¿Por qué la impresión en 3D es tan lenta y cómo puedo hacerla más rápida?

Velocidad en la Impresión 3D

Si hay algo que ha frenado el potencial de la impresión en 3D para convertirse en una tecnología completamente revolucionaria y práctica, es la velocidad. Esto es particularmente problemático en el caso de las impresoras de modelado por deposición fundida, que es, con mucho, la forma más común de las impresoras 3D utilizadas en la actualidad. Dependiendo del tamaño de la estructura y del nivel de calidad que se desee, una impresión FDM puede tardar 12 horas o más en terminarse. Con este plazo, la impresión FDM simplemente no consigue dar a la impresión 3D una buena opción de revolución.

¿Por qué las impresoras FDM son tan lentas? ¿Qué les impide imprimir más rápido? ¿Existe alguna tecnología que permita imprimir en 3D más rápido que las impresoras FDM?

¿Cómo es de rápida la impresión en 3D?

En términos de la rapidez con la que el ensamblaje de la extrusora puede colocar el filamento en la plataforma de construcción, la mayoría de las impresoras 3D tienen una configuración máxima de unos 150 mm/seg. Sin embargo, esto depende de la calidad de la impresión en 3D que desees y del tipo de filamento que utilices.

Algunos filamentos necesitan ser calentados a temperaturas más altas antes de que puedan fundirse, como el nylon, lo que significa que necesitan pasar más tiempo en la boquilla del extremo caliente. Con estas limitaciones, puedes ajustar su velocidad de impresión dentro del rango de 80 a 100 mm/s.

Para construcciones o impresiones de altísima precisión que necesitan ser muy duraderas, la impresión a baja velocidad da tiempo a las capas individuales para que se solidifiquen y se adhieran entre sí. Si la resolución es la máxima prioridad, puedes optar por sacrificar tiempo e imprimir a velocidades extremadamente bajas. La mayoría de las impresoras 3D permiten que la velocidad de impresión sea de hasta 40 mm/s.

Conocer estos ajustes de velocidad de impresión es útil cuando se está configurando una impresora 3D, pero siguen siendo bastante abstractos, y es difícil imaginar cuán rápido es un ajuste «rápido». Para ponerlo en términos más prácticos, la impresión de una funda de teléfono estándar con un nivel de resolución aceptable, pero no excelente, debería llevar al menos 3 horas. Si deseas imprimir una figurita muy detallada de un personaje de tu programa de televisión favorito, un modelo de 7 centímetros tardará entre 10 y 12 horas en terminarse.

Estas estimaciones no incluyen el tiempo que toma buscar un buen modelo, ajustar sus dimensiones, cargarlo en tu software de cortadora, configurar la impresora 3D, alimentar el filamento a la impresora, aplicar adhesivos a su plataforma de construcción, nivelar su plataforma de construcción y solucionar cualquier problema potencial. En general, es fácil ver lo largo que puede ser todo el proceso de impresión en 3D.

¿Qué otros factores limitan la velocidad de impresión?

Otro factor que juega un papel crucial en la determinación del tiempo que tarda una impresión en terminar es la velocidad de desplazamiento del cabezal de impresión. El cabezal de impresión es un equipo voluminoso que alberga la extrusora, el elemento calefactor y la boquilla. Se desplaza a lo largo de la plataforma de construcción, estableciendo el filamento en las coordenadas dictadas por el software de la impresora 3D.

Con todos los componentes contenidos en el cabezal de impresión, se puede imaginar que se mueve con un peso significativo a lo largo de la plataforma de construcción. El peso en sí no es el problema, ya que los motores paso a paso que mueven el cabezal de impresión son bastante potentes y son capaces de moverlos muy rápidamente. Sin embargo, cuando nos movemos alrededor de objetos pesados, necesitamos considerar el efecto del momento y la inercia.

Es fácil imaginar cómo algo que se mueve excepcionalmente a alta velocidad lleva consigo un gran impulso. Incluso cuando se retira la fuerza que hace que el objeto se mueva, su impulso lo lleva hacia adelante antes de que otras fuerzas (como la fricción) cancelen su impulso residual. Para una aplicación en el mundo real, probablemente puedas imaginarte cómo un camión remolque que viaja a 100 km/h recorrerá una distancia bastante buena incluso después de que el conductor pisa el freno.

Este mismo concepto también se aplica al cabezal de impresión de una impresora 3D. El cabezal de impresión recibe comandos del software que indican hasta dónde se desplazará antes de volver a colocar el filamento. Lleva a cabo el comando pero no tiene ni idea de si aterrizó en la posición correcta. Cuando un cabezal de impresión se mueve demasiado rápido, su impulso tiende a hacer que se sobrepase desde su posición objetivo y a dejar el filamento donde no debería.

Lo peor de que el cabezal de impresión no llegue a su destino es que el error se traslade: el siguiente comando de movimiento comenzará desde una posición incorrecta y hará que acabe en otra posición incorrecta. Ahora, imagínate que esto sucede a lo largo de tu impresión en 3D. Terminarás con «algo» irreconocible con filamentos extruidos por todas partes.

¿Existen formas de acelerar la impresión en 3D?

Dado que la velocidad es una de las mayores limitaciones de la tecnología de impresión en 3D, varios fabricantes y modders han hecho aparentemente su misión ayudar a acelerar las impresoras 3D. Si estás interesado en reducir marginalmente el tiempo que tarda en terminar tu impresión, aquí tiene algunas opciones:

1. Utiliza una extrusora Bowden

Una extrusora Bowden elimina el peso de los engranajes tallados en fresa madre del cabezal de impresión y, en su lugar, alarga el trayecto que debe recorrer el filamento desde la extrusora hasta el extremo caliente. El resultado es un cabezal de impresión que es ligeramente más ligero y capaz de desplazarse a velocidades más rápidas sin desarrollar demasiado impulso. Es difícil saber cuánto más rápido se puede ajustar la velocidad de desplazamiento del cabezal de impresión – probablemente dependerá de la extrusora Bowden en particular que tengas.

Un problema persistente que las extrusoras Bowden siempre han encontrado es el manejo de filamentos flexibles. Con un recorrido tan largo entre la extrusora y el extremo caliente, cualquier acumulación de presión debida a una velocidad de impresión y calentamiento incompatibles provocará que el filamento se deforme. Esto puede resultar en que las extrusoras pelen el filamento y eventualmente atasquen la boquilla. Las extrusoras Bowden también son un poco más difíciles de desmontar cuando se necesita hacer una sesión de desobstrucción de la boquilla.

2. Usar un software de corte diferente

Otra forma de acelerar potencialmente el proceso de impresión es imprimir con ajustes de relleno más bajos. Esto sólo es aplicable cuando el peso y la durabilidad no son tan importantes en la construcción que estás creando.

Mientras que la mayoría de los programas de la cortadora están precargados con diferentes configuraciones y opciones de llenado, las versiones más modernas han creado estrategias de llenado más eficientes que reducen tanto la cantidad de filamento necesario como el tiempo de impresión. Podemos ver cómo las ganancias debidas a los ajustes de llenado más eficientes pueden ser más significativas con modelos más grandes.

3. Obtener una impresora SLA

Esto suena a trampa porque ya no está dentro del ámbito de la impresión FDM, pero parece que estamos en una era en la que las impresoras SLA de sobremesa pueden empezar a ser populares. En lugar de colocar filamentos sobre una plataforma de construcción, los impresores de estereolitografía (SLA) se basan en la polimerización de una solución de resina mediante la exposición a un láser. Con esta tecnología, cada capa se puede construir de una sola vez, en lugar de tener un cabezal de impresión que se mueva para construirla. Las impresoras SLA también producen capas mucho más finas, lo que resulta en impresiones más duraderas.

Como es de esperar, el mayor inconveniente de las impresoras SLA es que son caras. Las impresoras SLA de presupuesto pueden costar al menos 500€, un gran salto en coste comparado con las impresoras FDM premium que puedes comprar por menos de 300 €. Sin embargo, incluso con los altos costes asociados, no podemos imaginar que las impresoras SLA se afiancen más en la industria de la impresión en 3D, especialmente si se busca velocidad.

Conclusiones

Es fácil ver por qué las impresoras FDM se han vuelto tan populares en los últimos dos años. Es barato y fácil de usar y ha impulsado la imaginación de muchos creadores a crear sus propios modelos en 3D. Unos años después, nos damos cuenta de que las impresoras FDM pueden no ser el futuro de la creación rápida de prototipos después de todo.

Las impresoras FDM pueden tardar entre 12 y 20 horas en terminar de imprimir diseños enormes y complejos. Por supuesto, las impresoras FDM no son inmunes a las fallas, por lo que probablemente pasará unas horas más jugando con las piezas de la impresora y la configuración del software. Las impresoras FDM realmente pondrán a prueba tu paciencia en más de una ocasión.

Como hemos visto en este artículo, no es probable que veamos grandes mejoras en términos de velocidad de impresión FDM. La mecánica por la cual su cabezal de impresión se mueve alrededor de la plataforma de construcción limita severamente la rapidez con la que se puede mover, especialmente si estás interesado en crear una impresión que se asemeje a tu modelo, incluso remotamente.

¿Es la impresión SLA de escritorio el futuro? Se puede argumentar que ya es el presente. La velocidad y la precisión de la impresión SLA la han hecho extremadamente atractiva para las impresoras 3D profesionales, y ha llamado la atención de muchos. En este punto, el mayor obstáculo que las impresoras SLA de sobremesa siguen afrontando hacia la popularidad es su coste relativamente más elevado. Sin embargo, no vemos cómo las pequeñas mejoras en la tecnología pueden hacerla tan asequible como las impresoras FDM en un futuro próximo.