Guía básica de introducción a la impresión 3D


Continuamos con la impresión 3D. Después de haber visto unas entradas sobre la Anycubic i3 Mega, toca meternos en harina y comenzar propiamente con los tutoriales con una guía básica de impresión 3D.

En esta entrada vamos a ver el proceso en general de la impresión 3D. Además, nos servirá para presentar algunos de los términos que van a aparecer a medida que nos metemos en el mundillo de 3D.

Hay que tener en cuenta que, en realidad, nuestra impresora 3D doméstica es una máquina relativamente “tonta” que únicamente sabe de “ve a tal posición” y “deposita tanto material”. No tiene más lógica ni inteligencia.

Por tanto, hay todo un proceso desde que tenemos la idea hasta que tenemos la pieza fabricada, con diversas etapas implicadas. A grandes rasgos, el proceso de como la que vamos a usar nosotros, sigue el siguiente diagrama.

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¿Parece mucho lío? Bueno, en realidad es un proceso bastante sencillo. En cuanto lo hayamos hecho unas cuantas veces le habremos perdido totalmente el miedo, y podremos hacerlo con los ojos cerrados.

En las entradas posteriores veremos en detalle cada una de las partes que integran el proceso. Pero de momento vamos a calentar motores viendo de forma global en esta guía básica de introducción a la impresión 3D.

Tu idea

Quizás suene un poco romántico, pero en la mayoría de ocasiones el proceso parte de tu idea. Puede ser una necesidad, una idea loca, un diseño de un muñeco, un reemplazo de una pieza que se ha roto.

De todas las cosas que podáis hacer con una impresora 3D, los proyectos más divertidos, interesantes y gratificantes que vas a imprimir son los que surjan de tu propia cabeza.

Tener una impresora 3D te da una libertad enorme para fabricar tus propias piezas. Y no sólo piezas convencionales, la impresión 3D abre una puerta a piezas casi imposibles de fabricar por otros métodos, y aun precio muy reducido.

Así que ya sabes. ¡Aprovéchala, y disfruta de ello!

Programa de dibujo 3D

Las ideas son muy bonitas, pero las impresoras no imprimen ideas. Necesitaras dibujarlo en 3D y para eso vas a necesitar un programa de dibujo en 3D.

Hay una gran cantidad de programas de dibujo 3D disponibles. Frecuentemente usaremos un programa de CAD (por así decirlo, la rama más “técnica” del dibujo en 3D), pero hay otras alternativas como el modelado de mallas o las herramientas de esculpido.

Dentro de los programas de CAD, como decimos el tipo de programa más empleado para dibujar tu idea, tenemos muchas alternativas comerciales (SolidWorks, SolidEdge, Inventor), algunos gratuitos para uso educativo (Fusion 360) e incluso Open Source (FreeCAD).

En general, los programas de dibujo emplean cada uno su propio tipo de fichero, y nuestra impresora no es capaz de leerlos. Por tanto, es necesario exportar a un formato común, que sea entendido por los siguientes pasos del proceso.

Exportar a STL

El formato común que de forma mayoritaria vamos a usar es STL (Standard Triangle Language) creado por la empresa 3D Systems para la industrial del prototipado rápido.

Como su nombre indica el formato STL guarda mallas triangulares. Pero los programas de CAD normalmente trabajan con curvas y superficies representados matemáticamente, con una precisión (casi) infinita.

Por tanto, durante la exportación, el software de CAD debe convertir estas curvas y superficies perfectas en polígonos y triángulos.

Aquí tenemos un compromiso entre tamaño del archivo y precisión. Si queremos que la aproximación sea muy precisa, necesitaremos millones de triángulos y el archivo pesará mucho, dificultando su posterior procesamiento. Si por el contrario usamos un número de triángulos muy bajo, habrá mucha diferencia entre la aproximación poligonal y las curvas.

Alternativa descargar STL desde Internet

Una alternativa muy común a dibujar nuestro propio fichero 3D es descargar un diseño directamente de Internet, realizado por la comunidad de usuarios y cedido libremente, por supuesto.

Con el auge de la impresión 3D hay muchas plataformas web donde los usuarios comparten sus diseños, ya en formato STL, con el resto de usuarios. Seguramente la más conocida sea Thingiverse, aunque hay otras como Github, TinkerCAd, Pinshape, Yeggi, 3dmag.

Descargar ficheros STL es una forma genial de conseguir modelos listos para imprimir. Porque, y vuelvo a ponerme romántico, si tener una idea está muy bien, una comunidad de usuarios compartiendo ideas es imparable.

Programa Slicer

Ya tenemos nuestro modelo tridimensional triangulado en formato STL, bien sea porque hemos dibujado nuestro fichero y exportado a STL, o porque hemos descargado uno directamente de internet.

Pero nuestra impresora 3D sigue sin entender este modelo 3D. Como hemos dicho, únicamente entiende de trayectorias y posiciones. ¿Cómo convertirnos nuestro STL en algo que pueda entender nuestra impresora?

Aquí es donde entra el programa de Slicer, que en Castellano vendría a traducirse como programa “rebanador” y es que es una de las partes más importantes del proceso de impresión 3D.

La función del Slider es dividir nuestro objeto 3D en capas a distintas alturas, que es lo que tendremos realmente al imprimir la pieza. Para cada capa calcula las trayectorias que tiene que realizar el cabezal para realizar la impresión.

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.

Generar el GCode

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. Pero aún tenemos que llevarlo del ordenador a la impresora 3D. Tenemos varias opciones.

Usar una tarjeta SD, o USB

La primera opción y la más sencilla para mover el GCode a nuestra impresora es utilizar una tarjeta SD o una memoria USB. La mayoría de impresoras disponen de una o ambas opciones, y pueden imprimir de forma autónoma el fichero GCode que introduzcamos.

Puede parecer muy engorroso tener que ir de aquí para allá con una tarjeta, pero, en realidad, es una opción muy empleada, sencilla y conveniente.

Usar Host de impresión 3D

Otra opción algo más avanzada es usar un Host de impresión, es decir, un ordenador conectado a la impresora 3D por un puerto USB que controla el proceso de impresión en todo momento.

Hay programas específicos para Host de impresión 3D, siendo los más famosos Octoprint, Astroprint o Repetier Server, que pueden ser ejecutados en un mini pc como una Raspberry Pi.

Además de poder mandar los GCode por Wifi a nuestra impresora 3D, disponer de un Host de impresión 3D tiene ventajas adicionales, como integrar el software de Slicer, supervisión de la impresión 3D en tiempo real o visualizar con una WebCam el proceso.

Impresora 3D

Bien sea por una tarjeta mini SD, una memoria USB, o por un Host ¡Ya tenemos el fichero GCode en nuestra impresora! Pero ¿Cómo convierte nuestra impresora ese montón de líneas con coordenadas en una pieza imprimida?

Toca ver brevemente el funcionamiento de la impresora, aunque veremos cada parte con más detalle en las próximas entradas.

Partes de la impresora

De forma muy resumida, nuestra impresora tiene una estructura (base, puente, cama), partes mecánicas (motores, poleas, etc) y una parte electrónica. La parte electrónica es el cerebro de nuestra impresora.

La parte electrónica normalmente está basada en una placa similar o derivada de un Arduino. Esta placa controla el movimiento de los motores y hace que sigan las instrucciones del GCode.

Por supuesto, para hacer su trabajo la placa electrónica tiene que ejecutar un programa (y no uno pequeño, precisamente). Aquí es donde entra el firmware.

Firmware

El firmware es el software que ejecuta la electrónica de tu impresora 3D, la “inteligencia” de tu impresora. El firmware coge el GCode y se encarga de ejecutar las acciones que aparecen en él.

El firmware controla todos los componentes de la impresora 3D. Pero, además, puede realizar modificaciones como limitar la velocidad o la aceleración del cabezal.

No nos debería sorprender que también existen varios firmware para impresoras. El más conocido es Marlin y muchos de los demás están derivados o basados en él. Marlin, a su vez, está basado en Sprinter y Grbl.

Otros ejemplos son MK4duo, Sailfish, Repetier-Firmware o RepRap-Firmware. La mayoría son Open Source, por lo que incluso podemos realizar modificaciones nosotros mismos.

Podemos sobreescribir o actualizar el firmware de la impresora, pero no todos los firmware son compatibles con todas las impresoras. En general, sólo deberíamos tocar el firmware si sabemos lo que estamos haciendo.

Pieza imprimida

¡Y ya hemos llegado al final! Si todo el proceso ha salido correctamente, tendremos una pieza imprimida (o varias). Si no ha salido correctamente, tendremos un plato de spagetti de plástico.

Esta es, de forma resumida, la imagen general del proceso de impresión 3D. En las futuras entradas profundizaremos en cada uno de los puntos que hemos visto, aprenderemos a diseñar piezas, y errores comunes y cómo arreglarlos. ¡Hasta pronto!

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Germán Martín

Como siempre genial. Muy buen artículo.
Los últimos me han venido muy bien ahora que estoy empezando con la impresión 3D.
Para futuros artículos, una comparativa entre OctoPrint, AstroPrint y Repetier estaría genial.