mi impresora. Un tema esencial será también la conexión de una Raspberry Pi con la impresora.

Esta serie de blogs se enfoca en las denominadas impresoras FDM. FDM son las siglas de Fused Deposition Modeling, es decir, el modelado mediante el proceso de capas fundidas.

Primer contacto con la impresora 3D

La nivelación, corte, Gcode o filamento son sólo algunos términos (técnicos) que se pueden leer en relación con una impresora 3D. Se tiene que reconocer que si el tema de la impresión 3D es nuevo para usted, es posible que se sienta como un principiante en los primeros 5 minutos. Como escritor experto en tecnología, esto no era una excepción conmigo. Mi primera impresora fue una Anycubic i3 Mega S, encontré una impresora 3D barata pero buena, que me puso en la misma situación mencionada anteriormente.

Figura 1: Impresora 3D del autor con algunos accesorios

Según el modelo y el fabricante, el montaje es sencillo o difícil. En el caso de mi Impresora 3D, por ejemplo, el montaje se realizó rápidamente con 8 tornillos de cabeza y tres cables. Sin embargo, también hay otras impresoras que tienen una estructura mucho más compleja. En este caso, tiene que ensamblar y conectar usted mismo los motores, el chasis y el resto de la electrónica. Hay que tener en cuenta que se trabaja con un voltaje de red de 230V y que, de hecho, se necesita una formación adecuada. Por otro lado, hay dispositivos profesionales que llegan completamente equipados. Si, dependiendo del modelo, ha montado la impresora, puede ser que sean necesarios más pasos hasta la primera impresión.

Preparación de la Impresora 3D

Si tiene un problema con la impresión, los primeros comentarios en los foros son que debe nivelar bien el heatbed. El heatbed se refiere a la placa de impresión de la impresora, como se muestra en la figura 2.

Este proceso debe realizarse con la mayoría de las impresoras más convenientes después del montaje. Sin embargo, hay impresoras 3D en el segmento de precio más alto que están completamente preparadas de fábrica y no necesitan ser reajustadas más tarde.

Figura 2: Heatbed de Anycubic i3 Mega S

El heatbed se lo denomina así porque no es una simple superficie móvil, sino una cama de presión que puede ajustar la temperatura de la superficie. Según el tipo de filamento y otros factores, la temperatura se puede ajustar a alrededor de 70℃.

La nivelación se refiere a la distancia entre el cabezal de impresión y el heatbed. Para ser más específico, la distancia entre la boquilla, que está atornillada al hotend, y el disco térmico debe ajustarse correctamente. ¿Qué es un hotend y una boquilla? El hotend es la parte de la impresora que permite que el material de impresión, conocido como filamento, alcance la temperatura líquida. En el extremo del hotend se sitúa la boquilla, la punta o extremo caliente con la que se introduce el filamento calentado en el heatbed, como se observa en la figura 3.

Figura 3: Extremo caliente con boquilla

Esto se realiza bajo presión, ya que el denominado extrusor empuja el filamento hacia el hotend. El extrusor es un dispositivo que "agarra" el filamento y lo guía a través de un tubo hacia el hotend, como se observa en la figura 4.

Figura 4: Extrusor en el marco de la impresora

Por lo tanto, cuando se trata de nivelación, esto simplemente se refiere a que se debe ajustar la distancia entre las boquillas y el heatbed. Para ello, puede situar el hotend en la posición inicial, es decir, en el punto {0,0,0} del sistema de coordenadas de la impresora, a través de la opción de menú correspondiente. Antes de hacerlo, coloque una hoja fina de papel entre la boquilla y el heatbed, y desactive los motores de todos los ejes después de alcanzar la posición "inicio". Según el fabricante, se recomienda controlar determinados puntos del heatbed y ajustar la distancia mediante los tornillos de fijación situados bajo el heatbed. Puede encontrar muchas respuestas a esta pregunta en Internet. En lo particular, para mí fue suficiente cuando la cuchilla entre el heatbed y la boquilla, raspa ligeramente, mientras dejo que el heatbed se caliente hasta 60°C.

Sólo en los últimos párrafos, puede haber leído varios términos técnicos, y posiblemente su cabeza ahora mismo esté echando un poco de humo, eso es lo que también me ocurrió a mi. Pero no se preocupe, la curva de aprendizaje es empinada, pero muchos términos aparecen una y otra vez.

Primera impresión

El proceso que se mencionó previamente duró 45 minutos. Debido a que la nivelación desempeña un papel importante en todas las impresiones, se debe realizar un enfoque importante aquí. Antes de que surgieran problemas, se ha repetido la nivelación muy a menudo para obtener los mejores resultados.

Tan pronto como termine la nivelación, naturalmente he revisado si todo está correctamente ajustado. Muchas impresoras proporcionan una tarjeta SD con un archivo pre-preparado gcode para su primera impresión. En mi caso, este primer archivo contiene dos pequeños búhos sentados en el tocón de un árbol.

Esto se selecciona a través de la pantalla táctil, la presión se puede iniciar, como se muestra en la figura 5. Antes de eso, todavía se tiene que llevar el filamento al extrusor, ya que de lo contrario no se puede imprimir nada.

Figura 5: Selección de la primera impresión

Después de una hora y media por fin tenía las figuras terminadas por completo.

Se debe tomar en cuenta con las impresoras FDM que el heatbed o hotend debe calentar y luego enfriarse de nuevo. Por lo tanto, se tarda bastante tiempo hasta que se puede retirar la pieza terminada de la heatbed, porque la adherencia del heatbed frío ya no es tan fuerte.

¿Cómo funcionan las impresoras 3D?

El principio detrás de la impresora 3D o de la impresora FPM es muy simple. A través de los tres ejes X, Y y Z, se desplaza una posición o distancia en el área de impresión hacia o desde. Dependiendo de la posición, se presiona una cierta cantidad de filamento fuera de la boquilla. Para que esto funcione, la impresora necesita lo siguiente:

• Información precisa sobre el proceso, lo que debe hacer.
• La posición exacta del punto de la herramienta, la boquilla, en el sistema de coordenadas de la impresora.
• Durante el movimiento de la boquilla, la indicación exacta de la posición en el espacio.

El denominado gcode es necesario para el recorrido o la posición a la que se debe desplazar la boquilla. Puede imaginar esto como una especie de programa. Si observa con detenimiento este gcode, notará las similitudes con un controlador CNC, como los que se utilizan en los tornos y fresadoras industriales CNC. El gcode especifica línea por línea exactamente lo que debe hacer la impresora 3D. Ya sea para encender el ventilador de la boquilla, hacer que el extrusor alimente el filamento o recorrer una determinada distancia. Estos comandos son reconocidos por el firmware del controlador, por lo general un firmware Marlin, que luego implementa estos comandos en consecuencia. Una visión general de todos los gcodes, se puede observar en la página principal de Marlin.

Con esto, el primer punto de la lista ya se ha aclarado, aunque todavía no se ha explicado con más detalle cómo se llega al gcode. En el próximo artículo aprenderá más sobre esto. Aun queda la interrogante de cómo la impresora "sabe" dónde se encuentra el cabezal de impresión en la habitación.

Esto se divide en dos etapas. Al iniciar la impresión, la impresora se mueve primero a la coordenada de origen 0,0,0. Esto representa que los tres ejes de coordenadas se mueven al llamado punto cero. Esto suele estar asegurado por uno o varios interruptores de límite que activan heatbed o el hotend en cuanto se alcanza el punto cero, como se muestra en la figura 6.

Figura 6: Interruptor final del Eje Y

Esto representa que el controlador ya tiene una referencia de la impresora. En el segundo paso, se utiliza un motor de paso incorporado, como se muestra en la figura 7.

Figura 7: Motor de paso del eje Z (inferior) y del eje X (superior)

Estos motores sincrónicos se pueden controlar paso a paso sin retroalimentación de posición. No hay codificador o codificador rotativo, lo que representa que el controlador de la impresora supone que se ha acercado a la posición correcta. Esto puede parecer desalentador al principio, pero los motores paso a paso de la impresora 3D son muy precisos. Para que, el motor obtenga la posición correcta, se utilizan los llamados módulos de controladores de motores paso a paso. Esto permite un control preciso del motor de paso.

En la mayoría de los casos, las impresoras 3D tiene 5 motores de paso:

• Uno para el eje X
• Uno para el eje Y
• Dos para el eje Z
• Uno para el Extrusor

La pregunta, ahora, por qué el eje Z requiere dos motores de paso, se puede responder observando cómo está instalado el eje X en la impresora, como se presenta en la figura 8.

Figura 8: Posición del eje X

El eje X tiene dos carriles en los que se monta el hotend mediante rodamiento finos y flotantes. Dado que recorre toda la superficie del heatbed, ambos lados deben colocarse correctamente para que el hotend no se curve. Para el Anycubic i3 Mega S, esto se soluciona con dos soportes roscados que se atornillan a los motores de paso, como se muestra en la figura 7. Por lo tanto, creo que ahora es muy claro por qué el eje Z necesita dos motores de paso. Hay otras soluciones en la sección de precios más altos, pero la mayoría de los modelos básicos utilizan los métodos descritos aquí.

¿Merece la pena una impresora 3D?

La pregunta más importante que todos se pueden hacer es si vale la pena comprar una impresora 3D. He pensado mucho en ello, y tengo muchas ideas. Pero al igual que un llamado fabricante y mis hijos, la decisión de comprar una impresora 3D ha terminado.

Tenga en cuenta que este artículo sólo muestra el comienzo del mundo de la impresión 3D, y puede que ya le haya sorprendido. Pero una vez que se adentra en el tema, y no evita las curvas de aprendizaje empinadas, la impresión 3D resulta divertida y empieza a construir sus propias pequeñas cosas. Por lo tanto, la pregunta no es si usted necesita una impresora 3D como un fabricante para el futuro, sino por qué usted no tiene una ahora. Muchos de nuestros autores tienen una en casa y construyen cajas o piezas para sus emocionantes publicaciones en el blog.

Vista de la siguiente publicación

Ahora usted ha aprendido acerca de cómo funcionan las impresoras 3D y lo importante que es la nivelación. Esto es sólo la punta del iceberg, como yo, ¿quiere implementar su propio proyecto o conseguir más de la impresora?

Me gustaría explicarle más de la impresora 3D, aclarar términos técnicos, e introducir el uso de una Raspberry Pi en combinación con OctoPrint.

Para imprimir algo, necesita gcode, pero, ¿de dónde viene y cómo obtiene partes interesantes? También discutiremos esta interrogante con más detalle aquí. En primer lugar, permítame indicarle el software Slicer Cura que actualmente estoy usando. Por supuesto, también le mostraré dónde obtener plantillas de impresión interesantes y cómo convertirlas en gcode.

Por último, quisiera hacer una breve introducción al software Fusion 360, que le permite crear sus propios objetos. Las preguntas sobre por qué estoy usando algún tipo de software se discuten en la sección correspondiente.

Por lo tanto, ahora usted está buscando mejorar rápidamente su proyecto no sólo hardware y software, sino también crear las partes necesarias por sí mismo para convertirse en un fabricante cada vez más profesional.

Este y otros proyectos se pueden encontrar en https://github.com/M3taKn1ght/Blog-Repo.