FDM (Fused Deposition Modelling) es una de las técnicas de fabricación aditiva más empleadas hoy en día.
Este auge se debe, en gran medida, a la gran cantidad de fabricantes de máquinas y a la diversidad de materiales disponibles. Además, el sector industrial cada vez se encuentra más familiarizado con las nuevas aplicaciones tecnológicas, lo que está abriendo paso a tecnologías como esta.
A través de la tecnología FDM podemos crear prácticamente cualquier geometría. A ello hay que añadir que se trata de una técnica relativamente económica, fácilmente manejable y rápida, de ahí que las piezas fabricadas de esta forma estén presentes en tantos sectores como la automoción, aeronáutica, la decoración, el de las herramientas de producción de ámbito industrial o el prototipado.
En este artículo conoceremos en profundidad el origen de esta técnica, en qué consiste, sus parámetros y los ámbitos de aplicación.
El modelado por deposición fundida fue desarrollado por el inventor S. Scott Crump a finales de la década de 1980. Comenzó a comercializarlo en 1990, coincidiendo en el tiempo con la fundación de Stratasys, fabricante de impresoras de tecnología FDM que continúa vigente hoy en día.
El año 2005 fue clave para el modelado por deposición fundida debido al auge de las impresoras RepRap. La iniciativa RepRap, creada por el ingeniero y matemático Adrian Bowyer en Inglaterra, surgió con el propósito de facilitar una maquina de prototipado libre que fuera capaz de replicarse a sí misma. Una máquina de estas características es capaz de fabricar objetos físicos a partir de modelos generados por ordenador. Así, al igual que la impresora de un ordenador permite imprimir imágenes en dos dimensiones en papel, RepRap imprime objetos en 3D plástico. Ello da paso a la fabricación de piezas.
Las principales aplicaciones del modelado de deposición fundida son la producción de piezas finales y el prototipado industrial.
La tecnología FDM se basa en 3 elementos:
- Placa o cama de impresión: destinada a depositar el material e imprimir la pieza.
- Bobina de filamento: material utilizado para las impresiones.
- Extrusor: se encuentra en la impresora y su función es calentar e ir depositando el material.
El paso previo a la impresión consiste en generar un archivo CAD con los parámetros de impresión y con los datos necesarios para dar forma a la pieza. El extrusor se encarga calentar el material (filamento) para depositarlo en la placa.
Esta tecnología produce objetos en una sucesión de capas desde la parte inferior hacia arriba. Así, una vez se depositada una capa, se incrementa la distancia programada para depositar encima el material de nuevo. El proceso se repite de forma sucesiva hasta conseguir el modelo 3D. Para su ejecución, el filamento es succionado y fundido por el extrusor de la impresora, que va depositando el material capa a capa sobre la placa de impresión.
La fabricación aditiva mediante FDM se caracteriza, entre otros aspectos, por la posibilidad de fabricar con diferentes rellenos. De esta forma se aligera el interior de la pieza y se maximiza la ratio resistencia / peso. Lo que determinará la resistencia de la pieza serán la posición, la forma y el porcentaje de acuerdo con el volumen total de los rellenos.
La altura de capa más utilizada en los sistemas de FDM varía entre 50 y 400 micras. Una altura de capa más pequeña produce piezas más suaves y captura las geometrías de forma más precisa. En cambio, una mayor altura produce piezas más rápidamente a un coste menor. Lo más habitual es el empleo de una altura de capa de 200 micras.
El polímero es la materia prima que se emplea con más asiduidad en el modelado por deposición fundida. Sin embargo, van surgiendo otras posibilidades como la adición de fibras a la matriz del material.
Podemos encontrar una gran variedad de materiales para la fabricación de piezas. La elección dependerá de las necesidades que tengamos, ya que cada uno aporta propiedades y características diferentes.
Estos son los principales materiales y sus características:
PLA (Ácido Poliláctico)
Se trata del material que se imprime con más facilidad. Es un tipo de plástico biodegradable de origen natural, a la vez de versátil y ecológico. Posee poca resistencia al calor y a la humedad; además, genera piezas rígidas y relativamente resistentes, aunque degradables con el paso del tiempo.
ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno)
Es un termoplástico opaco y un polímero amorfo que responde al calor de diferentes formas. Cuenta con mejores propiedades mecánicas, sobre todo en términos de durabilidad y resistencia a la temperatura.
Resulta más difícil de imprimir que el PLA, aunque es el material más empleado después del PLA.
Nylon (Poliamida)
Cuenta con buenas propiedades mecánicas, especialmente en términos de resistencia al impacto y a la corrosión. Es un material duradero y destaca por su baja resistencia a la temperatura. Sin embargo, es un material caro que no tolera bien la humedad y precisa de altas temperaturas para su impresión.
TPU (Termoplástico Poliuretano)
Es difícil de imprimir. Cuenta con una alta resistencia a la temperatura, a la corrosión y al impacto. Se trata de un elastómero y se emplea para fabricar piezas elásticas o simular cauchos.
PC (Policarbonato)
Cuenta con una triple resistencia -mecánica, temperatura y corrosión- superior al resto de materiales. Al igual que el Nylon, no tolera bien la humedad y necesita de altas temperaturas para su impresión.
Además, existen otros materiales que tienen características especiales; hablamos de filamentos que pueden producir piezas fosforescentes o filamentos magnéticos que se consiguen a través de la mezcla de filamentos PLA o ABS con polvo de hierro para crear material ferromagnético.
Parámetros de impresión FDM
Los parámetros de impresión varían en función de las aplicaciones y los más comunes son los siguientes:
- Tipo de soporte. Mediante este parámetro se define el soporte a utilizar. Los más empleados son en líneas escalonadas o en retícula. Las primeras crean en forma de líneas paralelas con el espesor equivalente a la boquilla del equipo. Los de retícula crean soportes en forma de retícula de cuadros con un espesor equivalente al de la boquilla del equipo. Los soportes pueden ser del mismo material del modelo o de un material diferente, así como de retirada manual o solubles en líquidos.
- Calidad de impresión. Depende, en gran medida, del espesor de la capa de impresión, que debe ajustarse según la calidad deseada. A menor medida de la capa, mayor será la resolución vertical de la impresión.
- Densidad del relleno. El relleno que se empleará como estructura interna si estamos fabricando objetos totalmente sólidos. Este parámetro es importante en términos de ahorro de material y de disminución del peso de la pieza. El porcentaje de relleno afecta a la resistencia final de la pieza, a su peso y al tiempo de impresión.
- Espesor de la pared. El espesor de las paredes del objeto impreso, es decir, el espesor que tendrán las caras externas de la pieza impresa.
- Ángulo de soporte. Ángulo de pared a partir del cual el software genera soportes. El ángulo se mide desde la mesa hasta la pared.
- Espacio entre líneas de soporte en X e Y. Se trata de un pequeño espacio que se deja entre el soporte y la pieza en ambos ejes para que peda desprenderse con facilidad.
- Espacio entre soporte y pieza en Z. Pequeña cavidad entre el soporte y la pieza en el eje vertical Z para que ésta pueda desprenderse fácilmente.
- Densidad de soporte. Este parámetro controla la cantidad de soporte que ha de construirse en el área que requerirá el soporte.
- Base del modelo. Parámetro que establece qué tipo de base se construirá para la pieza. Con la base agregamos área de contacto entre la mesa de impresión y la propia pieza, de esta forma hacemos que no se desprenda fácilmente y así evitar incidencias durante la impresión.
- Densidad de la base. Establece la densidad de material incluida en la base.
- Capas en la parte superior o inferior del modelo. Espesor con el que contarán las caras horizontales del modelo en su parte superior.
La mayor parte de los sistemas FDM permiten ajustar estos parámetros, por lo que no deberían resultar preocupantes para el diseñador. En este sentido, los aspectos más importantes son el tamaño de la construcción y la altura de las capas.
Una vez creada la pieza es imprescindible analizarla a través de ensayos para garantizar su óptimo comportamiento antes de entrar en la cadena de suministro.
En Mizar somos especialistas en esta tecnología, contacta con nosotros para cualquier consulta que necesites realizar.
