Cómo funciona la cinemática de una impresora 3D FFF


Seguimos con las entradas de la sección de impresión 3D viendo cómo funciona la cinemática de una impresora 3D FFF.

En la entrada anterior vimos que en una impresora FFF un cabezal de extrusión deposita hilo fundido en capas, de forma que obtenemos el modelo 3D final.

Como adelantemos, la mayor parte de la "gracia" de la impresora es saber posicionar con una alta precisión el cabezal respecto a la cama. Y en esta entrada vamos a ver formas de conseguirlo, entendiendo la cinemática de la impresora 3D.

Esto es útil tanto para entender cómo funciona nuestra impresora 3D, para saber cómo podemos repararla o que falla y, finalmente, por si un día decidís hacer vuestra propia impresora 3D.

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En realidad, esta necesidad de movimiento relativo del cabezal no es exclusivo de las impresoras 3D. Por el contrario, es algo común en cualquier máquina CNC. Desde una pequeña fresadora 2D, hasta un gran laser industrial.

En el caso de impresoras 3D estamos ante una CNC de 3 grados de libertad, correspondientes al desplazamiento en los ejes X Y y Z. Otras máquinas pueden tener menos grados, como una fresadora 2D, o más si incorporamos grados de rotación.

Pero conseguir que el cabezal se mueva de forma relativa a la cama no significa que el cabezal tenga que tener todos los movimientos. De hecho, esto no sería práctico y complicaría demasiado el mecanismo. Lo habitual en cualquier máquina CNC es "pasar" parte del movimiento a la bancada, en nuestro caso, a la cama caliente que soportará la pieza.

Así vamos a ver un par de posibilidades o configuraciones más empleadas para resolver la cinemática de las impresoras 3D.

Grados X - Y en el cabezal

Una posible configuración es emplear dos grados de libertad (X e Y) en el cabeza y dejar el eje Z para la cama caliente.

En este tipo de máquinas el cabezal se desplaza en el plano horizontal X-Y, mientras que la cama sube y baja. Los motores del cabezal están fijos en la estructura en la parte superior del cuerpo, y se disponen de poleas para desplazar el cabezal.

Por su parte, el motor del a cama suele estar en la parte inferior de la máquina. Se disponen de mecanismos para guiar el desplazamiento de la cama, típicamente una o más varillas.

Un ejemplo de impresora 3D que implementa esta configuración es la famosa Ultimaker 3D.

Grados X - Z en el cabezal

Otro ejemplo de configuración cinemática, seguramente la más popular entre impresoras domésticas, es disponer de dos grados de libertad X y Z en el cabezal, y el eje Y en la cama.

De esta forma, el cabezal sube y baja, además de desplazarse horizontalmente. Por su parte, la cama entra y sale dela máquina. El cabezal se desplaza horizontalmente mediante una polea, que es movida por un motor en uno de los extremos.

Para subir todo el conjunto se dispone de motores en la parte inferior de la máquina. Frecuentemente se emplea un doble motor, para evitar que todo el conjunto se incline y cabecee.

Finalmente, la cama se desplaza mediante otro motor ubicado en la base. El movimiento se registra mediante guías o varillas con casquillos.

Un ejemplo de impresora 3D que implemente esta configuración es nuestra querida Anycubic I3 Mega.

Conclusión

Por supuesto, otras configuraciones son posibles. Aunque, en general, estas son las más frecuentes y funcionan bastante bien.

Ahora viene la pregunta de oro ¿Cuál es mejor configuración para una impresora? Y la respuesta es que en teoría, sobre el papel, las dos son idénticas.

En realidad, el comportamiento depende más de la construcción de la máquina. Por ejemplo, si la estructura es robusta, si es metálica o de plástico, si el movimiento se registra adecuadamente mediante guías, si se emplean dobles motores en los ejes, y la calidad de los materiales y sus tolerancias.

Ahora que hemos visto cómo funciona la cinemática de nuestra impresora 3D FFF toca entrar en detalle en sus partes y componentes. Y, precisamente, a esto dedicaremos las próximas dos entradas. ¡Hasta pronto!

Si te ha gustado esta entrada y quieres leer más sobre diseño e impresión 3D puedes consultar la sección impresión 3D

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Sinhue

Me encantan estas series de impresión 3D y las nuevas de PCB felicidades y sigue asi; por cierto yo estoy pensando en comprar una impresora 3D y queria preguntar cual me recomiendan la Anycubic mega X (acabo de ver unos videos en el canal de youtube y me intereso su aumento de área de trabajo) o la Creality 3D CR-10?