Restricciones geométricas de la impresión 3D

Las impresoras 3D son muy versátiles en cuanto a los tipos de piezas que pueden fabricar. Dependiendo de la tecnología de impresión 3D específica que se utilice, puede producir piezas en una amplia variedad de geometrías y tamaños. Sin embargo, sigue habiendo restricciones de geometría de impresión 3D incluso para las tecnologías de impresión 3D más avanzadas que existen en la actualidad.

En este artículo analizamos en detalle las limitaciones geométricas y de tamaño que es importante comprender al crear modelos CAD 3D para la fabricación aditiva. Comprender estas limitaciones es vital, tanto si se trata de fabricar piezas básicas como piezas muy complejas con características de diseño intrincadas.

Una de las restricciones más importantes a las que se enfrenta toda tecnología de impresión 3D es el tamaño físico de la pieza que se puede imprimir. Aunque cada impresora tiene sus propias limitaciones de tamaño, generalmente es mejor utilizar una impresora industrial para las piezas que son más grandes. Además, una de las mejores soluciones para fabricar piezas impresas en 3D de gran tamaño es dividir las piezas en múltiples componentes que pueden imprimirse por separado y luego ensamblarse una vez concluida la impresión.

Aunque cada impresora 3D específica tiene sus propias limitaciones de tamaño de construcción, a continuación se indican los tamaños de construcción comunes para los siguientes procesos de impresión 3D:

• FDM - 200 x 200 x 200 mm (desktop) / 900 x 600 x 900 mm (industrial)
• SLA - 145 x 145 x 175 mm (desktop) / 1500 x 750 x 500 mm (industrial)
• SLS - 750 x 550 x 550 mm
• DMLS/SLM - 500 x 280 x 360 mm
• MJF - 380 x 285 x 380 mm

Además del tamaño de la pieza, otro factor crítico a tener en cuenta en los diseños de las piezas impresas en 3D es el grosor de la pared. Cada tecnología de impresión 3D tiene un grosor de pared mínimo que debe seguirse cuidadosamente para evitar el fallo de la pieza. Para la mayoría de los diseños de piezas, no es posible imprimir en 3D paredes muy finas a menos que sean más anchas que el tamaño mínimo de característica imprimible para cada tecnología de impresión 3D.

Estos son los requisitos mínimos de grosor de pared para cada proceso de impresión 3D:

• FDM - 0.8 mm
• SLA/DLP - 0.5 mm
• SLS - 0.7 mm
• MJF - 0.5 mm
• DMLS/SLM - 0.4 mm

Otra consideración vital que deben tener en cuenta los diseñadores de piezas en sus modelos impresos en 3D es el requisito de que la pieza sea completamente múltiple, también llamada "hermética". Manifold significa que cada arista de la pieza debe estar conectada exactamente a 2 polígonos. Además, la pieza no debe incluir ningún agujero a menos que sea necesario para el diseño previsto. Si su modelo no es manifold, existe el riesgo de que el software de impresión 3D malinterprete las instrucciones para la impresora 3D. Los diseños de impresión 3D sin pliegues podrían dar lugar a que la impresión tenga agujeros, capas inconsistentes y defectos adicionales. Lo más probable es que estos problemas provoquen que su pieza no sea imprimible.

Cada impresión 3D está formada por polígonos, que comúnmente se denominan "caras". Estos son los cuadrados planos que se encuentran en los modelos poligonales, no CAD.  Cada polígono representa la superficie entre 3 o 4 aristas. Además, cada una de estas aristas debe tener 2 polígonos conectados a cada lado. El problema es que los defectos de los no-manifoldes no suelen estar claros en la fase de modelado. El mejor método para validar si un modelo es imprimible es utilizar programas de software especializados que pueden resaltar las características de su diseño que podrían causar problemas durante la impresión 3D.

El software CAD utiliza splines de base racional no uniforme (NURBS) para mostrar las superficies de un modelo 3D. Cuando se exporta el modelo al formato de archivo STL, es fundamental asegurarse de que se utiliza un número adecuado de polígonos para representar las superficies. Esto ayuda a validar que su pieza tendrá un acabado de superficie suave después de la impresión 3D.

Si su modelo 3D se exporta con un número insuficiente de polígonos, es muy probable que las aristas que conectan los polígonos individuales sean visibles en su pieza impresa en 3D. De hecho, este aspecto visual es más pronunciado en los modelos más grandes porque los polígonos son más visibles en las superficies curvas. Por otro lado, si tiene demasiados polígonos en la exportación de su modelo 3D, el tamaño del archivo superará el límite de la mayoría de las impresoras 3D. Además, es importante tener en cuenta que cuando se crean mallas de polígonos, las mallas más finas darán lugar a archivos de mayor tamaño que pueden ser problemáticos para la impresora 3D.