Diseño e impresión 3D.

CAROLA GÓMEZ SANTOS

DISEÑO E IMPRESIÓN 3D

CREA TUS PROPIOS MODELOS DIGITALES PARA MODELADO EN IMPRESORAS 3D.

DISEÑO E IMPRESIÓN 3D. CREA TUS PROPIOS MODELOS DIGITALES PARA MODELADO EN IMPRESORAS 3D

Carola Gómez Santos Ingeniera Técnica Industrial @cargomsan

Página 1

CONTENIDO 1. BLOQUE 1. INTRODUCCIÓN. 1.1.

El diseño y la representación gráfica.

1.2.

Conceptos básicos de dibujo técnico.

1.3.

Impacto del diseño 3D en la sociedad actual.

1.4. ¿Dónde encontrar diseños 3D? 1.5. Aplicaciones del diseño 3D. 2. BLOQUE 2. PROGRAMAS PARA EL DISEÑO DE OBJETOS 3D. 2.1.

Tipos de archivo de diseño gráfico y sus extensiones.

2.2.

Programas de software libre para el diseño de objetos 3d: OpenSCAD, TinkerCAD, Sketchup, freeCAD, etc. a) Cómo crear una cuenta. b) Conociendo la interfaz. c) Movimiento de cámara. d) Primeros pasos en diseño:  Dimensiones.  Posición / Alinear.  Sólido / hueco.  Agrupar.  Intersección booleana.

2.3.

Ejercicio 1: Robot Boceto en papel milimetrado. Dimensiones.

Descomponer en figuras simples.

Diseñar.

Exportar.

2.4.

Laminar el diseño. Programa CURA. a) Interfaz. b) Parámetros principales.

3. BLOQUE 3. IMPRESORAS 3D PARA EL AULA. DEFINICIÓN DE IMPRESORA 3D. 3.1.

Historia de la impresión 3D. 3.2.

Tipos de fabricación.

3.3.

Movimiento libre e impresión 3D. 3.4.

Manejo y uso básico de la impresora 3D. a) Partes de una impresora:  Extrusor  Mecánica  Electrónica  Filamento b) Calibrar una impresora.

3.5. Principales materiales empleados en la obtención de piezas. Tipos de filamentos. a) b) c) d)

4. BLOQUE 4. PROYECTO. 4.1.

Consideraciones de diseño: optimización para imprimir.

4.2.

Principales errores de impresión.

4.3.

Impresión 3D aplicada a drones.

Página 2

1. BLOQUE 1. INTRODUCCIÓN. 1.1.

El diseño y la representación gráfica.

La representación gráfica es una forma sencilla de expresar ideas que serían muy difíciles de expresar con palabras. En cada momento histórico existía un determinado modo de representar. Se representaba, no sólo el mundo material, también se podían representar ideas, emociones, sentimientos,…

En paralelo, en cada época se empleaban instrumentos y soportes diferentes para las representaciones gráficas. A lo largo de la historia han sido varias las personas que han avanzado en las técnicas de representación de la realidad, por ejemplo con los avances en geometría de Durero y Leonardo da Vinci.

La representación gráfica en tecnología, la representación de objetos tecnológicos, es un proceso que va desde la primera plasmación gráfica en bocetos y croquis, hasta una representación geométrica exacta y a escala mediante el dibujo de planos. boceto nombre masculino 1. Estudio o ensayo en el que se trazan las líneas generales y la composición que tendrá una pintura.

2. Esquema o proyecto que contiene solamente los rasgos principales de una obra artística o técnica. sinónimos: esbozo 3. Plan de un trabajo o de una acción en el que solo se exponen sus aspectos principales. croquis Del fr. croquis.

1. m. Diseño ligero de un terreno, paisaje o posición militar, que se hace a ojo y sin valersede i nstrumentos geométricos.

2. m. Dibujo o esbozo rápido y esquemático. plano, na Del lat. planus.

1. adj. Llano, liso, sin relieves. Un terreno plano. U. t. en sent. fig. Un discurso plano.

2. adj. Dicho de un color: Uniforme, sin cambios de matiz.

3. adj. Geom. Perteneciente o relativo al plano.

4. m. Geom. superficie plana.

5. m. Representación esquemática, en dos dimensiones y a determinada escala, de un terreno, una población, una máquina, una construcción, etc.

Página 3

6. m. Posición, punto de vista desde el cual se puede considerar algo.

7. m. Cinem. y TV. Parte de una película rodada en una sola toma.

8. f. Cada una de las dos caras o haces de una hoja de papel.

9. f. Página escrita, especialmente la impresa de los periódicos y de las revistas. Apareció la no ticia en primera plana.

10. f. Escrito que hacen los niños en una cara del papel en que aprenden a escribir.

11. f. Porción extensa de país llano. La plana de Urgel.

12. f. Impr. Conjunto de líneas ya ajustadas de que se compone cada página.

1.2.

Conceptos básicos de dibujo técnico.

a) Normalización.

La normalización es fundamental en el dibujo técnico, ya que permite unificar y simplificar el lenguaje gráfico de representación, acorta el tiempo de dibujo y facilita su interpretación sin equívocos.

En general, el conjunto de normas relativas al dibujo de piezas y con juntos se pode dividir en tres categorías: de representación, sobre las dimensiones y de designación.

Página 4



Normas de representación: codifican el trazado propiamente dicho de una pieza o de un conjunto.



Normas sobre las dimensiones: se refieren principalmente a las dimensiones de las piezas:

medidas

nominales,

parciales

y

totales,

medidas

de

tolerancia

de

fabricación....



Normas de designación: referidas a los elementos de máquinas, que por su gran difusión se normalizaron y estandarizaron mediante un código de identificación: tornillería en general, elementos de transmisión... b) Formatos.

Un formato es el tamaño, la posición y las dimensiones normalizadas que tiene una hoja de papel. Todos los documentos técnicos deben ser realizados en formatos normalizados, de esta forma se simplifican los procesos de: dibujo, reproducción, encartamiento y archivado; así como su presentación en carpetas.

Los

formatos

de

papel

están

normalizados

según

las

normas

españolas

e

internacionales (UNE-1-026-83 que concuerda con la ISO 5457).

Según esta norma, los formatos se clasifican por series. Para el dibujo técnico se debe emplear la serie principal. Los formatos de esta serie principal se designan con la letra A seguida de un número de referencia correlativo. Así el formato de origen es el A0. El A1 se obtiene doblando el A0 en dos partes iguales por el lado mayor. El A2 se obtiene doblando de la misma forma el A1; y así mismo sucede con el A3, A4, A5 y A6.

Excepcionalmente para dibujos muy largos, se pueden

ajustar

láminas

iguales

al

formato

inmediatamente inferior hasta obtener el tamaño deseado.

Reciben

el nombre

estos

tamaños

de

formatos alargados.

Página 5

Para elaborar un plano se procurará escoger el formato de menor dimensión posible, de forma que el dibujo y toda la información que contiene queden claros, sin ambigüedades y perfectamente definidos.

Las hojas de dibujo se pueden utilizar en posición horizontal (X) o vertical (Y). c) Rotulación y Acotación.

La rotulación es un texto escrito que acompaña al dibujo para clarificar e interpretar la representación gráfica de los objetos. Se realiza con un tipo de escritura que debe adaptarse a unas pautas normalizadas que permitan su correcta interpretación. En el dibujo técnico la rotulación normalizada permite indicar las medidas de las piezas en los planos, las características de los materiales utilizados, los acabados y las especificaciones técnicas.

Las características de la escritura que se emplea en los dibujos está normalizada, y tiene que cumplir los siguientes requisitos:

Tiene que ser legible, que pueda leerse con facilidad. Homogénea, que la anchura del trazo y la separación entre caracteres sea constante. Apta para la reproducción.

El dibujo de una pieza u objeto debe incluir el valor de sus dimensiones; es decir, deber estar acotado. La acotación de dibujos está normalizada; está sujeta la determinadas normas y reglas, lo que permite, que cualquier persona que conozca la normativa pueda interpretar perfectamente cualquier dibujo en lo que a sus dimensiones se refiere.

Como normas generales para la acotación de dibujos cabe indicar: 1.Se acotarán las partes de una pieza que sean estrictamente necesarias para su posible fabricación y verificación.

2.Las distintas partes de una pieza se acotarán sólo una vez en el dibujo, y no deben duplicarse en vistas diferentes a menos que se crea estrictamente necesario.

3.Las cotas deben colocarse en la vista en que resulten más claras y expresivas, para determinar mejor la dimensión que representan.

4.Todas las cotas de un dibujo se expresarán en la misma unidad, como por ejemplo en milímetros, sin indicarla en el dibujo, ya que se sobreentiende.

5.En caso de posible confusión, el símbolo de la unidad predominante puede ser especificado en una nota.

Página 6

En los objetos representados en dibujo técnico se utilizan diferentes tipos de líneas, que se diferencian en su forma y espesor. Cada uno de estos tipos tiene un uso distinto. Así, las normas especifican que:



Las líneas llenas de espesores gruesos (desde 1,2 a 0,8mm) se emplean para dibujar los contornos visibles de las piezas.



Las líneas llenas de espesores finos (desde 0,1 a 0,2mm) se emplean para las líneas de referencia y para dibujar las cotas.



Las líneas de trazos (desde 0,4 a 0,6mm) se emplearán para dibujar los contornos no visibles de las piezas.



Las líneas de punto y trazo (desde 0,3 a 0,4mm) se utilizarán para dibujar los ejes, para indicar cortes sobre éstas, etc. d) Sistema diédrico.

El sistema diédrico, se llama así porque utiliza dos planos de proyección, uno horizontal (PH) y otro vertical (PV) que se encuentran perpendicularmente. Estos planos determinan entre sí una línea llamada línea de tierra (LT) y sirve para referenciarnos con respecto a las dos vistas del sistema. Normalmente utilizamos un tercer plano auxiliar llamado plano de perfil (PP). 

Alzado, planta y perfil.

Para captar todos los detalles de un objeto, en la mayoría de los casos, es suficiente obtener tres vistas que reciben el nombre de alzado, planta y perfil.

Alzado es la vista frontal del objeto. Se escoge cómo alzado aquella vista que describe mejor las formas del objeto.

Planta es la vista que se obtiene cuando observamos el objeto desde arriba.

Perfil es la vista correspondiente al lateral izquierdo del objeto.

Una vez obtenidos el alzado, la planta y el perfil, las proyecciones del objeto tienen que quedar situadas de una forma concreta para interpretar correctamente el dibujo. El perfil (izquierdo) debe situarse a la derecha del alzado; y la planta, abajo del alzado.

Página 7

EJERCICIO: Obtén las vistas principales de este objeto:

Página 8

(Solución):

e) Perspectiva isométrica.

El Sistema Isométrico es la perspectiva más utilizada ya que, mediante él se logran dibujos muy claros, sencillos y fáciles de interpretar. Pertenece al Sistema Axonométrico, con la particularidad de que los tres ejes de proyección forman el mismo ángulo, lo que facilita el dibujo utilizando escuadra y cartabón. coeficiente

También de

debido

reducción,

a que

esto,

el

en

el

Sistema Axonométrico es preciso utilizar para llevar las medidas a los ejes, es el mismo para los ejes X, Y, Z; e incluso por esta razón, a veces, podemos prescindir de utilizarlo. (La figura nos quedaría sin reducir y, por lo tanto, más grande que lo que le correspondería si aplicásemos los coeficientes, pero su representación

es

correcta).

En la perspectiva isométrica los ejes, de coordenadas XYZ, están separados formando ángulos de 120°.

Página 9

f) Perspectiva caballera.

Esta perspectiva pertenece también al Sistema Axonométrico de representación, y se basa en dibujar los objetos en un sistema de ejes, dos de los cuales forman un ángulo de 90º (el eje X y el Z); mientras que el tercero (eje Y), forma un ángulo variable recepto a los otros dos. Lo más habitual es que este tercer eje Y forme 135º con el X y el Z. En perspectiva caballera, dos dimensiones del volumen a representar se proyectan en verdadera magnitud (el alto y el ancho) y la tercera (la profundidad) con un coeficiente de reducción. Las dos dimensiones con sus longitudes a escala son la anchura y altura (X, Z) mientras que la dimensión que refleja la profundidad (Y) se reduce en una proporción determinada. 1:2, 2:3 o 3:4 suelen ser los coeficientes de reducción más habituales.

Página 10

g) Perspectiva cรณnica.

La perspectiva cรณnica, tambiรฉn llamada lineal, es el sistema de representaciรณn que mรกs se asemeja a la visiรณn humana, por lo que es usado para dotar al dibujo de una sensaciรณn de realidad, ya que se logra una aparente profundidad que nos permite valorar la posiciรณn particular de cada forma en el espacio.

El sistema estรก basado en la proyecciรณn de un cuerpo tridimensional sobre un plano auxiliรกndose en rectas proyectantes que pasan por un punto. El resultado se aproxima a la visiรณn obtenida si el ojo estuviera situado en dicho punto.

Pรกgina 11

h) Escalas de representación.

Denominamos escala a la relación que existe entre las magnitudes que tiene un dibujo y las dimensiones reales del objeto. Normalmente la escala empleada en los dibujos suele indicarse mediante una proporción.

Diremos que la escala es natural si el dibujo realizado tiene el mismo tamaño en la realidad que en el papel, siendo este tamaño el idóneo para poder representar sin confusiones el elemento a dibujar. Las abreviaturas con las que se pode indicar este tipo de escalas son 1:1 o 1/1. Significa que una unidad en el plano equivale una unidad en la realidad.

Cuando tenemos que representar un objeto muy pequeño en un papel, posiblemente sea muy difícil realizarlo, y en muchas ocasiones totalmente imposible por lo que se hace necesario aumentar su tamaño multiplicando las medidas reales por uno determinado factor.

Las piezas así representadas son más grandes en el dibujo que en la realidad, por lo que, si tomamos medidas sobre el dibujo, tendremos que dividir las mismas entre la escala para saber su valor real.

Normalmente cuando tenemos que dibujar elementos mucho más grandes que el papel disponible, o simplemente por la imposibilidad material de dibujarlos a tamaño natural, se hace necesario reducir su tamaño de forma proporcional. Los elementos así representados son más pequeños que en la realidad, por lo que, si tomamos medidas sobre el dibujo, tendremos que multiplicar las mismas por un factor de escala para obtener la medida real.

Página 12

1.3.

Impacto del diseño 3D en la sociedad actual.

El diseño 3D es el futuro, este permite con ayuda de otros equipos como impresoras 3D crear objetos a partir de un diseño esquematizado en Maya, Blender, etc. Aparte de poder usar el diseño 3D para crear objetos reales, nos permite expandir nuestra mente hacia otras cosas.

Podemos innovar con esta herramienta tecnológica, ya que este es el futuro. Aunque recién estemos en el boom del diseño 3D sera utilizado por los próximos años y tal vez hasta siempre.

El diseño 3D nos permite representar objetos del mundo real que nos servirá para el aprendizaje, como la animación 3D del funcionamiento del corazón, eso es solo un ejemplo que con el tiempo se volverá realidad. Aprendiendo cualquier herramienta de diseño 3D abriría las puertas a la cración de objetos de una manera mucho màs versátil.

Respecto al impacto que tiene la tecnología de impresión 3D en la sociedad actual: a) Impacto en la medicina.

Al principio, el uso de esta tecnología se empleó para desarrollar prótesis sólidas a base de plásticos, titanio y otros materiales, con el objetivo de sustituir partes sólidas de los huesos aprovechando su capacidad para diseñar piezas a la medida del paciente.

Pero ahora la ciencia busca ir más allá, el objetivo es fabricar piezas vivas a base de células del propio paciente, de manera que sean capaces de integrarse en el cuerpo sin ser considerada por este como un agente extraño. En este sentido, la biorreprografía es el reto que consiste en la reproducción de órganos completos, con toda la capacidad funcional del mismo como una alternativa de la medicina regenerativa. También es posible imprimir estructuras del tamaño de unos cientos de nanómetros se ve como una prometedora manera de realizar “stents” cardíacos, microagujas para vacunaciones indoloras y recipientes para el crecimiento de células y tejidos. b) Impacto económico industrial.

La prestigiosa revista The Economist consideró esta tecnología como una “tercera revolución industrial”. La impresión 3D abarata los costes de producción: al poderse crear un sólo artículo por el mismo coste unitario de crear miles de ellos, podrían eliminarse las economías de los beneficios de escala de la producción en masa, y con ello eliminar la mayor parte de los residuos generados. El futuro de la impresión 3D podría dar lugar a una

Página 13

descentralización de la manufactura y con ello, la desaparición de los empleos industriales en las ciudades. También ocasionaría la necesidad de deslocalizar estas mismas fábricas en países donde los costes de producción son menores c) Impacto en derechos de autor.

Una de las cuestiones más importantes es acerca de cómo se van a gestionar los derechos de autor y las patentes, teniendo en cuenta el ritmo al que decrece el precio de las impresoras 3D y por lo tanto, el fácil acceso a una de ellas.

No sería de extrañar que la impresión 3d le de la vuelta al proceso de fabricación a nivel mundial. Hay quien habla incluso de revertir la globalización hacia una glocalización, es decir, un mundo conectado donde vuelve a tener importancia la proximidad local de ciertos servicios, dado que el coste de la mano de obra deja de ser relevante y cobra mas importancia otros factores como la personalización o la cercanía. Por esto mismo, es más flexible y mucho más difícil de hacer cumplir el derecho de autor; esto traerá una consecuencia segura: nos espera una nueva oleada de leyes a nivel estatal, comunitario, etc, para dar una adecuada regulación a lo que está por venir.

1.4.

¿Dónde encontrar diseños 3D?

Thingiverse es la web con más contenido de archivos STL que hay hasta ahora, le pertenece a la reconocida marca de impresoras Makerbot. Fue lanzado en 2008 y ha crecido hasta convertirse en una de las comunidades más grandes del diseño 3D del mundo, permitiendo compartir y descargar archivos de forma gratuita. Superando en 2015 un millón de cargas y 200 millones de descargas.

Cults Es uno de los principales sitios web del mercado francés de la impresión 3D ofrece archivos STL de forma gratuita y los de mayor calidad con un pago mínimo. Cults es también una comunidad que ofrece un intercambio de intereses, muy cercano a una red social de amantes de las tecnologías 3D en donde puedes encontrar y conectar con diseñadores, makers o simplemente creadores.

YouMagine Pertenece a la marca de impresoras Ultimaker, a pesar de que no cuenta con una comunidad tan grande como la web anterior ofrece un compromiso de protección para los diseñadores que cuelgan sus proyectos. Recientemente YouMagine realizó un estudio de impresión 3D de escritorio para analizar que es lo que los consumidores realmente quieren.

Página 14

Otra de las comunidades 3D más grandes que existen se compone de 55.000 fabricantes y diseñadores, ofrece también archivos premium con un costo y archivos STL gratuitos. Le ofrece a los diseñadores la opción de vender o simplemente compartir sus diseños. Una característica que los diferencia del resto es que Pinshape ofrece la posibilidad de imprimir en streaming con su ‘3SPrinterOS’ permite a los usuarios editar, cortar e imprimir un diseño desde su plataforma sin tener que descargarlo.

MyMiniFactory Gestionada por iMakr, tienda de impresoras y accesorios ingleses es la única web que ofrece archivos STL garantizados ya que cada uno de los archivos que se suben a la web son cuidadosamente seleccionados y probados por los miembros de la comunidad.

Además de contar con miles de archivos MyMiniFactory tiene un servicio que si no encuentras lo que buscas puedes solicitarlo a un diseñador profesional.

GrabCad Pertenece a Stratasys, una de las principales marcas de impresoras 3D, centrada en la comunidad de ingenieros mecánicas, con más de 1 millón, los cuales ayudan al publico en general a diseñar y encontrar lo que están buscando. La biblioteca de GrabCad contiene de todo desde joyería hasta muebles llegando a una cifra de 1.130.000 archivos gratuitos.

Autodesk es uno de los principales softwares de impresión 3D, además de lanzar su sitio web con miles de archivos 3D también comparte diferentes aplicaciones de modelado 3D para los que comienzan a incursionar en estas tecnologías. Ofrecen diferentes tutoriales de creación y edición para que sepas como empezar tu proyecto.

3Dagogo es un sitio web que permite vender y comprar archivos, además de su enorme selección de archivos gratuitos. Cada modelos subidoa 3Dagogo está “tested-to-print” incluyendo una imagen con el acabado final. Detrás del proyecto está el desarrollador AstroPrint un software de impresión 3D que se basa en la nube y los servicios compartidos.

3DShook tiene un modelo de mercado diferente ya que ofrece un servicio de suscripción bajo demanda con una galeria gratuita de prueba. Los paquetes de diseño de 3DShook van desde los $10 hasta los $50 que incluyen más de 1.000 modelos en más de 40 categorías que van desde herramientas hasta juguetes.

Instructables es un portal colectivo fantástico donde los usuarios pueden compartir sus proyectos de bricolaje, incluyendo cosas hechas con una impresora 3D. Los tutoriales y las instrucciones están destacadas en las páginas del proyecto para saber cómo construir cada creación, junto con los modelos de impresión 3D, donde es relevante. Además, la mayoría de

Página 15

los diseñadores son bastante serviciales para responder a las preguntas presentadas por el público.

1.5.

Aplicaciones del diseño 3D.

El primer uso intuitivo que damos al hecho de tener un objeto virtual en tres dimensiones es el del ocio y entretenimiento, habiendo sido la película Toy Story (1995, John Lasseter) el primer largometraje realizado integramente por ordenador y en tres dimensiones.

Fue tan relevante que Disney en aquella época se deshizo de muchos dibujantes pensando en que a partir de aquel momento toda la animación sería en 3D. Aunque al final esto no fue así, no hay duda del impacto casusado por esta tecnología en el mundo del cine, no sólo de la animación, sino del desarrollo de los efectos especiales digitales a partir de esos momentos.

(Ver software español Jaleo, 1997).

El paso de la representación en dos dimensiones a la de tres dimensiones, pudiendo además modificar y actuar directamente en el sólido obtenido puesto que ya no es una representación plana de un objeto de tres dimensiones, ha significado una revolución a nivel tecnológico puesto que sus usos no se limitan solamente al diseño.

En estos objetos se apoyan hoy en día los sistemas CAM (fabricación por control numérico) o sistemas CAE (cálculos en ingeniería, desde resistencia de materiales hasta estudios térmicos, cinemáticos, de iluminación, etc.)

Un uso típico de los modelos 3D es el análisis por elementos finitos, o FEM por sus siglas en inglés (Finit Elements Method), donde se analiza la capacidad de las piezas para resistir los esfuerzos a los que van a estar sometidas. Esta técnica consiste en establecer un número finito de puntos unidos por vectores que componen un mallado 3D de la geometría de la pieza, y a partir de estos nodos, iterativamente, realizar el reparto de cargas que ha de soportar la pieza en cada uno de sus puntos.

Una vez hallados los esfuerzos que ha de soportar cada punto, este se compara con las características mecánicas del material de la pieza, pudiendo constatar de esta manera, y sin fabricar nada, en una simulación informática, si la pieza podrá o no trabajar bajo las condiciones definidas y las deformaciones sufridas.

Otras aplicaciones más específicas realizan simulaciones de fabricación de una planta entera, comprobando la sincronización de todos sus procesos, que nuevamente se basan en prototipos virtuales.

Página 16

Se pueden utilizar los prototipos virtuales 3D en dinámica de fluidos computacional o CFD por sus siglas en inglés (Computacional Fluid Dynamics), para predecir comportamientos aerodinámicos o hidrodinámicos de todo tipo.

Nos hemos centrado en aplicaciones más cercanas al mundo de la mecánica, pero el sector de la construcción tiene sus propios software de análisis partiendo de las estructuras diseñadas, la lista de sectores con aplicaciones informáticas que utilizan los modelos 3D creados en sistemas CAD es extensa, y su previsible evolución es tener una mayor presencia en todos los sectores, para validar productos antes de fabricar una sola pieza, sin prototipos intermedios, ganando tiempo, y reutilizando una y otra vez el trabajo desarrollado en diseños previos. (REVIT, CYPE, DIALUX…) En el sector de la topografía también ha sido una revolución puesto que se pueden manejar perfiles topográficos en 3D con sus softwares específicos.

También está revolucionando el mundo de la medicina, con software que permite reconstruir las imágenes tomadas de scaners o TACs y obtener una representación realista del interior del paciente, facilitando a los médicos el planeamiento de las cirugías, diseño de implantes a medida, etc.

Más adelante veremos algunos ejemplos concretos e hitos históricos del uso del diseño 3D mediante impresión 3D.

2. BLOQUE 2. PROGRAMAS PARA EL DISEÑO DE OBJETOS 3D. 2.1.

Tipos de archivo de diseño gráfico y sus extensiones.

¿Qué significan las siglas stl?

No esta muy claro el verdadero significado de esta extensión. El más aceptado es STereoLitograpy debido a que fue esta tecnología la primera en adoptar el formato.

Otros

significados

comunes

son

el

de “Standard

Triangle

Language” o "Standard

Tessellation Language” El formato STL fue el resultado de la búsqueda de un tipo de archivo con el que estas impresoras 3Dpudiesen trabajar y la división en mosaico de las superficies 3D fue la manera de conseguirlo.

La forma de realizarlo es la siguiente. Imaginad que queremos codificar la información de un cubo mediante esta técnica. Podemos dividir cada cara del cubo en 2 triángulos y como el cubo tiene 6 caras esto nos dejará con 12 triángulos.

Página 17

Cada uno de estos triángulos, también llamados facets son los que serán guardados en el archivo stl. Con esto conseguimos reducir la información necesaria para almacenar el cubo, ya que solo será necesario almacenar la posición de cada uno de los puntos que forman los diferentes triángulos y un vector normal a cada una de las superficies que deberá apuntar hacia fuera del modelo.

Para modelos más complejos la técnica sigue siendo la misma, pudiendo cubrir toda la superficie con pequeños triángulos. Cuantos más triángulos contenga nuestro fichero stl más definido estará el modelo. Podemos asemejar esto a los pixeles en una imagen digital.

Hay una serie de normas que los ficheros STL deben cumplir: Cada triangulo debe compartir dos vértices con los triángulos cercanos Para evitar problemas de archivos corruptos, la orientación de cada triangulo debe ser especificada de dos maneras. Todas las coordenadas de los vértices del triángulo deben ser positivas. Es recomendable que las coordenadas de los vértices estén ordenadas de forma ascendente en el eje Z. Esto por ejemplo ayuda a los slicer a preparar el modelo para la impresión 3D. Sin embargo, el formato STL presenta algunas características que hacen que para muchos usuarios no resulte todo lo eficiente que debería. A menudo se necesitan sistemas de reparación muy delicados para detectar y reparar agujeros, triángulos que están del revés y otros detalles de archivos STL que devienen en figuras no imprimibles. Sin embargo, la industria de los marketplaces de impresión en 3D ha superado las carencias del formato STL y hoy en día casi todos los servicios online de impresión bajo demanda aceptan otros formatos más flexibles, como pueden ser PLY, OBJ o Wrml 2.0.

Por ejemplo, el formato Obj, original de la casa Wavefront, se lleva utilizando desde hace décadas en el diseño 3D. Y, mientras que los archivos STL no permiten el uso del color, el formato Obj, sin embargo, soporta mapeados UV y el uso de bitmaps de color, lo que hace que las piezas que tengan que ser impresas a color sean más fáciles de mapear y manipular.

Uno de los principales problemas del STL es que, incluso cuando el archivo es “correcto”, el diseño en sí puede seguir siendo inadecuado para la impresión 3D o para un proceso de la impresión en particular. Cada proceso de impresión 3D tiene restricciones que pueden o no afectar el diseño. Por ejemplo, es normal encontrar que la impresora obligue a utilizar un espesor mínimo de pared.

Página 18

Para que una impresora 3D pueda entender un archivo STL es necesario utilizar un slicer que es un programa que transforma la información del archivo en instrucciones para la impresora. En este proceso el archivo stl se divide en capas y cada una de estas capas se transforma en la información que la impresora puede entender.

El Slicer realiza todo el cálculo “pesado” de la impresión. Tiene en cuenta los parámetros de nuestra impresora y del filamento, que deberemos ajustar con cuidado. De estos parámetros dependerá en gran medida la calidad de nuestra pieza. Además, el Slicer tiene otras funciones adicionales, como definir el tamaño y la orientación de la pieza, dividir o agrupar objetos, o imprimir varios objetos en un único proceso.

Existen muchos programas de Slicer. Quizás el más conocido sea Cura de Ultimaker, que es Open Source. Otros software de Slicer Open Source son Slic3r o IdeaMaker, (entre otros muchos), y también existen software propietarios (de pago) Simplify 3D, Netfabb.

El resultado del cálculo del Slicer es un fichero GCode. EL fichero GCode es un fichero de texto con un formato ampliamente usado en máquinas CNC. Si editamos el fichero GCode veremos miles y miles de líneas que tienen la siguiente pinta: G1 X95.622 Y93.385 E0.06435 G1 X96.148 Y93.098 E0.09425 G1 X97.089 Y92.652 E0.1462 G1 X97.687 Y92.413 E0.17833 G1 X98.608 Y92.199 E0.2255 Esto son las instrucciones de movimiento y coordenadas a las que tiene que desplazar la impresora 3D el cabezal para imprimir nuestra pieza. El GCode tiene comandos para mover el cabezal en X, Y, Z, extruir una cantidad de filamento, cambiar la temperatura… todo el programa para imprimir la pieza. El GCode sí que puede ser interpretado por nuestra impresora 3D. A continuación aparece un listado con las principales extensiones de archivos relacionados con el diseño en general (incluidos algunos que conviene evitar pero que desgraciadamente se pueden encontrar).

Página 19

Respecto al diseño 2D o artes gráficas: ai Archivo de Adobe Illustrator. bmp Archivo de imagen de mapa de bits en formato Bitmap. cdr Archivo nativo de CorelDraw. doc Archivo de texto de distintos procesadores de texto. Usualmente son documentos de Microsoft Word, aunque éste no sea el único programa que ha usado esta extensión. docx Archivo de las últimas versiones de Microsoft Word. eps Archivo PostScript Encapsulado (EPS). fh3, fh4, fh5…

Archivo del desaparecido Freehand en sus versiones 3, 4, 5…. indb Archivo de libro de Adobe InDesign. indd Archivo de Adobe InDesign. indt Plantilla de Adobe InDesign. jpg, jpeg Archivo de imagen en formato (y compresión) JPEG. nef Variante de archivo RAW de imagen de la marca Nikon. No es un archivo apropiado para artes gráficas, al menos directamente, ya que el fotógrafo debería entregar el material procesado y no RAW. otf Fuente tipográfica de formato OpenType. pdf

Página 20

Archivo PDF. Se abre con Acrobat o cualquier editor de ese tipo de archivos. Se puede colocar en multitud de programas (InDesign, Quark XPress principalmente) pfb Fuente tipográfica PostScript. En Windows, la parte de los vectores de uno de los dos archivos necesarios (con su correspondiente parte pfm). pfm Fuente tipográfica PostScript. En Windows, la parte de la métrica de uno de los dos archivos necesarios (con su correspondiente parte pfb). png [por escribir]. No es un archivo apropiado para artes gráficas. ppt Archivo de presentación multimedia de Microsoft Power Point. No es un archivo apropiado para artes gráficas. ps PostScript. psd Archivo nativo de Adobe Photoshop. qwd Documento de Quark XPress. qxb Libro de Quark XPress. qxl Biblioteca de Quark XPress. qxt Plantilla de Quark XPress. rar Documento comprimido en formato RAR con una de las innumerables utilidades que lo

aceptan.No

es

un

archivo

directamente

relacionado

con

las

artes

gráficas, pero se usan mucho para intercambio de archivos (que van dentro del archivo rar). raw Archivo fotográfico con todos los datos, sin comprimir. No es un archivo apropiado para artes gráficas. rtf

Página 21

Archivo de texto en formato de texto enriquecido. Lo abren la mayoría de los procesadores de texto y se puede colocar en los principales programas de maquetación. swf Documento de animación multimedia de Adobe Flash. No es un archivo apropiado para artes gráficas. tif, tiff Archivo de imagen de mapa de bits en formato TIFF. ttf Fuente tipográfica de fotmato TrueType. wks Documento de hoja de cálculo de Microsoft Works. No es un archivo apropiado para artes gráficas. wps Archivo de texto de Microsoft Works. xls Documento de hoja de cálculo de Microsoft Excel. No es un archivo apropiado para artes gráficas. zip Documento comprimido en formato ZIP con una de las innumerables utilidades que lo aceptan. No

es

un

archivo

directamente

relacionado

con

las

artes

gráficas, pero se usan mucho para intercambio de archivos (que van dentro del archivo zip).

Respecto al diseño 3D, incluso con algunas aplicaciones industriales: Extensión .cal .ds .obj .max .fx .stp .3ds .blend .chr .dae .des .dwf

Nombre de tipo de archivo 3ds Max Pose Adjustment File DAZ Studio 1/2 Script File Wavefront 3D Object File 3ds Max Scene File Direct3D Effects File STEP 3D CAD File 3D Studio Scene File Blender 3d Data File 3ds Max Characters File Collada 3d Digital Asset File Corel Designer File Autodesk Design Web Format File

Página 22

Extensión .flt .shp .smd .x .3dm .cpy .iges .mb .mu .nif .pl1 .skp .wrl .cmf .csm .dff .dsf .ppz .rft .tri .vue .xpr .bip .c4d .crf .drf .fsh .geo .m3d .mgf .mxm .rcs .sto .vs

Nombre de tipo de archivo OpenFlight Scene Description File Shapes File Valve Studiomdl Data File DirectX Model File Rhino 3D Model File 3ds Max Copy Track File IGES File Maya Binary Project File Kerbal Space Program Mesh File Gamebryo Model File 3d Home Architect Room Plan File SketchUp Document File VRML Worlds File Cal3D Binary Mesh File Character Studio Marker File Renderware Model File DAZ Studio Asset File Compressed Poser Prop File Revit Family Template File FaceGen Polygonal Model File Vue Scene File Pro/ENGINEER Part Instance Accelerator File Character Studio Biped File Cinema 4d File Format Cal3D Binary Materials File VIZ Render File Fragment Shader File VRML Geography File Archivo de Modelo 3D Micrografx Font File Maxwell Material File RandomControl Scene File PRO100 3D Interior Design Project File Vertex Shader File

2.2.

Programas de software libre para el diseño de objetos 3d: OpenSCAD,

TinkerCAD, Sketchup, freeCAD, etc.

Entre los programas de diseño CAD en 3D, podemos distinguir dos tipos: Programas de diseño geométrico Son aquellos que nos dan, gracias a la parametrización entre otras cuestiones, una total precisión en la composición de nuestros modelos, pudiendo describir objetos complejos de ingeniería. Normalmente trabajarán con objetos del tipo “sólidos”. Algunos de los software de diseño geométrico son Tinkercad, OpenSCAD o FreeCAD.

Página 23

Los programas que se basan en diseño geométrico ayudan a desarrollar la capacidad viso-espacial, mejorando la comprensión de la existencia de 3 dimensiones y dotando así de una mayor habilidad para entender cómo funciona nuestro mundo y la percepción humana. Al trabajar con coordenadas, se mejora la facultad para resolver problemas de ramas técnicas, como las matemáticas, la ingeniería o la arquitectura.

El aprendizaje del diseño 3D basado en primitivas geométricas requiere tener en cuenta una serie de conceptos que permiten abordarlo. En caso de que no se conozcan estos conceptos, es una buena oportunidad para trabajarlos y comprender la utilidad de conocer dichos conceptos.

Los diferentes programas de diseño geométrico ofrecen posibilidades diversas, pero en todos los casos el conocimiento básico necesario para poder empezar a trabajar con estos programas es similar.

1. En primer lugar debemos conocer las primitivas geométricas básicas (cubo, cilindro, esfera, etc.) y su posición espacial en los diferentes ejes (x, y, z).

2. Cuando conozcamos la geometría en 3D y tengamos claro los conceptos relacionados con las coordenadas, estos programas te ofrecen la posibilidad de modificar la posición de las figuras utilizadas (trasladar, rotar, escalar, etc.).

3. Una vez se controle todo lo anterior, empezamos a trabajar las operaciones entre figuras: unión, diferencia e intersección. Estas operaciones nos permitirán crear objetos mucho más elaborados que hasta ahora.

Hasta aquí tendríamos el nivel más básico de aprendizaje con este tipo de Software.

Programas de diseño orgánico Son aquellos que, mediante estructuras alámbricas que actúan como andamiaje de nuestro diseño, definen modelos de formas irregulares, como pueden ser partes del cuerpo humano, etc. Trabajan con mallas de polígonos para formar nuestro objeto. Algunos de los software de diseño orgánico son Blender o Sculptris.

Para las personas que se inician en el diseño y no tienen facilidad para la representación artística, les resulta más fácil empezar por descomponer la imagen, o en nuestro caso la figura, en formas geométricas sencillas que ayuden a enfocar cómo será el resultado final de la imagen que queremos plasmar. Los programas de diseño orgánico, por el contrario, son más complejos porque se representa el diseño en una sola pieza, por lo que suelen estar

Página 24

recomendados para personas con un nivel avanzado en diseño y/o que dispongan de ciertas aptitudes para ilustrar.

En el ejemplo se puede apreciar cómo descomponer la representación de un gato en formas geométricas para conseguir un resultado más realista.

En este curso nos vamos a centrar en el diseño geométrico, y en concreto en la utilización del programa TINKERCAD. Tinkercad es un software gratuito online creado por la empresa Autodesk, una de las empresas punteras en programas de diseño 3D. El objetivo, al usar Tinkercad, debe ser una primera inmersión en el mundo del diseño 3D de una manera sencilla, ya que la interfaz de trabajo es simple y muy atractiva inicialmente, si bien una vez dominados los conceptos básicos carece de herramientas para llegar a diseños complejos.

Sus ventajas son claras: es sencillo de usar, su aspecto es atractivo y con unas pocas horas de entrenamiento podemos adquirir mucha destreza en su uso.

Como desventaja podríamos señalar que es necesario tener una cuenta de correo para darse de alta como usuario y que sólo posee una versión online, por lo que hace falta conexión a internet. a) Cómo crear una cuenta.

(Lo vemos en directo) b) Conociendo la interfaz.

El aspecto del software al comenzar un nuevo diseño es el que se muestra en la imagen. Sin extendernos en mucha explicación: en la esquina superior izquierda tenemos el botón “Tinkercad” para volver a nuestra pantalla de inicio como usuarios, en la zona inferior de dicho botón tenemos opciones para controlar el punto de vista de nuestro diseño y el zoom sobre el mismo (aunque ambas opciones se pueden realizar con los botones del ratón o trackpad). En la zona derecha tenemos una serie de menús desplegables con opciones de diseño directas (formas geométricas, letras, símbolos…). En la zona superior tenemos los iconos de deshacer y rehacer y una serie de accesos directos a herramientas de trabajo y de

Página 25

diseño que se explicarán más adelante. En el centro nos encontramos el plano de trabajo (“Workplane”). c) Movimiento de cámara.

(Lo vemos en directo) d) Primeros pasos en diseño: Empezaremos con algo sencillo, un bonito cubo rojo.

Despliega el menú lateral derecho “Geometric” y selecciona el cubo (“Box”), desplaza el cursor de tu ratón al plano de trabajo. Aparecerá un cubo que se moverá siguiendo el movimiento del cursor y podemos “depositarlo” allá donde queramos (déjalo fijo en cualquier posición del plano de trabajo).

Al

depositarlo

aparecerán

una

serie

de

símbolos

seleccionables en el contorno del cubo. Los cuadrados blancos sirven para aumentar o disminuir alguna de sus dimensiones (largo, ancho o alto). La flecha negra superior sirve para elevar el cubo respecto del plano de trabajo y las flechas en curva nos permiten girarlo respecto de los tres ejes principales (x, y, z).

Vamos a mostrar con unas imágenes el proceso para redimensionar o girar nuestro cubo.

Imagen previa a modificar la altura del cubo.

Página 26



Dimensiones.

Altura del cubo modificada arrastrando la flecha negra.

Circunferencia graduada para efectuar el giro de una pieza.

Cubo

girado

respecto

del

plano

horizontal.

PĂĄgina 27

Ahora bien, si te fijas un poco en las medidas que aparecen

al

depositar

cualquier

figura

verás

que,

redimensionándola mediante los cuadrados blancos de su contorno, sólo es posible poner magnitudes (en éste caso milímetros) no decimales. ¿Es posible modificar una dimensión con unidades inferiores al milímetro? Por supuesto, sólo tienes que seleccionar la herramienta “Ruler” (regla) en el menú lateral “Helpers” (ayudantes), estando el cubo seleccionado, y llevarla hasta el mismo, clicando sobre él. Seleccionaremos el icono de la derecha (“Ruler”)…

… y lo desplazaremos hasta el cubo…

… para mostrar todas sus dimensiones.

El cubo muestra ahora todas sus dimensiones y la posición respecto del centro del plano de trabajo. Seleccionando cualquier medida puedes modificarla con el teclado numérico, introduciendo unidades decimales (ojo, recuerda que los decimales en el sistema anglosajón se expresan con un punto, no con una coma).

Página 28

Perfecto! Ya tienes un dominio total sobre la primera figura geométrica, el cubo (sí, es cierto que al modificar algunas dimensiones del mismo se convierte en un prisma, de ahí que quizá la palabra inglesa “Box”, es decir, caja, sea más fiel a la realidad).

Ahora está en tus manos dominar el resto de figuras

individuales

antes

de

pasar

a

combinarlas, prueba a situar sobre el plano de trabajo un cilindro, un cono, alguna figura más compleja como un toro (“Torus” en inglés).

Modifica sus dimensiones y así mejorarás tu dominio sobre lo más básico antes de realizar tareas más avanzadas.



Sólido / hueco.

Vamos a comenzar a combinar varias figuras y operar con ellas. Cuando ponemos un objeto en el plano de trabajo aparece un menú en la esquina superior derecha denominado “Inspector” donde podemos cambiar el color de la figura y seleccionar la opción “Hole” (Agujero).

Página 29

Al seleccionar la opción “Hole” lo que hacemos es generar una figura “vacía” que podemos combinar con otra figura.Cubo marcado como “Hole” (agujero) sobre cubo rojo.

Si bien ya hemos cambiado nuestro cubo azul a “Hole” (agujero), todavía no está combinado con el prisma rojo. Para ello debemos seleccionar ambas figuras y unirlas con el botón superior derecho “Group” (agrupar).

Con el paso anterior has aprendido las dos operaciones booleanas que permite Tinkercad de forma directa: la resta de figuras y la unión de figuras. Prueba algunos otros tipos de uniones y restas para asentar lo desarrollado en este punto. ¡Agujerea y une figuras sencillas!

Página 30



Planos de referencia.

Una de las cosas más atractivas que Tinkercad nos otorga como usuarios es la manera en que trabajamos sobre diferentes planos de referencia. Podemos cambiar el plano de trabajo a nuestro antojo y esto facilita mucho ciertos procesos.

Para explicar el proceso vamos a situar un cubo en el plano de trabajo, tal como se explicó anteriormente. A continuación seleccionaremos el menú lateral derecho “Helpers” y clicaremos en “Workplane”. Una vez hecho desplazad el cursor por la superficie del cubo y mirad cómo se adapta el plano de trabajo a cada cara del cubo. Para seleccionar una cara como plano de trabajo sólo debemos clicar sobre la misma.



Posición / Alinear.

Como verás, he situado pirámides en dos de las caras del cubo, pero no están totalmente ajustadas a la cara. Para ajustarlo vamos a seleccionar dos figuras que queremos alinear o ajustar y vamos a usar la herramienta “Adjust” (ajustar) de la barra de herramientas superior derecha. Una vez dentro del menú que se desplegará seleccionamos “Align” (alinear).

La imagen muestra este aspecto tras realizar dicha operación:

Al haber seleccionado como plano de trabajo la cara superior del cubo, en vertical no tenemos que hacer ningún ajuste, pero en horizontal tenemos que ajustar la pirámide a la cara del cubo. Prueba a clicar en los diferentes puntos negros que han aparecido en la parte inferior del cubo hasta que consigas que ambas figuras estén alineadas. Si se produce un efecto no deseado recuerda que tienes un botón “Undo” (deshacer) en la barra de herramientas superior.

Página 31



Agrupar.

En mi caso, al alinear la pirámide superior ha dejado de estar alineada la pirámide de la cara lateral. El proceso para alinear dicha pirámide es el mismo, pero al realizarlo corremos el riesgo de que se desalinee lo que acabamos de realizar. Para evitarlo sigue un proceso sencillo: une con “Group” la pirámide superior con el cubo y posteriormente alinea la pirámide lateral.

Tras ello vuelve a unir las dos figuras. Tendrás una única figura similar a lo que muestra la imagen:

Perfecto! Ahora sólo queda seguir mejorando la forma en la que Tinkercad nos permite modificar el plano de trabajo y alineando figuras.

Para ello te propongo un reto, trata de realizar la siguiente figura.

Página 32



Intersección booleana.

Es cierto que nos falta una operación booleana que otros programas de diseño si permiten. Para realizar una intersección entre dos figuras (es decir, eliminar todo aquello que no sea común a ambas figuras) tienes que realizar una secuencia de tres pasos, ya que la operación directa no es una opción de este programa. Para realizar el proceso vas a crear un cubo y un cono superpuestos y vamos a modificar las dimensiones del cono de tal manera que la base entre en un cuadrado de 30×30 milímetros y la altura sea 36 milímetros, alineándolos para que el cubo esté centrado sobre la base del cono:

El proceso para realizar la intersección de ambas figuras es sencillo. Debes crear un cubo nuevo (o cualquier otra dentro del cual quepan ambas figuras. He realizado una imagen con el cubo como hueco para que se vea el objetivo buscado, posteriormente lo vuelvo a seleccionar como figura (y no como hueco): El siguiente paso puede resultar un poco engorroso. Tenemos que elegir una de las figuras

iniciales

convertirlo

(el

en

cubo

hueco.

o

el

cono)

y

Posteriormente

tendremos que unirlo con el cubo grande, pero… ¿Cómo seleccionamos una figura que está dentro de otra sin verla?. Puedes usar el zoom hasta entrar dentro del cubo grande y verás su contenido. Una vez allí selecciona el cono (por ejemplo, sería también válido el cubo) y márcalo como hueco. Manteniéndolo seleccionado reduce el zoom y selecciona también el cubo grande (para seleccionar dos figuras

teniendo

seleccionada

una

previamente hay que pulsar una tecla antes de clicar sobre la otra, dicha tecla cambia en

Página 33

cada sistema operativo así que prueba hasta encontrar aquella tecla que nos permite seleccionar dos objetos). Cuando tengas ambos cubos seleccionados une las figuras con la opción “Group”, de esta forma al cubo le habrás restado el cono. Pongo una imagen del cubo rotado para que entiendas el efecto que buscamos, pero no tienes que rotarlo de su posición.

Tras realizar esta operación tienes que convertir el cubo grande en hueco y seleccionar la figura grande y el cubo pequeño (recuerda hacer zoom para poder seleccionar el cubo pequeño del interior del grande).

Una

vez

seleccionadas

ambas

figuras pulsa “Group” y… voilà, ¡tienes la intersección de ambas figuras!

Página 34

e) Exportar-Importar archivos STL El proceso para generar un archivo imprimible a partir de Tinkercad es muy sencillo: con seleccionar en el menú superior izquierdo “Design” (diseño) la opción “Download for 3D Printing” (descargar para impresión 3D) lo tenemos solucionado.

Nos aparecerá un menú donde podemos elegir la extensión .STL, apta para ser configurada por un programa laminador que nos permita la impresión 3D (como Cura, por ejemplo).

Página 35

En Tinkercad puedes importar archivos en .STL y realizar modificaciones a los mismos.

Quizá éste es el aspecto más relevante de este programa, y posiblemente optes

por

modificar

en

un

Tinkercad

futuro para

diseños

que

descargues o hayas realizado en el pasado. Para importar un archivo sólo tienes que ir al menú lateral derecho “Import” y

ahí

seleccionar

“File

>

Seleccionar Archivo > Import”.

Tras cargar el archivo que hayamos seleccionado de nuestro ordenador aparecerá en el Workplane. Algunos diseños (si son archivos muy pesados) pueden dar problemas y no cargarse en Tinkercad.

Es tu turno, trata de crear e imaginar formas complejas, prueba a diseñar un castillo, o una nave espacial… Busca los límites de este software y estarás listo para pasar a otro más completo.

2.3.

Ejercicio 1: Robot

a) Boceto en papel milimetrado. Dimensiones.

Página 36

b) Descomponer en figuras simples.

c) DiseĂąar.

PĂĄgina 37

d) Exportar.

2.4.

Laminar el diseño. Programa CURA.

Ya hemos creado nuestro propio diseño en 3D, ahora lo guardamos en STL y vamos a imprimirlo en 3D. ¡Oh no!, nuestra impresora no entiende nuestro diseño.

Para poder imprimir necesitamos un tipo de archivo que nuestra impresora pueda entender. Las impresoras 3D trabajan con un tipo de archivo que le indica en qué posiciones del espacio deben depositar filamento fundido.

En el caso de las impresoras con tecnología por Modelado por Deposición Fundida (en inglés FDM) necesitamos generar un archivo con extensión .gcode, que contiene información vital para que la impresora sepa entender un diseño 3D y hacerlo realidad. Básicamente contiene la información de los puntos del espacio (en coordenadas x, y, z) donde debe haber material y el orden correcto de ejecución de esos puntos para que la fabricación sea posible.

El proceso habitual para obtener un G-code parte de un diseño 3D almacenado en extensión STL u OBJ. A partir de ellos lo que vamos a hacer es laminar o capear nuestro diseño, es decir, conformar nuestro diseño mediante capas paralelas que la impresora pueda realizar una a una hasta completar nuestra pieza. Para entenderlo mejor, podemos decir que la impresora hace el proceso inverso del salchichón, en vez de obtener rodajas de una barra de salchichón, obtendremos salchichón a partir de unas rodajas.

Cada

impresora

comercial

tiene

sus

propias

especificaciones

y

cada

empresa

recomienda su propio software para conseguir un G-code de nuestro diseño 3D, pero uno de

Página 38

ellos destaca por su formato intuitivo, sencillo de usar, y con el que gracias al uso del mismo podemos profundizar más en la comprensión de cómo funciona una impresora 3D. Dicho software es Cura, de la empresa Ultimaker, y es un buen programa para iniciarse en el laminado de nuestros diseños, además de ser un software libre.

(Arrancamos el programa y vemos su interface y funcionamiento) a) Interfaz.

1.Abrir archivo 2.Herramientas de ajuste 3.Áreas de no impresión 4.Modelo 3D 5.Modo vista 6.Impresora y configuración 7.Preferencias de impresión 8.Información del modelo

Página 39

9.Información del trabajo de impresión: tiempo de impresión y cantidad de material.

10.Guardar en un fichero o tarjeta SD b) Parámetros principales.

Basic (Configuración básica) Quality (Calidad) Layer

height

(Altura

de

capa):

Este

parámetro indica la altura de capa a la que se va a realizar la impresión. La altura de capa es un parámetro ligado directamente a la calidad de la pieza, a menor altura de capa mayor calidad,

pero

también

va

a

incrementar

considerablemente los tiempos de impresión, por ello lo mejor es llegar a un punto intermedio

que

de

suficiente

calidad

sin

alargar demasiado la impresión. Los valores de este parámetro estarán comprendidos entre 0.1 y 0.4mm. Se ha que tener en cuenta que el valor de la altura de capa no debe de ser igual o mayor al diámetro de la boquilla del HotEnd, ya que esto puede dar como resultado piezas quebradizas o con rajas entre las capas. Shell Thickness (Grosor del borde): Este parámetro determina la anchura del borde del objeto. El valor de este parámetro va a estar influido directamente por el diámetro de la boquilla del HotEnd, siendo este valor igual al diámetro de la boquilla del HotEnd multiplicado por el numero que vueltas que queramos dar al objeto. Por ejemplo, si nuestro HotEnd tiene una boquilla de 4mm y queremos que al menos de 2 vueltas al borde del objeto, debemos de poner un valor de 0.8mm. El valor que debemos de introducir en este parámetro dependerá de la tipología de la pieza y del relleno que usemos, pero lo normal es hacer un borde con 2 o 3 vueltas. Enable

retraction

(Habilitar

retracción):

Esta

opción

hace

que

en

los

desplazamientos el extrusor retraiga un poco el plástico para que no gotee,

Página 40

evitando

así

pequeños

defectos

en

la

impresión.

Esta

opción

es

muy

recomendable tenerla activada.

Fill (Relleno) Bottom/Top thickness (Grosor de la capa inferior y superior): Con este parámetro indicaremos que grosor tendrán las capas superior e inferior. Estas capas no se ven afectadas por la configuración de relleno, por lo que serán capas macizas. Dependiendo de la figura que queramos imprimir y del relleno que usemos vamos a necesitar más o menos capas, lo normal es usar 3 o 4 capas macizas, pero en algunas piezas para tener un buen acabado vamos a necesitar algunas mas. El valor del grosor de capa hay que indicarlo en milimetros, por lo que hay que multiplicar el valor de la altura de capa por el numero de capa que queramos, por ejemplo, si estamos imprimiendo con una altura de capa de 0.2mm y queremos tener 3 capas macizas, habrá que introducir en este parámetro 0.6mm. Fill Density (Densidad de relleno): Este valor indica el relleno que va a tener la figura. El relleno va a repercutir directamente en el tiempo de impresión y en el coste de la pieza, por ello el hacer las piezas con poco relleno va a ser muy beneficioso, pero al mismo tiempo va a mermar la resistencia de la pieza, por lo que el relleno va a depender de las características mecánicas que queramos conseguir. Para creaciones artísticas, figuras o elementos decorativos, podemos usar un relleno del 20%, mientras que para piezas que deban soportar peso o esfuerzos podemos darle un 80% de relleno.

Speed and Temperature (velocidad y temperatura) La velocidad y la temperatura son parámetros que están íntimamente ligados en la impresora 3D y de los que depende en gran medida la calidad de impresión. Por regla general a mayor temperatura de impresión podremos imprimir a mayor velocidad sin disminuir la calidad, pero la temperatura es un parámetro que no podemos subir todo lo que queramos ya que podemos dañar el HotEnd o provocar atascos por exceso de calor. Print speed (velocidad de impresión): En este parámetro vamos a fijar la velocidad de impresión. A mayor velocidad conseguiremos menor calidad en la impresión, por lo que hay que ajustar el valor en función de la calidad que deseemos obtener. También va a depender mucho que máquina estemos usando,

Página 41

ya que no todas pueden alcanzar las mismas velocidades con la misma resolución. A modo orientativo, podéis fijar la velocidad en 28mm/s (que es una velocidad muy prudente) e ir subiendo la velocidad progresivamente hasta determinar la velocidad optima de vuestra máquina. Printing Temperature (temperatura de impresión): Fija la temperatura del HotEnd a la que se va a imprimir. En función del plástico utilizado vamos a usar una u otra temperatura. Los plásticos más comunes son el ABS y el PLA, para ABS fijaremos una temperatura de 220-240⁰ y para el PLA de 190-210⁰ Bed Temperature (temperatura de la cama caliente): Fija la temperatura de la cama caliente. La temperatura de la cama caliente cambiará en función del plástico que usemos, para el PLA no es necesario calentar la cama (aunque se adquiere mejor si se templa a unos 30⁰) y para el ABS fijaremos la cama de 80 a 110⁰ (dependiendo del ABS que usemos).

Support (soporte) Para muchas de las impresiones debemos de usar elementos que aseguren una correcta impresión como pueden ser los elementos de soporte o de mejora de la adherencia. Support type (tipo de soporte): Esta opción creará soportes donde sea necesario. Los soportes se emplean cuando la pieza tiene partes en el aire que no se puedensustentar o cuando esta crece con un ángulo superior al que tengamos fijado. En las opciones podemos seleccionar 2 tipos de soporte, "Touching

Buildplate"

o

"Everywhere",

la

primera

opción

crea

soportes

apoyándose solo en la base y la segunda crea soportes que apoyan en cualquier parte de la pieza. Platform adhesion type (plataforma de adhesión): Con esta opción podemos crear una plataforma en la base que mejore la adhesión de la pieza. Existen 2 tipos de bases, la primera "Brim" crea una especie de visera en todos los bordes de la figura y la segunda "Raft" va a generar una base completa sobre la cual se va a construir la pieza. Tened en cuenta que al aplicar "Raft" la figura no va a apoyar su base sobre el cristal de impresión, por lo que esta superficie no va a quedar con una terminación tan buena como si se imprimiera directamente sobre el cristal.

Página 42

Filament (Filamento) Diameter (Diámetro de filamento): Establece el diámetro del filamento que estemos usando. Los diámetros que se usan comúnmente son de 3mm y 1.75mm Flow (Multiplicador del flujo de filamento): Este parámetro modifica la cantidad de filamento que extruye la impresora. Este parámetro se usa para corregir la cantidad de plástico extruido, ya que podemos tener mal calibrado el extrusor o el filamento puede ser de un diámetro ligeramente diferente al indicado.

2.5.

Cuestionario.

(On line) 3. BLOQUE 3. IMPRESORAS 3D PARA EL AULA. DEFINICIÓN DE IMPRESORA 3D. 3.1.

Historia de la impresión 3D.

El inicio de la impresión 3D se remonta a 1976, cuando se inventó la impresora de inyección de tinta. En 1984, algunas adaptaciones y avances sobre el concepto de la inyección de tinta transformaron la tecnología de impresión con tinta a impresión con materiales. A lo largo de las ultimas décadas, ha habido una gran variedad de aplicaciones de la tecnología de impresión 3D que se han desarrollado a través de varias industrias.

Charles Hull, uno de los fundadores de 3D System inventó la estereolitografía, que es un proceso por el que un objeto en 3D se crea a partir de datos digitales. Es proceso de impresión orientado a maquetas para la prueba de prototipos antes de su fabricación en cadena. Hull trabajaba en una empresa realizando objetos de plástico, y le resultaba muy tedioso tener que hacer primero un molde para después inyectar el plástico. Esto le llevó a pensar que sería más sencillo si pudiera fabricar el objeto directamente, creándolo capa a capa con el mismo plástico.

Algunos hitos en la historia de la impresión 3D: 

1992 fabricación de prototipos capa por capa: La primera máquina de impresión 3D del tipo SLA (estereolitográfico) en el mercado, fue desarrollada por la empresa 3D Systems. El funcionamiento básico de esta máquina consiste en que un láser UV va solidificando un fotopolímero, un líquido con la viscosidad y color parecido al de la miel, el cual va fabricando partes tridimensionales capa por capa. A pesar de la imperfección, de sobra se demuestra que piezas altamente complejas podían ser fabricadas por la noche.

Página 43



1999 los primeros órganos “criados” en laboratorios abren nuevas vías de investigación en medicina e ingeniería: el primer órgano criado en laboratorio que se implementó en humanos fue un aumento de la vejiga urinaria utilizando recubrimiento sintético con sus propias células. La tecnología utilizada por los científicos del Instituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa, abrió las puertas al desarrollo de otras estrategias para los órganos de la ingeniería, el cual pasaba por la impresión de los mismos. Debido a que están fabricadas con células propias del paciente, el riesgo de rechazo es prácticamente nulo.



2002 un riñon en miniatura impreso en 3D completamente funcional : Los científicos diseñan un riñón en miniatura completamente funcional y con la capacidad de filtrar sangre y producir orina diluida en un animal. El desarrollo llevó a la investigación en el Instituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa el objetivo de imprimir los organos y tejidos con tecnología de impresión 3D.



2005 Open Source colabora con la impresión 3D: EL Dr. Adrian Bowyer funda RepRap, en la Universidad de Bath, una iniciativa de código abierto para construir una impresora 3D que puede imprimir la mayoría de sus propios componentes. La visión de este proyecto es el de democratizar la fabricación de unidades de distribución de bajo coste RepRap a las personas de todo el mundo, lo que les permite crear productos a diario por su cuenta.



2006 la SLS y la personalización de la fabricación: Este año se construye la primera máquina del tipo SLS (Sintetización de laser selectivo) viable. Básicamente, este tipo de máquina utiliza un láser para fundir materiales en el proceso de impresión 3D. Este descubrimiento abre las puertas a la personalización masiva y a la demanda de fabricación de piezas industriales, y más tarde, prótesis. Ese mismo año, Object, un proveedor de materiales e impresoras 3D, crea una máquina con la capacidad de imprimir en multiples materiales, incluyendo polímeros y elastómeros. La máquina permite que una parte sea fabricada con una gran variedad de densidades y propiedades de material.



2008 surge la primera impresora con capacidad de autoréplica : Tras su lanzamiento en 2005, el proyecto RepRap saca a la luz Darwin, la primera impresora 3D con capacidad de imprimir la mayoría de sus propios componentes, permitiendo a los usuarios que ya tienen una, hacer más impresoras para sus amigos o incluso reparar componentes de la suya.

Página 44



2008 se lanzan servicios de co-creación: Shapeways lanza una página web beta privada para ofrecer un nuevo servicio de co-creación entre la comunidad permitiendo que artistas, arquitectos y diseñadores presenten sus diseños en 3D como objetos físicos baratos.



2008 la primera persona que camina sobre una prótesis impresa en 3D: con todas las partes, rodilla, pie, etc, impresa en una misma compleja estructura sin ningún tipo de montaje. Este tipo de avances permiten que los fabricantes de prótesis realicen desarrollos a medida en el sector de las prótesis.



2009 se venden los primeros kits DIY de impresoras 3D: Industrias MakerBot, una compañía de hardware de código abierto para las impresoras 3D, comienza la venta de kits de montaje que permiten a los compradores fabricar sus propias impresoras 3D y productos.



2009 Bio-impresión: con la tecnología del Dr. Gabor Forgacs, que utiliza una bioimpresora 3D para imprimir el primer vaso sanguíneo.



2011 primer avión impreso en 3D: Los ingenieros de la Universidad de Southampton diseñaron y planearon el primer avión impreso en 3D. Este avión no tripulado se construye en siete días, con un presupuesto de 7.000€. La impresión 3D permite que sus alas tengan forma elíptica, una característica normalmente cara que ayuda a mejorar la eficiencia aerodinámica y reduce al mínimo la resistencia inducida.



2011 primer coche impreso en 3D: Kor Ecologic nos presenta Urbee, un prototipo de coche que trata de ser lo más eficiente posible con el medio ambiente, siendo toda su carrocería diseñada e impresa en 3D. Trata de ser un coche eficiente en cuanto a consumo de gasolina y en cuento a su coste de producción. Su precio oscilará entre los 12.000€ y 60.000€ siempre y cuando sea comercialmente rentable.



2011 impresión en oro y plata: La empresa materialise ha sido la primera empresa en ofrecer un servicio de impresión 3D de oro de 14 Kilates y plata de ley. Esta opción va a permitir abrir un nuevo mercado a los joyeros con diseños más económicos utilizando este material.



2012 primer implante de prótesis de mandíbula impreso en 3D: Doctores e ingenieros holandeses trabajan con una impresora 3D especialmente diseñada por la empresa LayerWise, la cual permite imprimir prótesis de mandíbulas personalizadas. Este grupo ha podido implantar una mandíbula a una mujer de 83 años de edad que sufría una

Página 45

infección de hueso crónica. Esta tecnología se está estudiando más profundamente con el objetivo de poder promover el crecimiento de nuevo tejido óseo. 

2015 primer implante de torax en España, con diseño y fabricación australianos.



2015 primer implante de torax en España con diseño y fabricación canarios . Implante realizado en Oviedo. En 2016 se realiza un implante similar en el hospital Insular de Gran Canaria.

3.2.

Tipos de fabricación.

Existen diferentes tipos de impresora 3d y diferentes formas de imprimir. Sin embargo, toda impresora 3d funciona a partir de procesos aditivos, los cuales a su vez, difieren particularmente en la forma en la que se construyen las capas para darle forma a la pieza final. Algunos procesos de los cuales desarrolla la impresora 3d hacen uso de la fusión o el reblandecimiento del material con el objetivo de generar las capas.

En realidad, la sinterización selectiva vía láser, así como el modelado por deposición fundida, son las tecnologías que incorpora toda impresora 3d y las más comunes que emplean este tipo de impresión. Otro método de impresión en 3d requiere de la curación de una resina foto-reactiva mediante láser UV u otra fuente de energía semejante, pero en este caso una capa a la vez. La tecnología más comúnmente empleada con este método lleva por nombre estereolitografía. a) Aditiva.

TÉCNICA

FORMA DE FABRICAR

USA LÁSER

FASE DEL MATERIAL

Estereolitografía

Punto a punto

SI

Líquida

Curado en base sólida Capa completa

NO

Líquida

Sinterizado

SI

Polvo

NO

Líquida

selectivo Punto a punto

por láser Modelado

por Punto a punto

deposición fundida

Página 46

b) Sustractiva.

TÉCNICA

FORMA DE FABRICAR

USA LÁSER

FASE DEL MATERIAL

Fabricación laminada

Capa completa

SI

Sólida

NO

Sólida

Mecanizado

a

alta Punto a punto

velocidad

3.3.

Movimiento libre e impresión 3D.

Vamos a contar la evolución del mundo de la Impresión 3D, el crecimiento que ha experimentado en los últimos años y el impacto que la comunidad RepRap ha tenido en él.

Para ponernos en contexto, es necesario entender qué son las 4 libertades y qué implica esto.

Las 4 libertades Se dice que un producto es libre cuando respeta las 4 libertades definidas por Richard Stallman

 La libertad de utilizarlo como se desee y con cualquier propósito: libertad de uso  La libertad de estudiar cómo funciona el programa, y adaptarlo a las propias necesidades: libertad de estudio

 La libertad de copiarlo y redistribuirlo: libertad de distribución  La libertad de modificarlo y redistribuirlo: libertad de mejora Su aplicación es intuitiva e inmediata: compartiendo el código de la aplicación el usuario tiene libertad de estudio y libertad de mejora; permitiendo cualquier uso del mismo se otorga al usuario la libertad de uso y la libertad de distribución.

Estas 4 libertades se aplicaron inicialmente al mundo del software, dando lugar a lo que conocemos como software libre. Sin embargo, hasta hace muy pocos años, era difícil entender cómo esto se podía aplicar a los objetos físicos, haciendo que los objetos físicos libres, aunque teóricamente posibles, en la práctica tuvieran muy poca relevancia, no existiendo comunidades de conocimiento alrededor de ellos.

Página 47

Esto también tenía su impacto en el mundo industrial. Aunque se compartieran las fuentes de los desarrollos mecánicos, no se podían duplicar fácilmente (en poco tiempo y con bajo coste), dificultando su estudio y mejora. Los desarrollos distribuidos, entendidos como varias personas trabajando sobre un mismo diseño desde distintos lugares del mundo, tampoco eran fáciles, por las mismas dificultades de fabricación (imprescindible en cualquier proceso de diseño). Mientras en el software crecían las plataformas de trabajo distribuido, como SourceForge, o GitHub, no existía nada semejante en el mundo de los objetos.

Capacidad para fabricar La impresión 3D revierte esta situación, ofreciendo al usuario la capacidad de la fabricación personal. Del mismo modo que un ordenador permite trabajar con el código fuente del software, una impresora 3D permite fabricar objetos físicos a partir de sus fuentes digitales. Veamos si una impresora 3D permite de un modo sencillo disfrutar de las 4 libertades en el mundo de los objetos físicos.

 Libertad de uso, para esto no es necesario tener una impresora 3D, afecta al uso que le demos a una pieza mecánica, es una libertad que el autor da a los usuarios.

 Libertad de estudio, para estudiar cómo está diseñada una pieza, en principio bastaría tener las fuentes, pero si deseamos hacer modificaciones para ver cómo afectan a la pieza, sin poder fabricarla serviría de bien poco. La impresora 3D permite un estudio más profundo de los diseños de otro.

 Libertad de distribución, claramente, sin poder fabricarlo, no podemos copiarlo ni distribuirlo.

 Libertad de mejora, además de las fuentes, necesitamos poder fabricar las mejoras para verificar que es efectivamente una mejora o una adaptación a unas necesidades concretas.

La comunidad RepRap La impresión 3D surgió hace ya más de 30 años. Sin embargo, no fue hasta después de que en 2009 expirara la patente que la compañía americana Stratasys tenía sobre la tecnología de modelado de deposición fundida (FDM por sus siglas en inglés) que la impresión 3D experimentara un crecimiento espectacular. Este año se puso a la venta la primera impresora 3D en forma de Kit desarrollada por Adrian Bowyer, la Darwin, basada en el concepto RepRap: una máquina libre y autoreplicable. A partir de este momento, la comunidad libre no ha parado de crecer y las impresoras 3D de evolucionar.

Página 48

Gracias a la comunidad RepRap y, en España en concreto, gracias a la comunidad Clone Wars, las impresoras 3D se han extendido rápidamente por todo el mundo, siendo accesibles a una gran mayoría de apasionados de la tecnología a un precio razonable. A partir de una impresora inicial, la Darwin, surgieron innumerables modificaciones que siguen evolucionando a cada instante.

Lo original de este movimiento es que las Impresoras 3D RepRap son máquinas libres que favorecen a la creación de objetos físicos libres, es decir, la comunidad RepRap favorece y a la vez necesita el conocimiento libre. Además, gracias a la libertad de uso y distribución, la comunidad RepRap ha permitido e impulsado la creación de numerosas empresas cuyo modelo de negocio gira en torno a la impresión 3D, y a su vez estas empresas enriquecen a la comunidad produciendo nuevos modelos de impresoras, desarrollando materiales de impresión, facilitando la adquisición de componentes y kits de montaje, etc.

Por un lado, hemos visto la evidente evolución de las impresoras y de la comunidad RepRap, y por otro, se comprueba que efectivamente existe libertad de uso, la libertad de estudio, de mejora y de distribución en los objetos físicos. Es importante añadir también que algunas de las mejoras desarrolladas son comercializadas por empresas, lo que entra dentro de la libertad de uso y de distribución. Lejos de ser un uso abusivo del conocimiento libre, es algo recomendado, dado que la comunidad libre está también llamada a ser motor económico de la sociedad, favoreciendo el espíritu emprendedor y generando un tejido empresarial que la apoye y se nutra de ella. Sólo de ese modo el modelo del conocimiento libre será creíble también como modelo de negocio, lo que incrementará el patrimonio tecnológico de la humanidad.

3.4.

Manejo y uso básico de la impresora 3D.

La impresión 3d, se trata de un proceso que involucra la construcción de objetos sólidos tridimensionales a partir de un archivo digital que se carga en un ordenador. Ahora bien, la creación de cualquier pieza impresa con una impresora 3d se consigue mediante lo que se conoce como procesos aditivos. Es decir, son procesos en los cuales una impresora 3d crea una pieza a partir de capas sucesivas de material que logran definir el objeto entero. Lo interesante es que cada una de estas capas de material que se colocan de forma sucesiva, pueden ser visualizadas al final en una vista transversal horizontal, como si se tratará de rodajas finas.

Página 49

a) Partes de una impresora:

(Ver PDF Anexo “Partes de una impresora”).

Página 50



Extrusor

El extrusor es la parte de la impresora que funde el material seleccionado y lo deposita capa a capa hasta formar el objeto deseado.

Partes del extrusor: Motor PaP Engranaje de tracción Tornillo de tracción Engranaje reductor Rodamiento de presión Guía de filamento Hotend Boquilla Sensor de temperatura Cartucho calefactor Sensor de temperatura Sistema de refrigeración 

Mecánica

Rodamientos radiales, Rodamientos lineales, Poleas, Correas, Varillas roscadas, varillas lisas, acopladores flexibles, estructura. 

Electrónica

Cama caliente (no siempre la tienen), motores PaP, arduino MEGA 2560, RAMP’s 1.4, Drivers de potencia, finales de carrera, pantalla LCD, Fuente de alimentación. b) Calibrar una impresora.

(In situ)

Página 51

3.5.

Principales materiales empleados en la obtención de piezas. Tipos de

filamentos.

Los materiales disponibles para los diferentes tipos de impresora 3d han variado en tipo y cantidad desde los primeros días de la tecnología. En la actualidad existe una amplia variedad de diferentes materiales, disponibles en diferentes estados de resina, ya sea en polvo, pellets, gránulos, filamentos, etc. Los materiales específicos son desarrollados generalmente para áreas especificas que llevan a cabo aplicaciones de uso delicado como es el caso del sector dental, donde se requieren materiales con propiedades que se pueden adaptar con mayor precisión a la aplicación.

A continuación algunos ejemplos de los materiales comunes utilizados en la impresión 3d (Ver PDF de materiales anexo): Plástico. Este posiblemente sea el material más accesible y utilizado por el tipo de impresora 3d más accesible en el mercado. El nailon o la poliamida se utilizan comúnmente en forma de polvo usando el proceso de sinterización o en forma de filamentos mediante el proceso de modelado por deposición fundida. Se trata de un material plástico fuerte, flexible y duradero, el cual ha demostrado ser bastante fiable para su uso en impresoras 3d. Metal. También es otro de los materiales más populares en la impresión 3d. De hecho, un número cada vez mayor de metales y compuestos metálicos, son utilizados para la impresión 3d de calidad industrial. Dos de los metales más comunes son los derivados del aluminio y el Cobalto, pero sin duda uno de los metales más fuertes y más utilizados en este tipo de impresora 3d es el acero inoxidable, que se utiliza en forma de polvo con los procesos de sinterización, fusión y haz de electrón.

Naturalmente el acabado es plata, sin embargo puede ser plateado con otros materiales para darle a la pieza un efecto de oro o bronce. Cerámica. Se trata de un material relativamente nuevo dentro del grupo de materiales con los cuales se puede imprimir a través de una impresora 3d. El aspecto interesante de la impresión 3d con cerámica es que las piezas de cerámica tienen que someterse a los mismos procesos como cualquier pieza de cerámica que se fabrica utilizando los métodos tradicionales de producción, es decir, la cocción y el acristalamiento.

Página 52

Papel. El papel estándar A4 es otro de los materiales que puede utilizar una impresora 3d, que tiene la ventaja que es fácil de obtener, rentable y además los modelos impresos en 3d realizados con papel, son seguros, respetuosos del medio ambienta, fáciles de reciclar y lo mejor es que no requieren de un Pos-procesamiento. Materiales biológicos. Una gran cantidad de investigaciones se han realizado para conocer el potencial de los materiales biológicos y su uso por una impresora 3d. Este tipo de impresiones estarían orientadas a las aplicaciones médicas. El tejido vivo esta siendo investigado en muchas instituciones con el objetivo de desarrollar aplicaciones que incluyan por ejemplo, la impresión en 3d de órganos humanos para trasplante, además de tejidos externos para el reemplazo de distintas partes del cuerpo.

3.6.

Cuestionario.

(On line) 4. BLOQUE 4. PROYECTO. 4.1.

Consideraciones de diseño: optimización para imprimir.

Para que nuestra pieza en 3D sea imprimible, es importante optimizar nuestro diseño.

En este post vamos a explicar por qué y cuáles son las consideraciones previas que debemos tener en cuenta para optimizar nuestros diseños antes de proceder a su impresión con impresoras de modelado por deposición fundida (FDM).

Recordemos que el método de impresión por deposición fundida es la técnica aditiva de impresión 3D más utilizada, cuyo funcionamiento se basa en una bobina de material plástico que se va fundiendo y expulsando por una boquilla en finos hilos que se van enfriando y solidificando sobre una base plana, extruyendo la pieza capa a capa de acuerdo a la geometría requerida. ¿Por qué es necesario optimizar el diseño?

Puesto que la pieza se va formando capa a capa sobre una base plana, podemos encontrarnos con situaciones en las que nuestra impresora no pueda encontrar soporte para colocar el material fundido, por ejemplo en los siguientes casos:

Página 53

En este caso, en los extremos de la parte inferior de la pieza, la boquilla no encontraría soporte donde depositar el material.

Si vamos a un caso más extremo, por ejemplo una letra T, el problema será aún mayor al intentar imprimir el pilar horizontal de la letra, ya que en esa parte la boquilla no encontrará soporte sobre el que depositar el material, se depositaría literalmente al aire.

Si imprimiéramos la pieza, encontraríamos este resultado:

Cómo se pueden evitar las partes de impresión “al aire”?

Existen tres formas de evitar este inconveniente: La primera es rotar la pieza en el software de laminado hasta encontrar la posición en la que se minimicen al máximo las zonas de la pieza expuestas a la falta de soporte. En el ejemplo de la T, solucionamos el problema apoyando la pieza completamente en la base de impresión.

Página 54

La segunda es utilizar material de soporte para la impresión. Este material de soporte es el mismo que el del resto de la pieza, se extruye junto al resto de capas, pero con una densidad menor para que

pueda

ser

eliminado

de

forma

sencilla.

Generalmente, el soporte se genera con el software de laminado, pero lo podemos incluir como parte del diseño.

La tercera forma, si ninguna de las anteriores nos proporciona el resultado esperado, sería rediseñar la pieza hasta lograr una forma óptima de imprimirla.

La combinación de estas técnicas nos va a permitir mejorar la calidad final de la pieza, ahorrar material (más soportes implica mayor gasto del mismo) y reducir tiempos de impresión (más soportes también suponen más tiempo de impresión).

Otras consideraciones a la hora de imprimir A continuación se explican otros casos que debemos de tener en cuenta a la hora de diseñar piezas: Puentes Piezas en las que extrusor expulsa material en una zona en la que no hay soporte, como por ejemplo, una letra H. Al pasar de un punto en el que encuentra soporte, a una parte sin él, y volver a una zona con soporte daría como resultado que la impresión no será una capa completamente horizontal, sino una capa en la que algunos hilos de material quedarán como si sujetamos un cable desde sus extremos y éste se curva ligeramente.

Se puede minimizar aumentando la velocidad del extrusor o aumentando el flujo de aire del ventilador para que enfríe más rápido y la curva de la parte colgante sea menor.

Página 55

Salientes Son voladizos o inclinaciones, que se imprimen peor cuanto mayor es el ángulo respecto a la vertical, en especial a partir de los 45º.

Como

soluciones,

se

puede

configurar en el laminado de la pieza una

menor

altura

de

capa,

obteniendo así más soporte entre las capas inferior y superior.

Limitaciones a tener en cuenta: Una vez tengamos claro el funcionamiento de la impresora y hayamos visto cómo optimizar nuestros diseños para que éstos sean imprimibles, tendremos que dar un paso más y realizar un análisis crítico de nuestra pieza para llevarla a la realidad en 3D. Este análisis tiene que ver, más que con la tecnología usada para el FDM, con la precisión y estado de mantenimiento de nuestro modelo de impresora.

Tolerancias en orificios Cuando diseñamos en 3D, podemos añadir formas que sirvan para introducir partes de unas piezas en otras.

Imaginemos que tenemos una caja cúbica y queremos crear un cubo que encaje en su interior. Si el hueco de la caja tiene un valor de 5 cm de largo, 5 cm de ancho y 5 cm de profundidad, podemos crear un cubo de 5 cm de arista que teóricamente encajaría a la perfección en el interior de nuestro hueco, pero esto no es así.

Recordemos que la impresión FDM se basa en la extrusión de material fundido, capa por

Página 56

capa. Por este motivo, las dimensiones con la que se imprime un objeto no son exactas a las del diseño original, si no que dependerá del diámetro de la boquilla de extrusión, de la distancia entre capas, del tiempo que tarde en enfriarse el material, etc.

Se necesita un conocimiento previo de nuestra impresora para saber qué tolerancia es la adecuada, es decir, qué diferencia de tamaño deben tener hueco y pieza a introducir. En el caso del cubo bastaría con reducir su tamaño un determinado valor y comprobar una vez impreso si encaja en nuestra caja.

Imaginemos ahora que

queremos

diseñar

elementos circulares que se puedan introducir en otra pieza, por ejemplo, un

cilindro.

Una

buena

técnica para probar que radio

de

adecuado,

cilindro es

es

diseñar

el e

imprimir una pieza como la de la imagen.

En ocasiones podemos necesitar una mayor fricción entre las piezas (por ejemplo si queremos colocar taladros para pasar tornillos), y otras lo que necesitaremos una mayor holgura. Lo importante es realizar los ajustes necesarios hasta lograr lo que necesitamos modificando nuestro diseño.

Detalles pequeños El segundo punto que tenemos que tener en cuenta en nuestros diseños a la hora de imprimir es el de la inclusión de detalles muy pequeños. Como pasa con las tolerancias en orificios, la inclusión y tamaño de éstos dependen en gran medida de la precisión y ajuste de nuestra impresora 3D. El siguiente diseño está formado por una base de aproximadamente 4 cm sobre la que se sustentan nueve pequeñas pirámides de caras rectas. Durante su impresión, nos encontraremos con distintos problemas, sobre todo en la parte superior de las pirámides,

Página 57

debido a que el pequeño tamaño de la pieza y el rápido paso de una capa a otra, puede ocasionar que el extrusor deposite material sobre una capa que aún no haya solidificado.

Otro problema con el que nos podemos encontrar es debido al sistema de retracción del material del que está dotada la impresora. Si el intervalo entre el punto en el que expulsa material y el siguiente es muy pequeño, irá dejando finos hilos de plástico entre dichos puntos.

En la imagen adjunta se puede ver el resultado al imprimir la pieza.

La complicada.

solución En

a

esto

primer

es lugar,

tendremos que tener bien calibrada y ajustada nuestra impresora, por lo que un buen mantenimiento de la misma es de vital importancia. En segundo lugar, podemos modificar con el software de laminado una velocidad de impresión más lenta y

Página 58

ampliar el flujo de ventilación para que enfríe más rápido. Por último, aconsejamos usar material de alta calidad.

Consejos  Todo diseño 3D es complejo y se pueden dar en una misma pieza la combinación de todos los casos expuestos. Esta guía sirve de punto de partida para diseñar de forma adecuada, así como obtener la mejor impresión posible, pero sólo la experiencia y la realización de pruebas con tu propia impresora te marcará el camino para obtener el resultado deseado.  Entra en algún repositorio de piezas en 3D y observa algunos diseños diferentes.

Realiza un análisis visual de las piezas y busca posibles problemas a la hora de imprimirlo (salientes, detalles pequeños, uso de soporte de impresión)…

4.2.

Principales errores de impresión.

En el proceso de impresión de objetos 3D intervienen numerosas variables que deberemos tener en cuenta si queremos obtener nuestro objeto tal y como deseamos. En este post vamos a analizar varios ejemplos de problemas de impresión que nos permitirán conocer las causas y poder adoptar una solución.

Pieza correcta Para estudiar si la pieza está correctamente impresa realizaremos varias operaciones, tanto al tacto como visuales. Por un lado identificaremos el orden de capas en el que se ha impreso (tanto capa inicial y final) y analizaremos si la parte inferior de la pieza presenta esquinas dobladas o un exceso de material.

Por otro lado, buscaremos que no existan rugosidades en las diferentes caras del objeto, quedando liso al tacto. Por último,

Página 59

y con el apoyo de un calibre mediremos la pieza con precisión para ver si su tamaño coincide con el diseño.

Poca adherencia Los bordes de la pieza se han levantado respecto a la base de impresión, por lo tanto la base de la pieza no ha quedado plana. Puede ocurrir debido al cambio brusco de temperatura que se produce al salir el material por la boquilla y depositarse en la base, provocando que la pieza se contraiga (efecto warping), por no haber aplicado el tratamiento previo necesario a la base de impresión o por dejar demasiada separación entre la boquilla y la base.

Para solucionar estos problemas, deberemos intentar que la sala esté a una temperatura estable, aplicar la laca correctamente sobre la base unos segundos antes de proceder a imprimir y nivelar la base correctamente.

Exceso de adherencia La base de la pieza no tiene paredes rectas, sino que el material se ha expandido hacia fuera. Esto puede suceder porque la nivelación no es correcta y se ha dejado muy poca separación entre la boquilla y la base, por lo que hay demasiada fricción. Este exceso de fricción también puede provocar que las paredes verticales no queden lisas y se produzca un efecto cebra entre capas.

Para solucionar este problema será necesario volver a nivelar la base, calibrando mejor la altura de la misma.

Pérdida de pasos Se observa que el extrusor no está efectuando los movimientos correctamente y hay desplazamiento de capas en el eje X, Y o ambos. Este error se produce cuando el carro por el que se desplaza el extrusor no está bien engrasado y no se

Página 60

desliza suavemente, cuando hay poca tensión en la cadena que transmite el movimiento a las partes móviles o cuando existe algún fallo en el motor.

Para solucionarlo, primero deberemos identificar el eje en el que se está produciendo el problema y probar a desplazar con la mano el extrusor en esa dirección, si no se mueve con soltura deberemos engrasarlo. Si el problema persiste, observaremos si hay que apretar el tensor de la cadena. Si sigue sin funcionar, es posible que el motor esté estropeado y necesite ser sustituido.

Pérdida de pasos en el extrusor También puedes experimentar pérdida de pasos en el extrusor, orginando que haya capas incompletas. El resultado de la pieza será similar al de la siguiente imagen. Lo que tendremos es falta de material entre capas.

La causa y solución es idéntica a tener una pérdida de pasos en los otros dos ejes de coordenadas. La pérdida de pasos en el extrusor también puede ser ocasionada por nudos en el filamento o atascos en la boquilla.

Falta filamento La pieza tiene déficit de material en alguna de sus partes llegando incluso a no completarse el proceso de impresión. La falta de filamento puede ser debida a diferentes motivos: Atasco: El atasco de material puede ser debido a irregularidades en el diámetro del filamento, es decir, que no tenga siempre el mismo grosor indicado por el fabricante o bien que por un fallo del motor del hot-end, no se esté captando correctamente el filamento y provoque un atasco en la punta.

La primera solución sería la limpieza de la boquilla, pero si es un problema es del motor del hot-end, habría que reemplazarlo.

Página 61

Efecto esponja: La pieza ha perdido gradualmente material dejando un alto porcentaje de la pieza sin completar. El atasco de la boquilla es grande y no se está extruyendo material correctamente.

La solución sería la misma que en el caso de que se haya producido un atasco, ya que lo que ha producido el error es muy similar.

Nudo: La pieza no se ha completado. Es posible que un nudo en la bobina de filamento haya impedido que el extrusor siga soltando material interrumpiendo la impresión.

Para

solucionarlo

tendremos

que

extraer

el

filamento

de

la

impresora, comprobar que en la bobina el filamento no presenta un nudo que impida que el plástico se desenrolle con soltura y volver a introducirlo en la máquina.

Otra solución para evitar nudos es utilizar este sistema en nuestra bobina de filamento.

Fallo en el ventilador: Existen zonas de la pieza en las que aparece material derretido. La causa puede ser que el ventilador que enfría el material ha dejado de funcionar, por lo que existen zonas de la pieza que se desprenden debido al calor. Si esto es así tendremos que comprobar que el ventilador está funcionando correctamente.

Consejos Ahora que conoces algunas de las posibles causas de una mala impresión, te habrás dado cuenta de lo importante que es realizar un correcto mantenimiento de la impresora y el estado de calibración de tu máquina. Si encuentras algún fallo, analiza sus posibles causas y aplica la solución adecuada.

4.3.

Impresión 3D aplicada a drones.

Hoy en día no hace falta ser un buen diseñador para hacer modelos espectaculares de drones. En internet hay lugares en donde los usuarios suben sus diseños para descargarlos

Página 62

gratuitamente. Un ejemplo de ello es la página de Thingiverse y alguno de los ejemplos de chasis de drones listos para imprimir son estos:

http:// www.thingiverse.com/ thing:1515972

http:// www.thingiverse.com/ thing:509494

http:// www.thingiverse.com/ thing:757435

http:// www.thingiverse.com/thing:1035168 No sólo encontramos todo el dron sino que también encontramos piezas sueltas de modelos que ya existen en el mercado, un ejemplo de ellos son los del modelo ZMR 250, encontramos los soportes de la cámara, soporte para leds, inclinación de los motores….. y lo mejor de todo es que se ofrecen de forma gratuita. Estos son algunos ejemplos:

http://www.thingiverse.com/thing:1351425 http://www.thingiverse.com/thing:965657 http://www.thingiverse.com/thing:672371 http://www.thingiverse.com/thing:987048 Si nos preguntamos que tipo de material es el idóneo para imprimir ese dron que hemos descargado o diseñado. Elegir el material adecuado es primordial puesto que si el dron tiene poco peso, significa que la batería tendrá mayor duración, y mayor resistencia, y significa que si el dron choca tienen menos posibilidades de que se rompa. Es por eso que se utilizan materiales plásticos como ABS o PLA. Una vez impreso, existen programas para el calculo de peso de las distintas partes.

Para el chasis el peso de la impresión debería ser aproximadamente de unos 76 gr y unos 100 gr incluyendo tornillería.

Y para finalizar lo único que nos queda es pulir las piezas, pintarlas,… y darle un toque personalizado.

Página 63