miércoles, agosto 17, 2022
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Tips para prevenir el warping y el cracking

¡Hola Machine Bros!
En esta última entrega de tips para prevenir el warping y el cracking, quiero hablarte de estos dos problemas muy comunes que ocurren cuando imprimimos en 3D.

Si ya llevas tiempo imprimiendo en 3D y experimentando con varios filamentos de impresión, te habrás dado cuenta que hay materiales con los cuales es más fácil imprimir en 3D que otros.

En gran medida la facilidad con la cual se imprime en 3D con un determinado filamento depende de lo propenso que es dicho material en sufrir warping y cracking.

Es por ello que hemos redactado este artículo, para explicarte de qué tratan estos dos problemas, por qué ocurren y recomendaciones para prevenirlos.

Tips para prevenir el warping y el cracking
Warping y Cracking

¿Qué es el warping y el cracking en la impresión 3D?

El warping y el cracking tienen que ver con el estrés térmico del material, que no es más que el conjunto de esfuerzos que se producen internamente en la pieza debido a las contracciones térmicas.

Cuando la adherencia del filamento a la cama de impresión no es buena, la pieza tiende a despegarse de la misma, en especial, se despegan las esquinas de las piezas largas.

Este problema es el que conocemos como warping.

Warping en impresión 3D
Warping

Ahora bien, cuando observamos que este mismo problema ocurre es entre las capas de impresión, es lo que conocemos como cracking, por este fenómeno se ve comprometido la adherencia del material entre capas.

Craking en impresión 3D
Craking

Por lo general ambos inconvenientes acontecen por los mismos factores, lo que suele diferenciar uno del otro es que en el caso del warping observaremos que el problema ocurre con referencia a la cama de impresión, y el cracking se observará entre las capas de la pieza impresa en 3D.

En la ciencia de los materiales existe una propiedad física que representa numéricamente qué tanto se contrae o dilata un material en función a los cambios de temperatura al que exponemos dicho material, a este efecto se le conoce como dilatación térmica, y el coeficiente de dilatación térmica es el valor que explica que tan pronunciado es este efecto en un determinado material.

Siendo el coeficiente de dilatación térmica el cociente del cambio relativo longitudinal o volumétrico entre la variación de la temperatura.

Es importante saber esto, porque de esta manera podemos concluir que un material con mayor coeficiente de dilatación térmica, será más propenso a sufrir de warping y cracking que un material con menor coeficiente de dilatación térmica.

Para darte un ejemplo que demuestra que esto es cierto, nombraremos dos materiales muy utilizados y conocidos en el mundo de la impresión 3D, por un lado, tenemos al PLA con un coeficiente lineal de dilatación térmica (CLTE) aproximado de 7.5, material que por experiencia propia sabemos que prácticamente no sufre de warping ni cracking, por otro lado, tenemos el ABS con un CLTE aproximado de 11, el cual sabemos que sí es bastante propenso a sufrir de warping y cracking.

NOTA: Los valores de CLTE están expresados en 1×10-5/°C

coeficiente lineal de dilatación térmica
El CLTE es la pendiente de la curva de expansión

Por cultura general nos gustaría mencionarles que la mayoría de los materiales suelen expandirse a medida que le suministramos calor y en caso contrario contraerse, pero existen materiales que se comportan de manera inversa, es decir, se contraen a medida que le suministramos calor y se expanden en caso contrario.

Se dice que estos materiales poseen dilatación térmica negativa.

Los filamentos que comúnmente utilizamos en la impresión 3D (PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon, ASA, PC) están fabricados a partir de materiales que se comportan de la primera forma que hicimos mención (se expanden al suministrarles calor y se contraen al someterlos a menores temperaturas).

Como bien sabemos ya, los materiales se contraen o expanden en función a la temperatura a la que se encuentran expuestos, por lo cual, a mayores cambios de temperatura, mayores serán los cambios dimensionales.

Es de suma importancia saber esto porque nos indica que existe otra variable que afecta en mayor o menor medida la posibilidad de que nuestra impresión 3D sufra de warping y/o cracking, estamos hablando de que tan grande será el cambio de temperatura que habrá en el filamento al salir de la extrusora y entrar en contacto con el aire y la cama caliente.

Todo esto se traduce en que los filamentos que requieran mayores temperaturas para ser fundido serán más propensos a sufrir warping y cracking, esto debido a que mayor será la diferencia de temperatura que habrá entre las tres variables mencionadas (la temperatura de la extrusora, la temperatura del ambiente y la temperatura de la cama caliente), por ende mayores serán los cambios dimensionales que sufrirá a este material.

Requerimientos de hardware

Filamento de
impresión 3D
Temperatura
del Extrusor (°C)
Temperatura
de la Cama (°C)
PLA195 – 22050 – 70
ABS215 – 250100 – 110
PETG225 – 25075 – 90
TPU210 – 24550 – 75
Nylon220 – 27070 – 100
ASA240 – 260100 – 110
PC260 – 310100-120

Debido a lo comentado anteriormente, se aconseja que al imprimir en 3D con filamentos que requieran altas temperaturas para ser fundido (por ejemplo el PC) se cuente con una cama caliente capaz de alcanzar temperaturas más elevadas, y también con una impresora cerrada, esto último para que la temperatura del aire que se encuentra dentro del área de trabajo de la impresora, se mantenga lo más constante posible y a temperaturas más elevadas de lo normal.

Además, con una impresora 3D cerrada, se previene el flujo de corrientes de aire que puedan variar de manera repentina y drástica la temperatura del filamento al salir de la boquilla, o del modelo 3D impreso.

Existe otro valor que nos indica a que temperatura un polímero disminuye su densidad, dureza, rigidez y su porcentaje de elongación.

A este valor se le conoce como temperatura de transición vítrea (Tg).

Cuando el material está fundido no se ve afectado por la contracción térmica. Pero cuando el material se solidifica y este se encuentra a una temperatura menor a la Tg, es cuando las contracciones térmicas empiezan a causar estrés térmico.

A mayor Tg de un material, mayor será la temperatura que habrá que fundirlo, y de igual forma, a mayor diferencia entre la temperatura Tg de un material respecto a la temperatura del ambiente y la cama, mayores serán las probabilidades de sufrir warping y/o cracking.

Como ejemplo podemos volver a mencionar los dos materiales comúnmente utilizados en la impresión 3D, el PLA que cuenta con una Tg aproximada de 52°C, y el ABS que posee una Tg aproximada de 98°C.

Y para finalizar, el módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento elástico de un material.

Este parámetro también influye en que tan propenso será un filamento en padecer de warping y cracking, a mayor módulo de Young, más rígido el material, de manera inversa, los materiales con menor módulo de Young son más elásticos, por ende, más fáciles de doblar bajo carga.

Al ser el material más elástico es menos propenso a sufrir de warping y cracking, esto se debe a que los esfuerzos internos causados por el estrés térmico se disipan mejor en este tipo de material.

Al ser elástico hay menos probabilidades de que las capas superiores doblen las capas inferiores.

Esto puede ser fácilmente visualizado en una liga (elástica o banda elástica), hagamos el siguiente ejercicio imaginario. Supongamos que amarramos una liga (o banda elástica) a una carga cualquiera (un objeto cualquiera que pese 1Kg por ejemplo), al tirar de la liga por un extremo (ejercemos tensión) será menos probable que logremos mover la carga imaginaria a que si hiciéramos esto mismo pero con un alambre de cobre, esto ocurre simplemente porque la liga (o banda elástica) posee un menor módulo de Young, es decir es un material más elástico, habrá que tirar mucho más de la liga para poder mover la carga imaginaria (un objeto cualquiera).

Volviendo a la impresión 3D y los filamentos, podemos apreciar esto con el TPU (un material flexible), el cual a pesar de ser un material con un alto CLTE, esto se ve contrarrestado con su bajo módulo de Young, por lo tanto, es menos propenso a sufrir de warping y cracking.

Young's modulus
Young’s Modulus

Hay técnicas utilizadas por los usuarios de impresoras 3D para prevenir el warping y cracking, las cuales se basan en utilizar métodos que mejoren la adhesión del filamento a la cama de impresión, y a su vez, intentan disminuir el estrés térmico, disminuyendo la diferencia de temperatura entre el filamento fundido, la temperatura del ambiente y la temperatura de la cama.

Se elige una técnica u otra en función al filamento utilizado, de esto hablaremos más adelante.

¿Cuáles son los filamentos más propensos a sufrir warping y cracking?

La probabilidad de que un filamento de impresión 3D presente warping y cracking está directamente relacionado con los siguientes tres valores:

  1. CLTE (coeficiente lineal de dilatación térmica): Nos indica que tanto pudiese llegar a variar sus dimensiones un filamento en proporción a los cambios de temperatura. A mayor CLTE, más propenso es el filamento a sufrir warping y cracking.

  2. Tg (temperatura de transición vítrea): Nos indica a que temperatura un polímero disminuye su densidad, dureza, rigidez y su porcentaje de elongación. A mayor Tg, más propenso es el filamento a sufrir warping y cracking.

  3. Módulo de Young: Nos da una idea del nivel de elasticidad que posee un filamento. A mayor valor del módulo de Young, el filamento es más rígido, por ende, más propenso de sufrir warping y cracking.

Para darte una idea más clara de cuáles son los filamentos de impresión 3D más propensos a sufrir warping y cracking, hemos elaborado una tabla que ordena de menor a mayor los materiales en función a la tendencia de éstos a sufrir de warping y cracking.

warping y cracking filamentos 3D
Esta tabla es solo orientativa, el orden de los materiales pudiese variar en función a la marca del filamento, tipo de impresora, configuraciones de impresión, clima y temperatura ambiental, entre otras variables.

¿El warping y cracking ocurren en todas las impresoras 3D?

No, esto debido a que en el mercado existen impresoras 3D con mejores prestaciones, las cuales logran disminuir mucho mejor los efectos del warping y cracking al punto de parecer casi inexistentes.

Esto es posible ya que muchas de estas impresoras 3D cuentan con camas calientes (heatbed) capaces de alcanzar mayores temperaturas, a su vez, el área de impresión es cerrada, por lo que la temperatura del ambiente en la impresión 3D será mayor, e incluso, existen impresoras 3D profesionales que cuentan con sistemas de calefacción interno, logrando que el aire dentro del área de impresión se encuentre a temperaturas aún mayores.

Esto ayuda a que exista una menor diferencia de temperatura entre la Tg del material, la temperatura de la cama y la temperatura del ambiente, disminuyendo así el estrés térmico y mejorando la adhesión a la cama caliente.

Hay dos aspectos de suma importancia que debes saber:

  1. Una cama caliente a una temperatura igual o mayor a la Tg del material durante toda la impresión 3D también es contraproducente, debido a que las primeras capas no estarán totalmente sólidas, por ende, las capas superiores al irse enfriando y causando las contracciones (o generando el estrés térmico) fácilmente doblará y despegará la capa que se encuentra adherida a la superficie de la cama.

    Lo más recomendable seria imprimir en 3D las primeras capas a una temperatura cercana a la Tg del material, logrando así una máxima adhesión con bajo estrés térmico, y posteriormente ir enfriando un poco la cama para conseguir que las primeras capas se solidifiquen lo bastante bien (poner la cama a una temperatura algo más baja que la Tg del material) para que así, sea más difícil que el estrés térmico causado por las capas superiores deforme y despeguen la capa adherida a la cama de impresión.

  2. Así logres adherir bien la pieza a la cama, y la misma no se deforme por warping ni cracking, de igual forma internamente en la pieza se mantendrá el estrés térmico, lo cual causa que la pieza sea más susceptible a romperse al verse sometida a esfuerzos.

    Es por eso que es altamente aconsejable practicarles un post-procesamiento térmico llamado recocido.

    El cual consiste en aplicarle calor a la pieza impresa en 3D de manera progresiva, en tiempos determinados hasta una temperatura específica, y luego dejar enfriar la pieza gradualmente de manera controlada.

    Obviamente en las impresoras 3D que cuentan con sistemas de calefacción interna este post-procesamiento no es necesario, ya que la misma impresora se comporta como un horno, por lo cual el estrés térmico es disipado por la propia impresora 3D.

Ahora me gustaría mostrarte tres impresoras 3D, las cuales ordenaré de la siguiente forma:

  1. Impresora 3D sencilla, capaz de imprimir en 3D en diversos materiales, pero al no estar cerrada será la más propensa a que los materiales impresos en ella sufran de warping y cracking.
  2. Impresora 3D que tenga un área de impresión encajonada, lo cual ayuda bastante a disminuir el warping y cracking.
  3. Impresora 3D que cuenta con una cámara de calefacción.

Veámoslas entonces a continuación:

1. Creality Ender 3 Pro
Volumen de impresión: 220x220x250mm

2. QIDI TECH X-Plus:
Volumen de impresión: 270x200x200mm

3. Makerbot Method X:
Volumen de impresión: 190x190x196mm

Cómo prevenir o disminuir el warping y cracking en la impresión 3D

1. Utilizar una cama caliente

Este es uno de los consejos más básicos, la mayoría de las impresoras 3D ya cuentan con camas calientes, lo importante es configurarla a la temperatura adecuada.

Por lo general los fabricantes de filamentos de impresión 3D te indican a que temperatura debes poner la cama caliente para prevenir el warping.

Un buen consejo es poner la cama caliente a una temperatura igual o un poco mayor a la Tg del material, posteriormente enfriar un poco la cama para que esa primera capa se solidifique bien (es recomendable en las posteriores capas dejar que la cama se enfrié 10°C o 15°C por debajo de la Tg del material).

Cómo prevenir o disminuir el warping y cracking en la impresión 3D
Cama caliente Impresión 3D

2. Limpiar bien la cama caliente

Aunque parezca un consejo muy irrelevante, la verdad es que no lo es.

Es fundamental que la superficie de la cama se encuentre limpia, para que así la primera capa de la impresión 3D se pueda adherir bien.

La grasa o suciedad evita que la primera capa se pegue adecuadamente a la superficie y por ende aumenta el riesgo de producir warping.

Muchos suelen limpiar la cama con alcohol isopropílico o etílico.

Limpieza de la cama caliente
Limpieza de la cama caliente

3. Revisar que este bien calibrado el eje Z y la cama de la impresora 3D

Es importante revisar esto, ya que de ello dependerá que la configuración de la altura de capa de la primera capa quede tal cual como la ajustamos en el slicer, de no ser así, la primera capa puede quedar muy alta (la boquilla estaría muy despegada de la cama durante la impresión 3D de la primera capa).

Lo que conllevaría a una mala adherencia a la superficie de la cama y por lo tanto aumentaría la posibilidad de sufrir warping.

Si tienes una impresora Creality Ender 3, en este artículo encontrarás como calibrar el eje-z.

4. Deshabilitar el ventilador de capa de la impresora 3D

El ventilador de capa no se suele usar para imprimir en 3D con los materiales propensos a sufrir warping y cracking, más bien tener el ventilador activado en este tipo de materiales agravaría el problema.

Por lo tanto, desactívalo!

Ventilador de capa de una impresora 3D
Ventilador de capa

5. Calibrar la altura de la primera capa

La primera capa de una impresión 3D suele ser determinante, de ella dependerá que las capas restantes queden bien, incluso muchos usuarios consideran esta capa la más importante.

Es por esto que es necesario configurar esta primera capa bien para que se adhiera de la mejor forma posible a la superficie de la cama, para que esto ocurra, es indispensable ajustar la altura que tendrá la boquilla con referencia a la cama (la altura de capa) durante la impresión 3D de la primera capa.

Una primera capa muy separada de la cama causaría mala adherencia a la superficie, lo que aumenta la probabilidad de que la impresión sufra de warping.

Una altura de capa muy pegada a la cama también tiene sus consecuencias, por ejemplo, la pieza cambia dimensionalmente durante la primera capa, se haría más grande (hacia los ejes X y Y) al estar tan aplastada (la primera capa).

También una altura de capa muy baja durante la impresión de la primera capa podría causar problemas de extrusión.

Pero por lo general, en materiales propensos a sufrir warping, la primera capa se imprime a una altura de capa más baja que la altura de capa que tendrán las capas restantes de la impresión 3D.

Por ejemplo, para el ABS se podría usar una altura de capa para la primera capa que represente el 80% de la altura de capa que se usará durante el resto de la impresión, es decir, si configuramos la impresión para una altura de capa de 0.3mm, la primera capa se imprimirá a 0.24mm, consiguiendo así mejorar la adhesión de esa primera capa a la superficie de la cama.

Para información más detallada sobre la altura de capa, te recomendamos que mires el artículo La importancia de la primera capa en impresión 3D

6. Imprimir en 3D lentamente

Esta es otra técnica que suelen aplicar los usuarios de impresoras 3D cuando van a imprimir con materiales propensos a sufrir de warping y cracking.

Básicamente consiste en imprimir un poco más lento de lo que lo harías con otros materiales que no son tan propensos a sufrir de estos problemas.

La idea es ir probando diferentes velocidades de impresión 3D hasta que encuentres un ajuste de velocidad que disminuya la predisposición del material a padecer de warping y cracking.

Por lo general se disminuye un poco la velocidad y se prueba, así sucesivamente hasta encontrar la configuración ideal.

7. Utilizar “Brim” o “Raft”

Estas son dos herramientas o funciones que nos facilitan los slicer.

El Brim es una especie de faja o borde que crea el slicer alrededor del objeto a imprimir en 3D para mejorar la adhesión de la pieza a la cama.

El Raft es una especie de cama o balsa que crea el Slicer debajo del objeto a imprimir para mejorar la adhesión de la pieza a la cama.

Ambas herramientas o funciones tienen el mismo objetivo, usar una u otra es decisión del usuario, hay personas que tienen preferencia por el Brim y otras por el Raft.

Brim y Raft en impresión 3D
Brim y Raft

8. Disminuir el “Infill” de una impresión 3D

Si la pieza a imprimir en 3D no será sometida a esfuerzos, es conveniente usar la menor cantidad de Infill posible, ya que a mayor Infill habrá mayor cantidad de material contrayéndose debido al cambio de temperatura y generando así mayor estrés térmico a la pieza, lo que se traduce como una mayor posibilidad de sufrir warping y cracking.

Diferentes valores de Infill impresión 3D
Diferentes valores de Infill

9. Usar materiales o herramientas que mejoren la adhesión del modelo a la cama

Hay materiales y/o herramientas que ayudan a los filamentos a mantener la adhesión a la cama de impresión, como por ejemplo cintas, barras adhesivas, etc.

A continuación te mostramos los más utilizados para cada filamento:

  • Filamento PLA: Cinta de pintor, barras de adhesivo, placa de vidrio, lamina de PEI, laca para el cabello.
  • Filamento ABS: Cinta Kapton.
  • Filamento PETG: Cinta de pintor, barras de adhesivo, lamina de PEI.
  • Filamento TPU: Cinta de pintor, lamina de PEI.
  • Filamento Nylon: Barras de adhesivo, lamina de PEI.
  • Filamento ASA: Barras de adhesivo, lamina de PEI
  • Filamento PC: Barras de adhesivo, lamina de PEI, adhesivos comerciales para imprimir con PC.
Materiales y herramientas que ayudan a la adhesión del modelo a la cama caliente
Materiales y herramientas que ayudan a la adhesión del modelo a la cama caliente

10. Utilización de líquidos para ayudar a la adhesión a la cama caliente

El más conocido y usado es el que se conoce como “jugo de ABS”, en ingles se conoce como “ABS juice”, se utiliza para mejorar la adhesión del ABS a la cama caliente.

Consiste en mezclar acetona pura con ABS, el ABS termina disolviéndose en la acetona y obtenemos el famoso “jugo de ABS”.

Dicho jugo lo depositamos y distribuimos en la cama de impresión, para luego empezar a imprimir en 3D.

Como desventaja, es que a veces suele ser difícil despegar la pieza de la cama, y también suele ser algo más trabajoso limpiar la cama después de imprimir en 3D.

Hay otros experimentos realizados por makers que se han vuelto bastante virales.

Uno de ellos es mezclar agua con azúcar, esta mezcla pegajosa también ayuda a mejorar la adhesión de las piezas a la cama de impresión.

Otro experimento es el uso de gelatina, se le conoce en inglés como “Jello Solution”.

Consiste en mezclar una parte de gelatina por diez partes de agua.

La gelatina debe ser sin sabor.

Estos otros experimentos se aplican de igual forma que el “jugo de ABS”, se deposita en la cama de manera uniforme antes de empezar a imprimir.

¡Si has experimentado algunas de estas técnicas, cuéntanos en los comentarios!

Jugo de ABS
Jugo de ABS

11. Diseños 3D con bordes redondeados y aplicar adhesivo

Las superficies redondas son estructuralmente mejores para soportar el estrés térmico, por lo cual ayuda a prevenir el warping.

Lo que se busca con esta técnica es diseñarle a las piezas impresas en 3D unas bases de soporte redondeadas, a las cuales adicionalmente le pondremos cinta adhesiva en plena impresión 3D para ayudar a que no se despegue la pieza de la cama.

Diseño 3D con bordes redondeados
Diseño de esquinas redondeadas

Una vez finalizada la impresión 3D, se retira la cinta adhesiva, se despega la pieza de la cama, y se cortan los soportes redondeados creados por nosotros.

Tips para prevenir warping
Cinta adhesiva sobre los bordes redondeados

12. Arreglos caseros para evitar el warping y cracking

Hay varias modificaciones o arreglos que puedes hacerle a tu impresora 3D que pueden ayudar a prevenir el warping y cracking, me gustaría hablarte de 3 modificaciones en específico.

1. Cerrar tu impresora 3D

Esta primera modificación consiste en cerrar tu impresora 3D, claro esto solo es aplicable si tu impresora es abierta de fábrica.

Cerrar la impresora 3D ayuda a que el calor se mantenga dentro de la impresora y por lo tanto el aire estará a una mayor temperatura y también prevendrá a que corrientes de aire frio afecten negativamente la impresión 3D.

Todo esto conlleva a menores cambios de temperatura, lo cual es igual a menor estrés térmico y menores probabilidades de producir warping y cracking.

Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D

2. Colocar corcho debajo de la cama de impresión

Hay impresoras 3D a las que le cuesta que la cama caliente alcance mayores temperaturas.

Esto se aprecia más en lugares donde la temperatura ambiente es más fría. Es decir, puede ser que tu impresora teóricamente este diseñada para ser capaz de alcanzar una temperatura de 100°C en la cama caliente, pero por efectos climáticos tu impresora 3D o no logre alcanzar esa temperatura o tarde mucho en alcanzarla.

Una manera de mejorar esto es colocar láminas de corcho debajo de la cama caliente.

El corcho es buen aislante térmico, por lo que la energía calorífica generada por la cama caliente no se disiparía tanto por la parte inferior de la cama, y en realidad esto nos interesa, pues no nos conviene que la parte inferior de la cama intercambie calor con el ambiente.

Esta solución ayuda a que la cama caliente alcance la temperatura para la que fue diseñada más rápido, e incluso a veces logra alcanzar temperaturas un poco mayores.

Esto obviamente ayuda a configurar la temperatura de la cama adecuadamente para poder así prevenir el warping y cracking.

Láminas de corcho en cama caliente
Láminas de corcho en cama caliente

3. Colocar bombillas que generen calor en tu impresora 3D

Esta última modificación consiste en colocar dentro del área de impresión, bombillas que ayuden a generar calor dentro de la impresora 3D.

Aparte de esto, también tendrás la ventaja de contar con una mejor iluminación.

Bombillas dentro de una impresora 3D
Bombillas dentro de una impresora 3D

4. Sensores de nivelación en una impresora 3D

Los sensores de nivelación en una impresora 3D ayudan con la nivelación de la cama, a pesar de que nivelar la cama es un trabajo que se puede hacer de manera manual, los sensores de nivelación mejoran y simplifican esta tarea.

Al contar con un sensor de nivelación se cuenta con una nivelación más precisa, lo que conlleva a que la primera capa se imprima con la altura de capa exacta que configuramos en el slicer, lo que implica una mejor adhesión y una menor probabilidad de sufrir warping durante la impresión.

A continuación, puedes encontrar el kit de sensor de nivelación en Amazon.

5. Utilizar una cámara de calefacción

Ya hablamos de las ventajas de contar con una cámara de calefacción, bien sea que construyas la tuya propia (lo cual es ciertamente trabajoso), o compres una impresora 3D que incorpore una (lo cual sabemos es costoso).

La realidad es que una cámara de calefacción en conjunto con una cama caliente suelen ser la mejor combinación para prevenir el warping, el cracking e incluso reducir al máximo el estrés térmico de las piezas impresas en 3D.

Conclusiones sobre el warping y el cracking

El warping y cracking son problemas bastante frecuentes y hay filamentos que están más predispuestos a padecer de estos efectos.

Esto está directamente relacionado a los siguientes valores:

  • CLTE (coeficiente lineal de dilatación térmica)
  • Tg (temperatura de transición vítrea)
  • El módulo de Young.

Mientras mayores sean estos valores, más propenso será el filamento de impresión 3D a sufrir de warping y/o cracking.

Existen diversos métodos para combatir estos efectos, los cuales van desde ajustar parámetros de impresión 3D, modificaciones de la impresora 3D, hasta llegar a adquirir impresoras 3D profesionales especializadas en imprimir 3D con materiales propensos a sufrir warping y cracking.

Si te preguntas ¿Pero porque quiero imprimir en 3D con estos materiales? La respuesta es que estos filamentos suelen tener mejores propiedades térmicas y mecánicas.

También existen fabricantes de filamentos que se han encargado de modificar los filamentos de impresión 3D para que estos sean más fáciles de imprimir en FDM.

Por ejemplo, los materiales compuestos con fibra de carbono o fibra de vidrio suelen ser menos propensos a sufrir estas deformaciones, ya que el material de refuerzo (la fibra de carbono o la fibra de vidrio) posee menor CLTE, lo cual aporta estabilidad dimensional al material base (PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon, ASA, PC).

Como desventaja, para imprimir en 3D con estos tipos de filamentos (compuestos con fibra de carbono o fibra de vidrio) es necesario utilizar boquillas resistentes a la abrasión (normalmente boquillas de acero inoxidable).

Otro ejemplo de filamentos modificados para hacer que sean más fáciles de imprimir por FDM es el filamento PolyMide CoPA, está compuesto por Nylon y fue diseñado para que no sea tan propenso a padecer de warping.

Obviamente tiene sus desventajas en comparación a otros Nylon, por ejemplo el PolyMide CoPA tiene un Tg de 67°C, un Nylon normal suele tener un Tg aproximado de 88°C, es decir que el PolyMide CoPA es menos resistente a la temperatura.

En conclusión, la manera de controlar el warping y cracking se basa en mejorar la adhesión de la primera capa a la cama de impresión 3D, y a su vez, es necesario controlar el estrés térmico causado por los cambios de temperatura.

Recuerda que es posible evitar el warping mejorando la adhesión a la cama, pero eso no implica que estarías eliminando el estrés térmico interno de la pieza impresa, por lo tanto, es posible que se fracture más fácilmente al ser sometida a esfuerzos.

Para reducir el estrés térmico si no imprimes con una impresora 3D que cuente con cámara de calefacción, lo aconsejable es aplicar posteriormente un recocido a la pieza impresa para eliminar el estrés térmico.

Saludos.

¡Hasta pronto Machine Bros!

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En gran medida la facilidad con la cual se imprime en 3D con un determinado filamento depende de lo propenso que es dicho material en sufrir warping y cracking.

Es por ello que hemos redactado este artículo, para explicarte de qué tratan estos dos problemas, por qué ocurren y recomendaciones para prevenirlos.

Tips para prevenir el warping y el cracking
Warping y Cracking

¿Qué es el warping y el cracking en la impresión 3D?

El warping y el cracking tienen que ver con el estrés térmico del material, que no es más que el conjunto de esfuerzos que se producen internamente en la pieza debido a las contracciones térmicas.

Cuando la adherencia del filamento a la cama de impresión no es buena, la pieza tiende a despegarse de la misma, en especial, se despegan las esquinas de las piezas largas.

Este problema es el que conocemos como warping.

Warping en impresión 3D
Warping

Ahora bien, cuando observamos que este mismo problema ocurre es entre las capas de impresión, es lo que conocemos como cracking, por este fenómeno se ve comprometido la adherencia del material entre capas.

Craking en impresión 3D
Craking

Por lo general ambos inconvenientes acontecen por los mismos factores, lo que suele diferenciar uno del otro es que en el caso del warping observaremos que el problema ocurre con referencia a la cama de impresión, y el cracking se observará entre las capas de la pieza impresa en 3D.

En la ciencia de los materiales existe una propiedad física que representa numéricamente qué tanto se contrae o dilata un material en función a los cambios de temperatura al que exponemos dicho material, a este efecto se le conoce como dilatación térmica, y el coeficiente de dilatación térmica es el valor que explica que tan pronunciado es este efecto en un determinado material.

Siendo el coeficiente de dilatación térmica el cociente del cambio relativo longitudinal o volumétrico entre la variación de la temperatura.

Es importante saber esto, porque de esta manera podemos concluir que un material con mayor coeficiente de dilatación térmica, será más propenso a sufrir de warping y cracking que un material con menor coeficiente de dilatación térmica.

Para darte un ejemplo que demuestra que esto es cierto, nombraremos dos materiales muy utilizados y conocidos en el mundo de la impresión 3D, por un lado, tenemos al PLA con un coeficiente lineal de dilatación térmica (CLTE) aproximado de 7.5, material que por experiencia propia sabemos que prácticamente no sufre de warping ni cracking, por otro lado, tenemos el ABS con un CLTE aproximado de 11, el cual sabemos que sí es bastante propenso a sufrir de warping y cracking.

NOTA: Los valores de CLTE están expresados en 1×10-5/°C

coeficiente lineal de dilatación térmica
El CLTE es la pendiente de la curva de expansión

Por cultura general nos gustaría mencionarles que la mayoría de los materiales suelen expandirse a medida que le suministramos calor y en caso contrario contraerse, pero existen materiales que se comportan de manera inversa, es decir, se contraen a medida que le suministramos calor y se expanden en caso contrario.

Se dice que estos materiales poseen dilatación térmica negativa.

Los filamentos que comúnmente utilizamos en la impresión 3D (PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon, ASA, PC) están fabricados a partir de materiales que se comportan de la primera forma que hicimos mención (se expanden al suministrarles calor y se contraen al someterlos a menores temperaturas).

Como bien sabemos ya, los materiales se contraen o expanden en función a la temperatura a la que se encuentran expuestos, por lo cual, a mayores cambios de temperatura, mayores serán los cambios dimensionales.

Es de suma importancia saber esto porque nos indica que existe otra variable que afecta en mayor o menor medida la posibilidad de que nuestra impresión 3D sufra de warping y/o cracking, estamos hablando de que tan grande será el cambio de temperatura que habrá en el filamento al salir de la extrusora y entrar en contacto con el aire y la cama caliente.

Todo esto se traduce en que los filamentos que requieran mayores temperaturas para ser fundido serán más propensos a sufrir warping y cracking, esto debido a que mayor será la diferencia de temperatura que habrá entre las tres variables mencionadas (la temperatura de la extrusora, la temperatura del ambiente y la temperatura de la cama caliente), por ende mayores serán los cambios dimensionales que sufrirá a este material.

Requerimientos de hardware

Filamento de
impresión 3D
Temperatura
del Extrusor (°C)
Temperatura
de la Cama (°C)
PLA195 – 22050 – 70
ABS215 – 250100 – 110
PETG225 – 25075 – 90
TPU210 – 24550 – 75
Nylon220 – 27070 – 100
ASA240 – 260100 – 110
PC260 – 310100-120

Debido a lo comentado anteriormente, se aconseja que al imprimir en 3D con filamentos que requieran altas temperaturas para ser fundido (por ejemplo el PC) se cuente con una cama caliente capaz de alcanzar temperaturas más elevadas, y también con una impresora cerrada, esto último para que la temperatura del aire que se encuentra dentro del área de trabajo de la impresora, se mantenga lo más constante posible y a temperaturas más elevadas de lo normal.

Además, con una impresora 3D cerrada, se previene el flujo de corrientes de aire que puedan variar de manera repentina y drástica la temperatura del filamento al salir de la boquilla, o del modelo 3D impreso.

Existe otro valor que nos indica a que temperatura un polímero disminuye su densidad, dureza, rigidez y su porcentaje de elongación.

A este valor se le conoce como temperatura de transición vítrea (Tg).

Cuando el material está fundido no se ve afectado por la contracción térmica. Pero cuando el material se solidifica y este se encuentra a una temperatura menor a la Tg, es cuando las contracciones térmicas empiezan a causar estrés térmico.

A mayor Tg de un material, mayor será la temperatura que habrá que fundirlo, y de igual forma, a mayor diferencia entre la temperatura Tg de un material respecto a la temperatura del ambiente y la cama, mayores serán las probabilidades de sufrir warping y/o cracking.

Como ejemplo podemos volver a mencionar los dos materiales comúnmente utilizados en la impresión 3D, el PLA que cuenta con una Tg aproximada de 52°C, y el ABS que posee una Tg aproximada de 98°C.

Y para finalizar, el módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento elástico de un material.

Este parámetro también influye en que tan propenso será un filamento en padecer de warping y cracking, a mayor módulo de Young, más rígido el material, de manera inversa, los materiales con menor módulo de Young son más elásticos, por ende, más fáciles de doblar bajo carga.

Al ser el material más elástico es menos propenso a sufrir de warping y cracking, esto se debe a que los esfuerzos internos causados por el estrés térmico se disipan mejor en este tipo de material.

Al ser elástico hay menos probabilidades de que las capas superiores doblen las capas inferiores.

Esto puede ser fácilmente visualizado en una liga (elástica o banda elástica), hagamos el siguiente ejercicio imaginario. Supongamos que amarramos una liga (o banda elástica) a una carga cualquiera (un objeto cualquiera que pese 1Kg por ejemplo), al tirar de la liga por un extremo (ejercemos tensión) será menos probable que logremos mover la carga imaginaria a que si hiciéramos esto mismo pero con un alambre de cobre, esto ocurre simplemente porque la liga (o banda elástica) posee un menor módulo de Young, es decir es un material más elástico, habrá que tirar mucho más de la liga para poder mover la carga imaginaria (un objeto cualquiera).

Volviendo a la impresión 3D y los filamentos, podemos apreciar esto con el TPU (un material flexible), el cual a pesar de ser un material con un alto CLTE, esto se ve contrarrestado con su bajo módulo de Young, por lo tanto, es menos propenso a sufrir de warping y cracking.

Young's modulus
Young’s Modulus

Hay técnicas utilizadas por los usuarios de impresoras 3D para prevenir el warping y cracking, las cuales se basan en utilizar métodos que mejoren la adhesión del filamento a la cama de impresión, y a su vez, intentan disminuir el estrés térmico, disminuyendo la diferencia de temperatura entre el filamento fundido, la temperatura del ambiente y la temperatura de la cama.

Se elige una técnica u otra en función al filamento utilizado, de esto hablaremos más adelante.

¿Cuáles son los filamentos más propensos a sufrir warping y cracking?

La probabilidad de que un filamento de impresión 3D presente warping y cracking está directamente relacionado con los siguientes tres valores:

  1. CLTE (coeficiente lineal de dilatación térmica): Nos indica que tanto pudiese llegar a variar sus dimensiones un filamento en proporción a los cambios de temperatura. A mayor CLTE, más propenso es el filamento a sufrir warping y cracking.

  2. Tg (temperatura de transición vítrea): Nos indica a que temperatura un polímero disminuye su densidad, dureza, rigidez y su porcentaje de elongación. A mayor Tg, más propenso es el filamento a sufrir warping y cracking.

  3. Módulo de Young: Nos da una idea del nivel de elasticidad que posee un filamento. A mayor valor del módulo de Young, el filamento es más rígido, por ende, más propenso de sufrir warping y cracking.

Para darte una idea más clara de cuáles son los filamentos de impresión 3D más propensos a sufrir warping y cracking, hemos elaborado una tabla que ordena de menor a mayor los materiales en función a la tendencia de éstos a sufrir de warping y cracking.

warping y cracking filamentos 3D
Esta tabla es solo orientativa, el orden de los materiales pudiese variar en función a la marca del filamento, tipo de impresora, configuraciones de impresión, clima y temperatura ambiental, entre otras variables.

¿El warping y cracking ocurren en todas las impresoras 3D?

No, esto debido a que en el mercado existen impresoras 3D con mejores prestaciones, las cuales logran disminuir mucho mejor los efectos del warping y cracking al punto de parecer casi inexistentes.

Esto es posible ya que muchas de estas impresoras 3D cuentan con camas calientes (heatbed) capaces de alcanzar mayores temperaturas, a su vez, el área de impresión es cerrada, por lo que la temperatura del ambiente en la impresión 3D será mayor, e incluso, existen impresoras 3D profesionales que cuentan con sistemas de calefacción interno, logrando que el aire dentro del área de impresión se encuentre a temperaturas aún mayores.

Esto ayuda a que exista una menor diferencia de temperatura entre la Tg del material, la temperatura de la cama y la temperatura del ambiente, disminuyendo así el estrés térmico y mejorando la adhesión a la cama caliente.

Hay dos aspectos de suma importancia que debes saber:

  1. Una cama caliente a una temperatura igual o mayor a la Tg del material durante toda la impresión 3D también es contraproducente, debido a que las primeras capas no estarán totalmente sólidas, por ende, las capas superiores al irse enfriando y causando las contracciones (o generando el estrés térmico) fácilmente doblará y despegará la capa que se encuentra adherida a la superficie de la cama.

    Lo más recomendable seria imprimir en 3D las primeras capas a una temperatura cercana a la Tg del material, logrando así una máxima adhesión con bajo estrés térmico, y posteriormente ir enfriando un poco la cama para conseguir que las primeras capas se solidifiquen lo bastante bien (poner la cama a una temperatura algo más baja que la Tg del material) para que así, sea más difícil que el estrés térmico causado por las capas superiores deforme y despeguen la capa adherida a la cama de impresión.

  2. Así logres adherir bien la pieza a la cama, y la misma no se deforme por warping ni cracking, de igual forma internamente en la pieza se mantendrá el estrés térmico, lo cual causa que la pieza sea más susceptible a romperse al verse sometida a esfuerzos.

    Es por eso que es altamente aconsejable practicarles un post-procesamiento térmico llamado recocido.

    El cual consiste en aplicarle calor a la pieza impresa en 3D de manera progresiva, en tiempos determinados hasta una temperatura específica, y luego dejar enfriar la pieza gradualmente de manera controlada.

    Obviamente en las impresoras 3D que cuentan con sistemas de calefacción interna este post-procesamiento no es necesario, ya que la misma impresora se comporta como un horno, por lo cual el estrés térmico es disipado por la propia impresora 3D.

Ahora me gustaría mostrarte tres impresoras 3D, las cuales ordenaré de la siguiente forma:

  1. Impresora 3D sencilla, capaz de imprimir en 3D en diversos materiales, pero al no estar cerrada será la más propensa a que los materiales impresos en ella sufran de warping y cracking.
  2. Impresora 3D que tenga un área de impresión encajonada, lo cual ayuda bastante a disminuir el warping y cracking.
  3. Impresora 3D que cuenta con una cámara de calefacción.

Veámoslas entonces a continuación:

1. Creality Ender 3 Pro
Volumen de impresión: 220x220x250mm

2. QIDI TECH X-Plus:
Volumen de impresión: 270x200x200mm

3. Makerbot Method X:
Volumen de impresión: 190x190x196mm

Cómo prevenir o disminuir el warping y cracking en la impresión 3D

1. Utilizar una cama caliente

Este es uno de los consejos más básicos, la mayoría de las impresoras 3D ya cuentan con camas calientes, lo importante es configurarla a la temperatura adecuada.

Por lo general los fabricantes de filamentos de impresión 3D te indican a que temperatura debes poner la cama caliente para prevenir el warping.

Un buen consejo es poner la cama caliente a una temperatura igual o un poco mayor a la Tg del material, posteriormente enfriar un poco la cama para que esa primera capa se solidifique bien (es recomendable en las posteriores capas dejar que la cama se enfrié 10°C o 15°C por debajo de la Tg del material).

Cómo prevenir o disminuir el warping y cracking en la impresión 3D
Cama caliente Impresión 3D

2. Limpiar bien la cama caliente

Aunque parezca un consejo muy irrelevante, la verdad es que no lo es.

Es fundamental que la superficie de la cama se encuentre limpia, para que así la primera capa de la impresión 3D se pueda adherir bien.

La grasa o suciedad evita que la primera capa se pegue adecuadamente a la superficie y por ende aumenta el riesgo de producir warping.

Muchos suelen limpiar la cama con alcohol isopropílico o etílico.

Limpieza de la cama caliente
Limpieza de la cama caliente

3. Revisar que este bien calibrado el eje Z y la cama de la impresora 3D

Es importante revisar esto, ya que de ello dependerá que la configuración de la altura de capa de la primera capa quede tal cual como la ajustamos en el slicer, de no ser así, la primera capa puede quedar muy alta (la boquilla estaría muy despegada de la cama durante la impresión 3D de la primera capa).

Lo que conllevaría a una mala adherencia a la superficie de la cama y por lo tanto aumentaría la posibilidad de sufrir warping.

Si tienes una impresora Creality Ender 3, en este artículo encontrarás como calibrar el eje-z.

4. Deshabilitar el ventilador de capa de la impresora 3D

El ventilador de capa no se suele usar para imprimir en 3D con los materiales propensos a sufrir warping y cracking, más bien tener el ventilador activado en este tipo de materiales agravaría el problema.

Por lo tanto, desactívalo!

Ventilador de capa de una impresora 3D
Ventilador de capa

5. Calibrar la altura de la primera capa

La primera capa de una impresión 3D suele ser determinante, de ella dependerá que las capas restantes queden bien, incluso muchos usuarios consideran esta capa la más importante.

Es por esto que es necesario configurar esta primera capa bien para que se adhiera de la mejor forma posible a la superficie de la cama, para que esto ocurra, es indispensable ajustar la altura que tendrá la boquilla con referencia a la cama (la altura de capa) durante la impresión 3D de la primera capa.

Una primera capa muy separada de la cama causaría mala adherencia a la superficie, lo que aumenta la probabilidad de que la impresión sufra de warping.

Una altura de capa muy pegada a la cama también tiene sus consecuencias, por ejemplo, la pieza cambia dimensionalmente durante la primera capa, se haría más grande (hacia los ejes X y Y) al estar tan aplastada (la primera capa).

También una altura de capa muy baja durante la impresión de la primera capa podría causar problemas de extrusión.

Pero por lo general, en materiales propensos a sufrir warping, la primera capa se imprime a una altura de capa más baja que la altura de capa que tendrán las capas restantes de la impresión 3D.

Por ejemplo, para el ABS se podría usar una altura de capa para la primera capa que represente el 80% de la altura de capa que se usará durante el resto de la impresión, es decir, si configuramos la impresión para una altura de capa de 0.3mm, la primera capa se imprimirá a 0.24mm, consiguiendo así mejorar la adhesión de esa primera capa a la superficie de la cama.

Para información más detallada sobre la altura de capa, te recomendamos que mires el artículo La importancia de la primera capa en impresión 3D

6. Imprimir en 3D lentamente

Esta es otra técnica que suelen aplicar los usuarios de impresoras 3D cuando van a imprimir con materiales propensos a sufrir de warping y cracking.

Básicamente consiste en imprimir un poco más lento de lo que lo harías con otros materiales que no son tan propensos a sufrir de estos problemas.

La idea es ir probando diferentes velocidades de impresión 3D hasta que encuentres un ajuste de velocidad que disminuya la predisposición del material a padecer de warping y cracking.

Por lo general se disminuye un poco la velocidad y se prueba, así sucesivamente hasta encontrar la configuración ideal.

7. Utilizar “Brim” o “Raft”

Estas son dos herramientas o funciones que nos facilitan los slicer.

El Brim es una especie de faja o borde que crea el slicer alrededor del objeto a imprimir en 3D para mejorar la adhesión de la pieza a la cama.

El Raft es una especie de cama o balsa que crea el Slicer debajo del objeto a imprimir para mejorar la adhesión de la pieza a la cama.

Ambas herramientas o funciones tienen el mismo objetivo, usar una u otra es decisión del usuario, hay personas que tienen preferencia por el Brim y otras por el Raft.

Brim y Raft en impresión 3D
Brim y Raft

8. Disminuir el “Infill” de una impresión 3D

Si la pieza a imprimir en 3D no será sometida a esfuerzos, es conveniente usar la menor cantidad de Infill posible, ya que a mayor Infill habrá mayor cantidad de material contrayéndose debido al cambio de temperatura y generando así mayor estrés térmico a la pieza, lo que se traduce como una mayor posibilidad de sufrir warping y cracking.

Diferentes valores de Infill impresión 3D
Diferentes valores de Infill

9. Usar materiales o herramientas que mejoren la adhesión del modelo a la cama

Hay materiales y/o herramientas que ayudan a los filamentos a mantener la adhesión a la cama de impresión, como por ejemplo cintas, barras adhesivas, etc.

A continuación te mostramos los más utilizados para cada filamento:

  • Filamento PLA: Cinta de pintor, barras de adhesivo, placa de vidrio, lamina de PEI, laca para el cabello.
  • Filamento ABS: Cinta Kapton.
  • Filamento PETG: Cinta de pintor, barras de adhesivo, lamina de PEI.
  • Filamento TPU: Cinta de pintor, lamina de PEI.
  • Filamento Nylon: Barras de adhesivo, lamina de PEI.
  • Filamento ASA: Barras de adhesivo, lamina de PEI
  • Filamento PC: Barras de adhesivo, lamina de PEI, adhesivos comerciales para imprimir con PC.
Materiales y herramientas que ayudan a la adhesión del modelo a la cama caliente
Materiales y herramientas que ayudan a la adhesión del modelo a la cama caliente

10. Utilización de líquidos para ayudar a la adhesión a la cama caliente

El más conocido y usado es el que se conoce como “jugo de ABS”, en ingles se conoce como “ABS juice”, se utiliza para mejorar la adhesión del ABS a la cama caliente.

Consiste en mezclar acetona pura con ABS, el ABS termina disolviéndose en la acetona y obtenemos el famoso “jugo de ABS”.

Dicho jugo lo depositamos y distribuimos en la cama de impresión, para luego empezar a imprimir en 3D.

Como desventaja, es que a veces suele ser difícil despegar la pieza de la cama, y también suele ser algo más trabajoso limpiar la cama después de imprimir en 3D.

Hay otros experimentos realizados por makers que se han vuelto bastante virales.

Uno de ellos es mezclar agua con azúcar, esta mezcla pegajosa también ayuda a mejorar la adhesión de las piezas a la cama de impresión.

Otro experimento es el uso de gelatina, se le conoce en inglés como “Jello Solution”.

Consiste en mezclar una parte de gelatina por diez partes de agua.

La gelatina debe ser sin sabor.

Estos otros experimentos se aplican de igual forma que el “jugo de ABS”, se deposita en la cama de manera uniforme antes de empezar a imprimir.

¡Si has experimentado algunas de estas técnicas, cuéntanos en los comentarios!

Jugo de ABS
Jugo de ABS

11. Diseños 3D con bordes redondeados y aplicar adhesivo

Las superficies redondas son estructuralmente mejores para soportar el estrés térmico, por lo cual ayuda a prevenir el warping.

Lo que se busca con esta técnica es diseñarle a las piezas impresas en 3D unas bases de soporte redondeadas, a las cuales adicionalmente le pondremos cinta adhesiva en plena impresión 3D para ayudar a que no se despegue la pieza de la cama.

Diseño 3D con bordes redondeados
Diseño de esquinas redondeadas

Una vez finalizada la impresión 3D, se retira la cinta adhesiva, se despega la pieza de la cama, y se cortan los soportes redondeados creados por nosotros.

Tips para prevenir warping
Cinta adhesiva sobre los bordes redondeados

12. Arreglos caseros para evitar el warping y cracking

Hay varias modificaciones o arreglos que puedes hacerle a tu impresora 3D que pueden ayudar a prevenir el warping y cracking, me gustaría hablarte de 3 modificaciones en específico.

1. Cerrar tu impresora 3D

Esta primera modificación consiste en cerrar tu impresora 3D, claro esto solo es aplicable si tu impresora es abierta de fábrica.

Cerrar la impresora 3D ayuda a que el calor se mantenga dentro de la impresora y por lo tanto el aire estará a una mayor temperatura y también prevendrá a que corrientes de aire frio afecten negativamente la impresión 3D.

Todo esto conlleva a menores cambios de temperatura, lo cual es igual a menor estrés térmico y menores probabilidades de producir warping y cracking.

Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D
Encerramiento casero de una impresora 3D

2. Colocar corcho debajo de la cama de impresión

Hay impresoras 3D a las que le cuesta que la cama caliente alcance mayores temperaturas.

Esto se aprecia más en lugares donde la temperatura ambiente es más fría. Es decir, puede ser que tu impresora teóricamente este diseñada para ser capaz de alcanzar una temperatura de 100°C en la cama caliente, pero por efectos climáticos tu impresora 3D o no logre alcanzar esa temperatura o tarde mucho en alcanzarla.

Una manera de mejorar esto es colocar láminas de corcho debajo de la cama caliente.

El corcho es buen aislante térmico, por lo que la energía calorífica generada por la cama caliente no se disiparía tanto por la parte inferior de la cama, y en realidad esto nos interesa, pues no nos conviene que la parte inferior de la cama intercambie calor con el ambiente.

Esta solución ayuda a que la cama caliente alcance la temperatura para la que fue diseñada más rápido, e incluso a veces logra alcanzar temperaturas un poco mayores.

Esto obviamente ayuda a configurar la temperatura de la cama adecuadamente para poder así prevenir el warping y cracking.

Láminas de corcho en cama caliente
Láminas de corcho en cama caliente

3. Colocar bombillas que generen calor en tu impresora 3D

Esta última modificación consiste en colocar dentro del área de impresión, bombillas que ayuden a generar calor dentro de la impresora 3D.

Aparte de esto, también tendrás la ventaja de contar con una mejor iluminación.

Bombillas dentro de una impresora 3D
Bombillas dentro de una impresora 3D

4. Sensores de nivelación en una impresora 3D

Los sensores de nivelación en una impresora 3D ayudan con la nivelación de la cama, a pesar de que nivelar la cama es un trabajo que se puede hacer de manera manual, los sensores de nivelación mejoran y simplifican esta tarea.

Al contar con un sensor de nivelación se cuenta con una nivelación más precisa, lo que conlleva a que la primera capa se imprima con la altura de capa exacta que configuramos en el slicer, lo que implica una mejor adhesión y una menor probabilidad de sufrir warping durante la impresión.

A continuación, puedes encontrar el kit de sensor de nivelación en Amazon.

5. Utilizar una cámara de calefacción

Ya hablamos de las ventajas de contar con una cámara de calefacción, bien sea que construyas la tuya propia (lo cual es ciertamente trabajoso), o compres una impresora 3D que incorpore una (lo cual sabemos es costoso).

La realidad es que una cámara de calefacción en conjunto con una cama caliente suelen ser la mejor combinación para prevenir el warping, el cracking e incluso reducir al máximo el estrés térmico de las piezas impresas en 3D.

Conclusiones sobre el warping y el cracking

El warping y cracking son problemas bastante frecuentes y hay filamentos que están más predispuestos a padecer de estos efectos.

Esto está directamente relacionado a los siguientes valores:

  • CLTE (coeficiente lineal de dilatación térmica)
  • Tg (temperatura de transición vítrea)
  • El módulo de Young.

Mientras mayores sean estos valores, más propenso será el filamento de impresión 3D a sufrir de warping y/o cracking.

Existen diversos métodos para combatir estos efectos, los cuales van desde ajustar parámetros de impresión 3D, modificaciones de la impresora 3D, hasta llegar a adquirir impresoras 3D profesionales especializadas en imprimir 3D con materiales propensos a sufrir warping y cracking.

Si te preguntas ¿Pero porque quiero imprimir en 3D con estos materiales? La respuesta es que estos filamentos suelen tener mejores propiedades térmicas y mecánicas.

También existen fabricantes de filamentos que se han encargado de modificar los filamentos de impresión 3D para que estos sean más fáciles de imprimir en FDM.

Por ejemplo, los materiales compuestos con fibra de carbono o fibra de vidrio suelen ser menos propensos a sufrir estas deformaciones, ya que el material de refuerzo (la fibra de carbono o la fibra de vidrio) posee menor CLTE, lo cual aporta estabilidad dimensional al material base (PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon, ASA, PC).

Como desventaja, para imprimir en 3D con estos tipos de filamentos (compuestos con fibra de carbono o fibra de vidrio) es necesario utilizar boquillas resistentes a la abrasión (normalmente boquillas de acero inoxidable).

Otro ejemplo de filamentos modificados para hacer que sean más fáciles de imprimir por FDM es el filamento PolyMide CoPA, está compuesto por Nylon y fue diseñado para que no sea tan propenso a padecer de warping.

Obviamente tiene sus desventajas en comparación a otros Nylon, por ejemplo el PolyMide CoPA tiene un Tg de 67°C, un Nylon normal suele tener un Tg aproximado de 88°C, es decir que el PolyMide CoPA es menos resistente a la temperatura.

En conclusión, la manera de controlar el warping y cracking se basa en mejorar la adhesión de la primera capa a la cama de impresión 3D, y a su vez, es necesario controlar el estrés térmico causado por los cambios de temperatura.

Recuerda que es posible evitar el warping mejorando la adhesión a la cama, pero eso no implica que estarías eliminando el estrés térmico interno de la pieza impresa, por lo tanto, es posible que se fracture más fácilmente al ser sometida a esfuerzos.

Para reducir el estrés térmico si no imprimes con una impresora 3D que cuente con cámara de calefacción, lo aconsejable es aplicar posteriormente un recocido a la pieza impresa para eliminar el estrés térmico.

Saludos.

¡Hasta pronto Machine Bros!

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