Muchos clientes nos preguntan frecuentemente sobre diferentes aspectos de la impresión 3D, bien sea a la hora de elegir una de nuestras impresoras 3D, o por que desean hacer alguna modificación en sus impresoras 3D.
Internet está plagado de información, en ocasiones confusa y contradictoria. En este artículo queremos tratar de forma simple y efectiva todas estas dudas que en muchas ocasiones se nos plantean, sin entrar de forma excesivamente profunda en cada punto.

Estructura de la impresora 3D

Este es uno de los aspectos clave, tanto en los resultados que obtendremos como en el coste de la propia impresora 3D. Una estructura débil puede producir:

  • Bamboleos durante la impresión, que redundan una una mala calidad de impresión, y nos limita enormemente la velocidad de impresión que podemos alcanzar. Además algo tan sencillo cómo el movimiento de la bobina puede producir oscilaciones. Por esto es frecuente encontrar soportes que apoyan en la mesa en lugar de apoyar en la estructura de la impresora 3D, generalmente por que estas estructuras no pueden soportar ni el movimiento de la bobina.
  • Desajustes en la base o cama caliente que provocan que la primera capa no quede pegada o, peor aún, que el cabezal choque con la base produciendo atascos y averías.
  • Limita el uso de extrusores a extrusores bowden. Si la estructura es débil, no soportará el uso de un extrusor directo en movimiento, por lo que no podremos usar materiales flexibles, y el control sobre la extrusión será muy pobre.

Extrusor

Es el componente que realiza el cambio de estado del material, en cómo está diseñado y fabricado está en juego la compatibilidad de materiales que podemos tener, la precisión y fiabilidad de nuestra impresora 3D.

  • ¿Bowden o directo? Generalmente es mucho mejor directo, ya que un extrusor directo puede imprimir con mayor precisión, hacer mucho mejor las retracciones, tener compatibilidad con mayor número de materiales, y evitar los atascos que se producen con un extrusor bowden.
    Sin embargo, el uso de un sistema Bowden está justificado en algunas situaciones, como multimaterial, o impresoras 3D que estén diseñadas para imprimir muy rápido como sistemas CoreXY o tipo Delta. 
    En muchas impresoras 3D baratas se usa un extusor bowden simplemente por que la estructura no es capaz de soportar el movimiento de un extrusor directo.

  • Poleas dentadas: son el componente que transmiten la fuerza del motor al filamento. Puede haber diferencias enormes entre unas poleas u otras, tanto en el coste, como en el desempeño de su función. A día de hoy (2019) uno de los mejores sistemas son las poleas dobles, ya que la fuerza se transmite al filamento por dos zonas a la vez, disminuyendo la probabilidad de que el filamento patine, y aumentando la fiabilidad. Existen muchas otras poleas, de diferente geometría y materiales, las peores son las de bronce con dientes rectos, pero al tener un coste de unos pocos céntimos son muy usadas.

  • Hotend/fusor: se trata del componente que transmite la temperatura al filamento de impresión 3D, tiene varios aspectos clave muy a tener en cuenta:
    1.- Calidad de mecanizados: en ocasiones nos podemos encontrar mecanizados muy pobres que harán que el hotend no funcione como debiera ni como está diseñado, esto desgraciadamente es más habitual de lo que parece.
    2.- Diseño de la garganta, barrel o barrera térmica. Es la zona donde se empieza a producir el cambio de estado del material, mantiene el calor en la zona donde debe estar y tiene una gran repercusión el los materiales que podemos trabajar y la fiabilidad de la impresora 3D. Este componente tan pequeño es uno de los más importantes.
    3.- Disipador térmico, con o sin ventilador. Refuerza la función de la barrera térmica, ambos componentes juntos mantienen la temperatura del bloque en su sitio, algunos disipadores mal diseñados provocan que el filamento se funda antes de llegar a la zona caliente, produciendo atascos y averías.
    4.- Boquillas: aunque fácilmente reemplazables, una boquilla con un mal mecanizado nos puede causar muchas molestias, es mejor evitarlas.


Movimiento

Uno de los aspectos que quizás cause más confusión, ya que muchas veces se suele decir que un tipo de movimiento es mejor que otro cuando no necesariamente tiene por qué ser así. Por tipo de movimiento podemos encontrar:

Impresoras 3D Cartesianas

Son las más comunes, cada eje es independiente, y es el tipo de impresora 3D más común, tiene muchas ventajas:

  • Son sencillas de montar.
  • En caso de que haya algún problema es más fácil de identificar que en otros movimientos más complejos.
  • La carga de procesamiento es la más baja de todas, por lo que funciona muy bien con placas de 8 bits.

Este es el tipo de movimiento que se usa en las P3Steel, en las Prusa I3, y las derivadas de esta. 

Dentro de este grupo podemos encontrar impresoras 3D que mueven la cama caliente en Y, otras que la mueven en Z, e incluso alguna que mueve la cama en dos ejes manteniendo el extrusor estático o que se mueva sólo en Z.

La mayor limitación de este tipo de impresora es el tamaño y las masas en movimiento, ya que al aumentar el tamaño inevitablemente aumentan las masas en movimiento, por lo que para impresoras 3D de tamaño pequeño o mediano sigue siendo recomendable pero para impresoras 3D de tamaño grande que requieran velocidades de movimiento altas se pueden usar otros sistemas más escalables. 

Impresoras 3D tipo CoreXY

Este movimiento se está popularizando cada vez más, especialmente en algunos proyectos de código abierto como HEVO, tiene algunas ventajas muy significativas:

La masa en movimiento suele bajar en impresoras 3D incluso de gran formato, la HEVO en su versión bowden es muy ligera, ya que sólo se mueve el eje X durante su uso, y no hay ningún motor en movimiento.

La relación entre el tamaño que ocupa la impresora y el volumen de impresión también es muy bueno.

Tiene algunas desventaja que frena en parte su popularización:

  • Requiere un procesador potente para hacer los cálculos del movimiento y utilizar todo su potencia, preferiblemente una placa de 32 bits.
  • El montaje es más complicado, y encontrar y corregir algún problema mecánico es más complicado, por lo que modelos como la HEVO no están recomendado para novatos.

Existen otros movimientos como CoreXZ que se usan mucho menos.


Impresoras 3D tipo Delta

Se hicieron muy populares al comienzo de la polarización de la Impresión 3D (2014 - 2015), ya que permitían velocidades de impresión muy altas, necesitan pocos componentes y estructuras sencillas para funcionar bien y esto abarata su precio, pero con el tiempo han ido quedando en segundo plano ya que el movimiento tan complejo que tienen genera ciertos problemas.

Ventaja: Velocidad de impresión usando un extrusor bowden. Esta es su principal y prácticamente única ventaja, usando un extrusor bowden y fibra de carbono para las varillas en movimiento se puede bajar la masa en movimiento a valores de unos pocos gramos, posibilitando que el cabezal se mueva a velocidades de vértigo.

En la práctica esto es muy poco útil, ya que aunque mecánicamente puede soportar velocidades muy altas, el extusor y los materiales sigue limitando la calidad de impresión a velocidades altas. El ser casi imprescindible el uso de extrusores bowden provoca que estén desaconsejadas para filamentos flexibles, los cuales además se imprimen a baja velocidad.

Otros factores en el movimiento

Eje Z en impresoras cartesianas y CoreXY

Las primeras impresoras 3D populares usaban varillas métrica 5 para el eje Z, funcionaban bien en tamaños pequeños y medianos y eran accesibles y económicas, para tamaños grandes se usaban M8 que funcionaban peor, poco a poco fueron dando paso a husillos T8, y husillos integrados en el motor. Los husillos instalados con acoplador funcionan bien, pero requieren de una instalación muy cuidada para que queden perfectamente alineados y no causen oscilaciones en su movimiento (Z wobble). Este problema se evita completamente usando motores con husillo integrado, con un coste significativamente mayor el resultado merece la pena con creces ya que la transmisión de movimiento es mucho más precisa y directa.

¿Cuantos motores en Z necesito?

Depende del tipo de movimiento, el tamaño de la impresora y de la estructura y la calidad de construcción.

Las impresoras P3Steel, I3 y derivados funcionan muy bien con dos, uno en cada extremo del eje X, hoy en día es muy fácil encontrar impresoras 3D baratas con un sólo motor, esto causa oscilaciones en Z, "cabeceo", que se va agudizando con el paso del tiempo con el desgaste de los componentes del eje Z. Además imposibilita el uso de extrusores directos, su compatibilidad y fiabilidad. 

Las impresoras Core XY, de pequeño formato pueden trabajar con uno sólo siempre que la plataforma sea suficientemente rígida, en tamaño grande es más recomendable dos motores para repartir las fuerzas. En formatos muy grandes hay soluciones con 3 o más motores, en principio es recomendable evitarlo para evitar desalineaciones. 

Correas y poleas

En los inicios de la impresión 3D se usaban correas tipo T, con dientes rectos que inevitablemente causaban juego en el movimiento de los ejes. Con la aparición de las correas GT2 este problema despareció, ya que este tipo de correa transmite un movimiento muy preciso sin juego. Se han convertido en el estándar indiscutible. Pero hay muchas calidades diferentes:

  • Correas de goma, sin refuerzos ni nada. Su coste es irrisorio, pero al no tener refuerzo interno estiran con la tensión de los ejes y los resultados no son precisos.
  • Correas GT2 reforzadas con fibra de vidrio, son las más usadas ya que la fibra de vidrio evitan que "estiren" con su uso, le dan cierta rigidez, funcionan bien y son una buena elección.
  • Correas GT2 reforzadas con fibra de vidrio y con recubrimiento anti-desgaste, son relativamente nuevas y solucionan el único problema que presentan el modelo anterior, evitan que su superficie se desgaste con el uso

Poleas GT2, se pueden diferencia por el número de dientes, esto tiene una repercusión directa en los pasos por mm, para impresoras 3D de tamaño mediano se suelen usar las de 20 dientes, las de 16 para impresoras 3D pequeñas, y las de 36 para modelos de gran tamaño.

Aunque los pasos por mm son la principal repercusión de este tipo de poleas, no es la única, una polea más pequeña tiene menos dientes en contacto con la correa, por lo que la transmisión de fuerza es peor, además de que necesita un movimiento del motor mayor para el mismo recorrido, lo que implica mayor uso del procesador, y el par que se gana por el menor radio de la polea se puede perder por la velocidad del motor y el número de dientes en contacto.

Tomando como referencia la polea de 20 dientes, podemos decir que puede ser interesante bajar el tamaño para impresora 3D pequeñas, lentas y precisas, y aumentar el tamaño para impresoras 3D grandes y rápidas.

Rodamientos  y varillas

En este punto encontramos muchas dudas, en parte debido a las traducciones equívocas. 

Hay que distinguir, varillas de acero inoxidable, el cual tiene cromo en su composición (más de un 10,5%), y las varillas de acero cromadas, las cuales sólo tienen una pequeña capa de cromo en la parte exterior.

Este tipo de barras cromadas, sólo tienen un pequeño tratamiento superficial de 0.02mm, es decir, la quinta parte del grosor de un papel, el resto es acero. Probablemente con el tiempo, el uso y el desgaste provocado por los rodamientos se oxidarán en una impresora 3D. Al tener poco cromo y el cromo ser caro, estas varillas son más baratas y se usan como solución de bajo coste.

Las nuestras, sin embargo, son de acero inoxidable 304, pulidas. No se oxidarán en condiciones normales de uso.

LM8UU, SC8UU o Igus DryLin

La diferencia entre los LM o SC, es simplemente la carcasa, por dentro son exactamente iguales, lo Igus sin embargo son muy diferentes. Una buena combinación varilla + rodamiento funcionará perfectamente. Este tipo de movimientos es muy efectivo y se usa en impresoras 3D de todas las gamas, incluso en impresoras 3D de gama profesional.

Lo Igus tienen un comportamiento diferente, ya que deslizan en lugar de rodar, tienen mayor fricción, sufren un poco más de desgaste y hacen que las correas se desgasten también un poco más. Son una opción perfectamente válida ya que el movimiento es ligeramente más preciso.

Perfiles V-Slot

Son una solución para economizar en impresoras 3D, el mismo perfil ranurado de aluminio hace las veces de estructura cómo de guía lineal, es una solución más pobre que los rodamientos lineales ya que tanto los rodamientos que se usan como el propio perfil suelen desgastarse mucho con el tiempo, ya que generalmente están fabricados de plástico y aluminio, en lugar de acero.


Electrónica

Fuente de alimentación

Es el componente encargado de convertir la tensión de la red eléctrica (corriente alterna) en corriente continua a un voltaje adecuado y estable para nuestra impresora 3D, normalmente 12 o 24V.

Su función es sencilla y evidente, pero debe estar bien dimensionada para la impresora 3D, una tarea que parece sencilla pero en ocasiones para economizar se hace de forma pobre. Hay que tener en cuenta que nuestra impresora trabajará durante muchas horas de forma ininterrumpida, impresiones de más de 24 horas son habituales, y las fuentes que se usan son fuentes industriales para LEDs, que están diseñadas para funcionar en intervalos más cortos.

Además, el tipo de carga que es una impresora 3D es diferente a un simple LED, la impresora 3D tiene cambios bruscos de carga, principalmente generados por la cama. Además de que las cargas no son sólo resistencias.

Estos factores hacen que sea recomendable elegir una fuente de unas 2 veces la potencia nominal de la impresora 3D, si queremos que nos dure muchos años.

12V o 24V

Las fuentes de 12V han sido las primeras en aparecer, funcionan perfectamente en impresoras 3D pequeñas y medianas, además de ser muy seguras. Para impresoras 3D de tamaño grande son más recomendables las impresoras de 24V ya que las camas calientes grandes requieren mucha potencia a 24V las conexiones y cables pueden ser más pequeñas.


Placa de control

Es el elemento que controla todos los demás componentes de la impresora 3D, los enciende y apagada, lee las instrucciones del código, las convierte en instrucciones para los controladores, etc. Este componente tiene además muchos otros subcomponentes.

Procesador

Es el encargado de hacer todos los cálculos necesarios para el funcionamiento de la impresora 3D, el más usado es el AVR ATMEGA2560, de 8 bits, pero con una potencia suficiente para la mayoría de impresoras 3D cartesianas. Al ser tan usado Marlin funciona de forma muy estable en él. Existen procesadores inferiores que trabajan también a 8 bits que aún se usan, con menos memoria que nos limitan mucho las funciones que podemos usar. Recientemente están apareciendo procesadores de 32 bits, que muy probablemente pronto serán el estándar, pero actualmente su funcionamiento puede ser no muy estable junto a Marlin. En impresoras 3D cartesianas no se les podrá sacar mucho partido.

Controladores para los motores

Desde el controlador A4988, barato y ruidoso, los DRV8825 más potentes y silenciosos, hasta los avanzados controladores TMC, hay un gran abanico de posibilidades. Los DRV8825 y los A4988 funcionan bien aún, pero los TMC2130 a un coste razonable ofrecen funciones avanzadas y muy buenos resultados, disminuyendo la carga del procesador. Para más información visite esta entrada de nuestro blog.

Mosfets y control de potencia

Es quizás la parte más crítica junto a las conexiones, ya que puede causar serios problemas en caso de estar mal dimensionados. Los mosfets son chips que regulan la salida de corriente de la placa, al hacerlo se calientan. En el mercado hay muchos modelos, desde algunos pequeños diseñados para intensidades de hasta 1A, hasta algunos muy potentes capaces de soportar picos altísimos de 220A o más. La diferencia del coste del componente es proporcional, por lo que desgraciadamente sigue siendo habitual encontrar mosfets quemados y dañados que pueden llegar a provocar un incendio grave. Si haces algún proyecto libre, este es uno de los puntos en los que debes prestar especial atención.

Conexiones

Deben ir dimensionadas en función de la potencia del componente, al igual que el grosor del cableado y las clemas. Si no están bien dimensionadas por el simple efecto Joule se calentarán tanto que se dañarán bajo riesgo de incendio.

LCD con lector de tarjetas SD

Hace unos años era un extra interesante, hoy es un imprescindible, con el podemos imprimir de forma cómoda y autónoma, además de hacer multitud de ajustes directamente.

Este tipo de comentarios puede parecer excesivamente alarmista, pero no lo es en absoluto, modificar una impresora 3D puede llegar a ser peligroso si no se hace correctamente. En esta imagen se puede ver como un fallo en la electrónica ha afectado a una impresora 3D por no seguir algunos conceptos básicos de seguridad:

Más información


Cama caliente

Prácticamente imprescindible, en el mercado existen multitud de modelos, nos permiten imprimir con materiales como PETG y ABS. Es el elemento con mayor consumo en la impresión 3D, por lo que debe estar dimensionado junto a la fuente de alimentación. 

El uso de aislante en la cara inferior es recomendable para disminuir el consumo, y el uso de un cableado acorde a su potencia. 

Tipos:

  • Tipo PCB: es el más antiguo, consiste en una placa de circuito impreso, diseñada como una resistencia. Destaca por su bajo coste y poco peso, junto a un cristal funciona muy bien ya que compensa su principal defecto: su falta de planitud. 
  • PCB con aluminio: el aluminio mejora el reparto de la temperatura, haciéndola muy homogénea en toda su superficie. El acabado superficial es muy plano y se pueden ocultar las cabezas de los tornillos. Es aconsejable usar un recubrimiento, es compatible con cristal, adhesivos, etc. La única desventaja es su adicional grosor respecto a las PCB, este grosor las hace un poco más pesadas y calientan más lento, por lo que suelen ser también más potentes para compensar este factor.
  • Otras camas: generalmente se basan en las anteriores, camas como la Mk52 tienen además imanes insertados. 

Otras funciones

Sensor de nivelación para la cama caliente

Es especialmente útil en impresoras 3D de tamaño grande, pero su uso se está popularizando cada vez más incluso en impresoras 3D pequeñas, gracias a la comodidad que ofrecen. 

Hay que tener en cuenta que este tipo de sensores no corrige las desviaciones de la cama caliente, en su lugar las compensa. No corregirá una estructura pobre, compensará los efectos de esta en la primera capa, y arrastrará el problema en las capas siguientes. Por lo que aunque usemos un sensor de este tipo hay que asegurar la correcta alineación entre ejes, y que esta se mantenga.

Existen en el mercado muchos modelos, capacitivos, inductivos, por infrarojos, mecánicos, etc., algunos requieren bases especiales para poder usarse. Los mecánicos, como el 3DTouch, tiene varias ventajas sobre los demás, ya que al ser mecánicos se pueden usar con cualquier base, y al ser muy ligeros apenas añadimos masa en movimiento. Y prácticamente todos son muy sensibles, a la suciedad, la temperatura, etc.


Sensor de presencia de filamento

Una característica sencilla que cada vez se esta usando más, Marlin a partir de la versión 2 incluye una opción en el LCD. Esta sencilla función nos pude salvar muchas impresiones, ya que si por descuido se nos agota el filamento la impresora lo reconocerá y nos avisará para que lo reemplacemos, en lugar de arruinar la impresión y provocar un atasco.


Fallos comunes:

Quiero aumentar la velocidad de mi impresora 3D y para ello voy a instalar un extrusor bowden

Es un error en impresoras 3D cartesianas donde la cama está en movimiento, ya que disminuye la masa sólo en el eje X, no lo hace en el eje Y, por lo que será el eje Y el que siga limitando la velocidad de movimiento.


Voy a instalar o actualizar la cama caliente de mi impresora, sin documentarme

Lo primero que debes hacer en este caso es ver la potencia de la fuente que tienes y la que necesitarás, además hay que comprobar que todas las conexiones estén preparadas para la intensidad adicional.


Quiero empezar en la impresión 3D, pero como tengo un presupuesto ajustado compraré la más barata para ir mejorándola poco a poco

Es mejor pensar en lo que necesitas, ya que una impresora 3D barata tendrá componentes baratos, al hacerle modificaciones sólo harás pequeñas mejoras que no podrán igualar una impresora 3D con buenas prestaciones. Para llegar a tener resultados realmente buenos tendrás que cambiar muchos de sus componentes y al final tendrás que hacer una inversión mucho mayor, en tiempo, dinero y frustraciones.


Necesito una impresora 3D que ofrezca los mejores resultados sin necesidad de aprender nada, no tengo tiempo para ello

Una impresora 3D se parece más a una CNC que a una impresora de papel, por lo que tendrás que aprender sobre los materiales disponibles y las distintas formas de trabajarlos para sacar el máximo partido. Por suerte, es una tecnología cada vez más popular y fácil de usar, que cualquier persona con un mínimo de interés puede llegar a controlar. Es recomendable comprar la impresora en un comercio especializado que pueda ayudarte con cualquier duda inicial que puedas tener.


Conclusión

Son muchos los componentes de una impresora 3D, todos los componentes tienen relación entre sí, y es en el equilibrio de estos componentes, como se complementan entre sí donde podemos tener una experiencia satisfactoria con el mundo de la impresión 3D. Si un único componente falla, todos los demás no servirán de nada, de ahí la importancia de cada uno de ellos y de como nuestra impresora tenga una selección de componentes equilibrada y bien dimensionada.

Es muy común encontrar ofertas de impresoras 3D en el mercado con componentes desfasados y de baja calidad, guías de "mejores imprescindibles para x modelo barato", pero todas estas mejoras no hacen más que enmascarar problemas de fondo generados por economizar en exceso en los componentes. En en el mundo de la impresión 3D hay muchos componentes diferentes y muchas calidades, ningún fabricante vende altas calidades y tolerancias a precios baratos. Te llevas lo que pagas. 

Nuestra recomendación es que antes de comprar una impresora 3D, o montar un proyecto de código abierto, indagues en los componentes y valores lo que realmente necesitas, ya que el precio no es el único factor a tener en cuenta.