Si eres seguidor de este blog, seguramente conozcas la tecnología detrás de las impresoras 3D FDM. Si es así, estoy seguro de que en este artículo podrás aprender alguna cosa nueva que te hará comprender mejor cómo funcionan estas máquinas, pero si no conoces las piezas que las componen ¡No te preocupes!
En este artículo te enseñaremos las principales partes que componen una impresora 3D, así como también algunos consejos para identificar los mejores componentes para tu impresora y para tu bolsillo.
🤔 ¿Qué partes tiene una impresora 3D?
Todo se entiende mejor con un dibujo, así que hemos hecho un diagrama con algunos de los componentes principales de una impresora 3D:
Estos componentes se pueden clasificar en diferentes sistemas, que influyen en la calidad y la fiabilidad de una impresora 3D:
- La estructura, que marca la rigidez de la impresora y las vibraciones que sufrirá cuando imprima
- La mecánica (ejes, motores, husillos, correas…) que determina cómo de bien se mueve la impresora
- La extrusión (fusor y extrusor/empujador) que influye en lo continuo y controlado que es el flujo de material para la pieza.
Con esos tres subsistemas controlados se obtienen los mejores resultados en impresión 3D, y de eso es de lo que te hablamos a continuación.
💪 La estructura
La primera parte y la más grande es la estructura. Con estructura nos referimos a todas las piezas que conforman la base de la impresora, y sobre la que se colocan todos los demás elementos.
Tal vez te resulte obvio, pero una buena estructura es un aspecto totalmente esencial y fundamental para obtener buenos resultados en nuestras impresiones, porque determina la rigidez de la impresora.
Tablones de MDF
Históricamente, cuando comenzó el movimiento de las impresoras 3D open source, cada uno se hacía la estructura de su impresora 3D con lo que podía manufacturar. La mayoría de la gente tenía a mano herramientas para cortar y, hasta cierto punto mecanizar, tablones de madera (habitualmente MDF). Posteriormente estos paneles de MDF eran ensamblados con tornillos o pegamento. Como podrás imaginar, estas estructuras de madera no eran especialmente apropiadas, ya que una mecanización imprecisa de las partes lleva a que exista “juego” o holgura desencadenando todo tipo de artefactos y errores en las piezas impresas.
Paneles de metacrilato
A día de hoy, el uso de este tipo de estructuras ha quedado en desuso, y su sucesor han sido las estructuras de paneles de metacrilato, como por ejemplo de la archiconocida Anet A8. Este tipo de paneles, si bien suelen estar mecanizados con bastante precisión, siguen siendo una opción subóptima para la estructura de tu impresora. Por un lado, el material en sí mismo no es tan rígido como sería deseable, y además estos paneles tienen que ensamblarse por tornillos y tuercas encajadas en ranuras en los paneles. Estas estructuras carecen de la rigidez y estabilidad deseadas y por lo tanto las desaconsejamos.
Perfiles de aluminio
Las estructuras más de modas hoy en día, gracias a Creality y su abrumadora gama de productos, son las estructuras formadas por perfiles de aluminio. Esta opción es una de las más óptimas, ya que los perfiles se pueden ensamblar de manera muy cómoda utilizando muy pocos tornillos. Además, la precisa mecanización de estos perfiles hace que no exista prácticamente ninguna holgura en nuestra estructura. Por si fuera poco, los perfiles de aluminio son una opción bastante barata, por lo que son una opción muy recomendada.
Por ejemplo, la impresora Ender 3, una de las más famosas y exitosas de 2020, es un ejemplo de impresora de perfiles de aluminio muy rígida.
Opciones premium
Las opciones más premium incluyen chasis de plástico por inyección, estructuras de acero cortado a láser, paneles de chapa doblada y multitud de soluciones que habitualmente sólo tienen sentido en el contexto de una impresora de gama alta. Habitualmente estas estructuras no resultan en una mayor rigidez que las que se construyen con perfiles de aluminio, pero tienen otras ventajas como la estética o la capacidad de personalización.
Estructuras híbridas
Existen también impresoras con una estructura híbrida con paneles cortados a medida en algunas piezas (habitualmente el marco que contiene el eje Z y el X) y perfiles formando el carro del eje Y para abaratar el coste total. Este es el caso de impresoras como la Prusa i3 MK3, y suelen resultar en impresoras de un coste no muy elevado y una rigidez estructural óptima.
🏃♂️ Movimiento
En este apartado cubriremos las piezas necesarias para guiar el movimiento en nuestra impresora. Como bien sabrás, para poder imprimir, la impresora debe desplazar el cabezal para poder abarcar todo el plano XY de impresión y el eje Z que nos permite imprimir capa tras capa. Para esto existen diferentes soluciones que explicamos a continuación.
Varillas lisas y rodamientos
Las varillas lisas son, en la mayoría de los casos el elemento que guía las piezas móviles de nuestra impresora. Se trata de una simple varilla, habitualmente de 8mm de diámetro, por la que se deslizan las piezas montadas en rodamientos de bolas de tipo LM8UU. Como en todo en la vida, hay mucha calidades para estos componentes. Las varillas por norma general suelen ser de una calidad aceptable incluso aunque sean baratas. Es muy importante que te asegures que las varillas son de buen material, aunque la mayoría de las que se venden actualmente lo son. Acero inoxidable o acero cromado son buenas opciones en calidad-precio.
Con respecto a los rodamientos, la variedad es mayor que en las varillas. Existen de todas las calidades, desde rodamientos de pésimo rendimiento vendidos en lotes en Aliexpress, hasta casquillos de alta calidad como los de la marca IKO. Aunque a simple vista todos los rodamientos parecen iguales, existe bastante diferencia tanto en precio como en desempeño. Los rodamientos más baratos los encontraremos en impresoras de baja calidad, normalmente procedentes de china. Estos rodamientos, si bien probablemente funcionen, es muy probable que hagan mucho más ruido de lo que debieran, además de es más fácil que arañen las varillas y causen atascos a la larga. Recomendamos evitar el uso de rodamientos de baja calidad, y optar al menos por rodamientos de calidad media.
Otra opción son los casquillos de polímero, como los IGUS, que no necesitan lubricación de ningún tipo. Además, al no tener las pequeñas bolitas que caracterizan a los LM8UU, son mucho más silenciosos. Estos casquillos son una muy buena opción por su precio moderado y su buen desempeño, aunque pueden dar algún problema ya que son algo más difíciles de montar apropiadamente.
Guías lineales
En las impresoras más premium solemos encontrar que, en vez de varillas y rodamientos, las piezas se desplazan sobre guías lineales. Estas guías son bastante más caras, pero también suelen dar un resultado ligeramente mejor. En general, esta opción puede repercutir de manera positiva en el rendimiento de la impresora si el resto de la máquina es de buena calidad y está muy bien ajustado. Para máquinas de gama media o baja, el sobre precio de las guías lineales no compensa, ya que deberíamos invertir antes en mejorar otros aspectos con más impacto en la calidad final de las impresiones. No creáis que añadir guías lineales a una Anet A8 mejorará sustancialmente su rendimiento.
Perfiles de aluminio y ruedas excéntricas
La mayoría de impresoras que usan como estructura perfiles de aluminio no utilizan varillas y husillos. En lugar de ello, hendiduras en el perfil actúan como varillas, que guían el movimiento de unas ruedas excéntricas. Esta solución es muy ingeniosa, ya que ayuda aún más a reducir el coste estructural.
Este perfil se suele llamar perfil Vslot, porque tiene unas ranuras en V por las que puede circular una rueda de goma con un rodamiento.
De esta manera, marcas como Creality con su serie CR tiene impresoras top ventas como la CR10 con un precio muy bajo y unas prestaciones muy adecuadas. Este precio tan bajo se consigue en parte gracias al ahorro en componentes estructurales. El único inconveniente de este sistema es que estas ruedas tienden a aflojarse, por lo que requieren ser ajustadas de vez en cuando. Además, encontrar el punto óptimo de apriete de las ruedas puede ser complicado.
Correas
En todos los casos anteriores, se emplean correas para transmitir el movimiento del motor al elemento móvil, ya sean casquillos, patines de guía lineal o ruedas excéntricas. Estas correas pueden ser de calidades muy diversas y no conviene escatimar en este apartado.
Las correas más baratas que podemos encontrar suelen tener un gran componente de goma de baja calidad, con lo que presentan cierta elasticidad. Esto es justo lo que queremos evitar, así que debemos usar correas de una mayor calidad. Es muy común ver impresoras con ghosting o artefactos en la impresión debido a una mala tensión de las correas, y es bastante habitual que las correas malas no puedan tensarse en condiciones, o pierdan su tensión en muy poco tiempo. Existen opciones muy interesantes, algunas de ellas más premium como las vendidas por E3D, reforzadas con fibra de vidrio.
Husillos
El movimiento del eje Z se produce en casi todas las impresoras mediante husillos trapezoidales. Existen diferentes calidades, pero en casi ninguna impresora los husillos son un cuello de botella para el rendimiento.
Una opción que sí suele mejorar la calidad de las piezas finales, es el uso de motores con husillo incorporado. Estos motores llevan el husillo acoplado, evitando el uso de acopladores que pueden llegar a causar problemas como el wobble o el bandeo en el eje z. Algunas máquinas muy grandes y que buscan la robustez emplean husillos de bolas y de mayor diámetro.
⚙️ Extrusión
La extrusión es el componente que muchos consideran la parte más importante de una impresora 3D. Si bien esto es discutible, lo que no se puede negar es que habitualmente la extrusión es una de las piezas que hace cuello de botella. Es común ver impresoras donde el resto de componentes funcionan adecuadamente pero se obtienen resultados insatisfactorios (o no se obtienen resultados) por algún fallo de extrusión. En general, se engloba en “extrusión” el extrusor propiamente dicho y el fusor. Ambas partes son esenciales, y debemos poner la máxima calidad que nuestro bolsillo
En lo que al fusor se refiere al fusor, está formado normalmente por un disipador, una garganta o barrel y finalmente el bloque calentador con el nozzle. De todos estos elementos, si tuviéramos que priorizar alguno de ellos, para ahorrar en el resto, serían la garganta y el nozzle. Recomendamos comprar la garganta o barrel y el nozzle de la mejor calidad, por ejemplo E3D o Microswiss, ya que la diferencia con los clones baratos que podemos encontrar en Aliexpress es enorme
El extrusor en sí es el conjunto de piezas que transmiten el movimiento del motor al filamento, empujándolo hacia el fusor. Es una pieza clave, pero la mayoría de impresoras suelen traer un extrusor que es suficiente si no queremos imprimir materiales flexibles. Aún así, una de las mejores inversiones para nuestra impresora es actualizar el extrusor a un Bondtech o un E3D Titan, ambos de gran calidad y muy buen rendimiento.
Ya hemos hablado de extrusión en Bitfab, puedes revisar nuestro artículo o escuchar la opinión de Juan de 3DEspana (conocido como Campy), que es una de las personas que más saben de impresión 3D en España y ha hecho este vídeo súper técnico sobre todos los tipos de extrusores y fusores que existen en el mercado:
⚡️ Electrónica
En este apartado englobamos todos los componentes electrónicos como los motores, la cama, los sensores o la placa base, siendo el último el más relevante y del que más te vamos a hablar.
Inicialmente todas las impresoras eran controladas por una placa compuesta por una RAMPS y un Arduino, ambas placas de propósito general. Con el tiempo, se han desarrollado placas específicas para impresoras 3D, y cada marca tiene su propia placa.
La mayoría de placas tienen una calidad suficiente, y las únicas diferencias que notaremos como usuarios están en los drivers. Estos drivers son los componentes que se encargan de suministrar la potencia necesaria a los motores, y los hay de muchos tipos, siendo los mejores y más modernos los Trinamics. Dentro de esta gama hay muchos modelos, pero la mayoría de ellos nos proporcionan ventajas como un ruido mucho menor (de verdad, mucho mucho menor), la capacidad de funcionar sin finales de carreras o la habilidad de detectar choques o atascos. Si podéis permitíroslo y vuestra impresora tiene una placa con drivers intercambiables, invertid en unos drivers trinamics. Unos básicos como los 2208 supondrán una enorme mejora en el ruido de vuestra impresora.
Las opciones premium como la DUET, aportan ventajas como control online o procesador de 32 bits, pero a no ser que os sobre el dinero, no son una inversión necesaria
El resto de componentes electrónicos son menos críticos, ya que en el caso de los motores por ejemplo, casi ninguna impresora necesita unos motores mejores que los que trae de serie.
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Si la respuesta es sí, no dudes en dejarnos un comentario, ya que de esta manera sabremos qué tipo de contenido es el que más os gusta y podremos continuar en esa línea. Ya has visto que hay muchos elementos que no hemos tocado, como algunos componentes electrónicos, y que podríamos entrar más en profundidad en temas como la extrusión.
Sin duda ahondaremos más en estos temas en artículos futuros, ¡Así que síguenos para estar al tanto de nuestras nuevas publicaciones!
Muy interesante el artículo! Lo cierto es que a veces gastar un poco más y fijarse en estos detalles antes de comprar tu impresora 3d hace que luego te ahorres algunos dolores de cabeza.
Gracias por el aporte.
Un saludo
Hola. Un artículo muy interesante. Estoy empezando en este mundillo y me asaltan las dudas a cada paso que doy. Me ha gustado la manera en que explicáis los conceptos e intentaré estar al día con vuestras publicaciones y seguir aprendiendo. Ahora seguiré leyendo más, sobretodo de los componentes y sobre los posibles problemas que puedan ir surgiendo. Un saludo!
Muy interesante el artículo para los que nos iniciamos en este mundillo. Muchas gracias.
Interesante explicación, quisiera armar mi propia impresora 3d, consiguiendo cada uno de sus componentes y fabricando los que se pueda como la estructura, agradezco más información, gracias
Muy interesante todo el reporte. Me es de mucha utilidad. Quería consultar si me pueden asesorar ya que estoy diseñando mi impresora. En mi experiencia de las impresoras usadas, la cama en voladizo baja mucho la precisión. Estoy pensando en generar el movimiento, y e Y con sistema core, y el movimiento en Z también con el sistema core , es decir con poleas y correas directamente al motor, lo que mantiene perfectamente la planitud de la cama. La consulta es que opinan sobre esto ya que el peso de la cama estará suspendido por correas , y guiado por 4 columnas.
Totalmente de acuerdo en tener una cama lo más rígida posible.
No tengo experiencia con la solución de la que hablas, es una solución poco habitual y creo que puede ser bastante complicado de implementar. Los sistemas más comunes con husillo no tienen porque tener una cama en voladizo.
Suerte con el proyecto.