¿Cómo afecta la orientación de la pieza a una impresión 3D?

¿Alguna vez te has preguntado cómo influye la orientación de la impresión 3D en el acabado o las propiedades de la pieza?

En algunos modelos la orientación puede ser muy obvia, puesto que el propio diseñador del modelo lo dispone en la orientación optima. En otros casos no tenemos tanta suerte, y el modelo está en una orientación que no resulta apropiada para su impresión.

¿Quieres aprender cómo orientar tus piezas para obtener el mejor acabado superficial? ¿O tal vez prefieras una mayor resolución en ciertas partes del modelo? ¿Estás buscando la orientación que maximice la resistencia del modelo? Pues si la respuesta es sí, quédate porque todo esto y más te lo vamos a contar hoy, en Bitfab.

La importancia de la orientación

Antes que nada, puede que te estés preguntando por qué es importante encontrar una orientación apropiada. ¿A caso no podemos imprimir una pieza en cualquier orientación? Pues bueno, técnicamente sí, podríamos imprimir una pieza en cualquier orientación, pero tal vez no sea la mejor opción elegir una opción arbitraria.

La orientación de la pieza puede influir mayormente en varios factores que te vamos a detallar:

  • El acabado superficial
  • La «resolución» de la pieza, o su nivel de detalle
  • La resistencia

Según el apartado en el que queráis centraros, deberéis escoger una orientación u otra. A continuación os vamos a dejar unos pequeños consejos para que podáis tomar la decisión más apropiada.

Mejor orientación para mejorar el acabado superficial

El acabado de nuestras piezas dependerá mayormente de dos factores: la geometría de la pieza y la cantidad de soportes necesarios.

Todos comprendemos que los soportes, si bien se pueden ajustar para que resulten lo menos molestos posible, siempre dejarán alguna marca en nuestro modelo. A su vez, podemos aumentar el umbral de voladizos sin soportar, es decir, dejar voladizos más agudos sin soporte. En función de la ventilación de capa de nuestra impresora el límite para estos voladizos estará entre los 45 y los 75 grados.

Existen piezas como ésta que os ayudarán a encontrar el ángulo límite de vuestra impresora. Nosotros vamos a usar este modelo para enseñaros cómo una orientación apropiada puede mejorar la calidad superficial de una pieza al reducir o eliminar la necesidad de soportes o voladizos.

Como podéis ver, al elegir la orientación de la izquierda, estamos forzando a que nuestra pieza tenga ángulos muy pronunciados, que probablemente necesitarán soportes. Aunque no usemos soportes, como hemos hecho nosotros, el acabado obtenido en esa zona es muy pobre.

Por el contrario, al imprimir la pieza tal y como se ve en la izquierda, no hay ningún voladizo, ya que la pieza está tumbada y todas las paredes son perpendiculares a la cama, no necesitando soportes ni abusando de los voladizos. Los resultados los podéis ver vosotros mismos.

Mejor orientación para obtener mejor nivel de detalle

Para comprender este punto es importante recordar la «resolución» o nivelo de detalle que nuestra impresora puede alcanzar en cada eje.

En el plano XY, es decir, el horizontal, nuestra impresora se ve limitada por el tamaño de nuestra boquilla. Al fundir el plástico a través del nozzle, el ancho de la línea extruida será aproximadamente igual al ancho de nozzle en sí. Podemos ampliar o reducir ligeramente el ancho de la línea en nuestro laminador, pero siempre deberá ser un valor cercano al ancho de la boquilla.

Resultado de imagen de line width 3d printer

Esto significa que una boquilla de 0.4mm no podrá imprimir líneas mucho más finas que 0.4mm, por lo que la resolución en el plano XY está limitada por este factor. Cualquier parte de nuestro modelo que ocupe menos de este ancho de línea en el plano horizontal será totalmente omitida por el laminador, desapareciendo del modelo final.

Si queréis saber más sobre cómo afecta el tamaño de la boquilla y el ancho de extrusión, os dejamos un vídeo de Prusa donde lo explican muy bien.

En el eje vertical o eje Z, la resolución se verá limitada por la altura de capa que escojamos. La buena noticia es que la mayoría de impresoras domésticas pueden imprimir con alturas de capa tan pequeñas como 0.07mm, lo que es unas 6 veces más resolución que la que podríamos obtener en el eje horizontal con una boquilla de 0.4mm.

Es por esto que nuestro objetivo es orientar la pieza de manera que los detalles más pequeños se sitúen a lo largo del eje vertical. Esto puede entrar en conflicto con el punto anterior, ya que una orientación donde los detalles se sitúen a lo largo del eje Z puede implicar mayor cantidad de soportes por lo que es aquí donde deberemos encontrar un compromiso entre ambos factores.


En el ejemplo que os enseñamos podemos ver claramente que al orientar el modelo verticalmente, las zonas con mas detalle como la cara o la barba conservan mucho más detalle, que desaparece totalmente en el modelo horizontal.

Mejor orientación para maximizar la resistencia

Las piezas impresas en 3D siempre van a ser más frágiles a lo largo del eje vertical o eje Z que en el plano horizontal. Esto se produce porque la adherencia entre capas siempre es inferior que la adherencia entre líneas de una misma capa.

Si tenéis curiosidad sobre la certeza de este hecho, podéis daros una vuelta por el canal de Youtube de CNC Kitchen. En muchos de sus vídeos podréis encontrar comparativas de resistencia entre piezas impresas de manera horizontal y vertical. Los resultados varían en función del material, la temperaturas y otros parámetros de impresión, pero por norma general las piezas siempre tienden a partirse entre capas.

Es por esto que para encontrar la posición óptima para un modelo 3D si queremos maximizar la resistencia deberemos pensar primero en qué fuerzas va a sufrir nuestra pieza. Una vez localizada la dirección en la que se va a producir el esfuerzo, deberemos orientar nuestra pieza para que la fuerza se aplique de manera perpendicular a las capas, es decir, que las capas estén dispuestas de manera que la fuerza no tienda a delaminar la pieza (a separar las capas)

Os dejamos un vídeo de Maker’s Muse donde se hace un pequeño estudio sobre la mejor orientación para imprimir una pieza de manera que esta aguante mejor los esfuerzos en una dirección dada

Conclusiones

En este artículo nos hemos explicado algunos de los factores a tener en cuenta al orientar vuestros modelos para impresión en 3D. Como nos gusta dejar las cosas claras, aquí tenéis una pequeña lista con los consejos más importantes:

  • La impresión 3D necesita soportes para imprimir ciertas regiones con voladizos muy pronunciados. Intenta posicionar tu modelo de manera que minimices la necesidad de soportes, así mejoraras el acabado superficial de tus piezas.
  • Las piezas impresas en 3D con impresoras FDM tienen siempre una resistencia inferior en el eje Z (vertical) que en X o en Y (horizontales). Esto ocurre porque la adhesión entre capas es siempre inferior a la adhesión entre líneas de una misma capa. Orienta tu modelo para que la pieza final sea resistente a esfuerzos en la dirección que más te convenga.

Ahora que ya conoces estos consejos, ¿Estás listo para imprimir? ¡Déjanos en los comentarios cualquier duda que puedas tener o los modelos que hayas impreso siguiendo nuestros consejos!

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