¿Qué es el modelado por deposición fundida?

La tecnología de impresión 3D por modelado por deposición fundida (FDM) , también conocida como fabricación por filamento fundido (FFF), es una de las tecnologías de fabricación aditiva más populares. Es, con diferencia, la tecnología de impresión 3D más popular y extendida del mundo.
Esta tecnología surgió en 2004 y desde entonces se ha popularizado en diversos campos, y sus aplicaciones también han abarcado diversos ámbitos.
En este artículo explicaremos qué es exactamente esta tecnología.

¿Qué es el modelado por deposición fundida?

Para muchas personas, las impresoras 3D FDM suelen ser el primer paso en el mundo de la impresión 3D . En diseño, ingeniería y fabricación, se utilizan a menudo como herramienta para validar rápidamente modelos conceptuales y ayudar a los equipos de diseño a llegar a un consenso antes de desarrollar prototipos funcionales.

Existen muchos tipos de impresoras 3D FDM, con diferentes tamaños y precios. La sencillez de su tecnología de impresión y flujo de trabajo las convierte en una opción ideal para quienes se inician en la impresión 3D, sin necesidad de una gran inversión inicial. Sin embargo, cabe destacar que las impresoras FDM suelen sacrificar la calidad y el rendimiento de las piezas. Para aquellos usuarios con mayores exigencias en cuanto a rendimiento funcional, resistencia al agua y superficies isotrópicas o lisas, las impresoras 3D SLA y SLS pueden ser una mejor opción.

¿Cómo funciona la impresión 3D FDM?

Una de las razones por las que el modelado por deposición fundida es una de las tecnologías de impresión 3D más comunes es la simplicidad del proceso. El proceso FDM se puede dividir en los siguientes pasos.

Paso 1: Diseño CAD
El primer paso es el proceso de diseño, que consiste en crear un modelo digital 3D utilizando software de diseño asistido por ordenador (CAD). El proceso de diseño define el tamaño y la forma del producto impreso en 3D.

Paso 2: Cortar en rodajas

Una vez finalizado el diseño CAD, se utiliza un software especializado para dividir el modelo 3D en capas finas. Cada capa se convierte en un código que indica a la impresora 3D cómo depositar el material.

Paso 3: Licuar

El diseño CAD segmentado se envía a una impresora 3D FDM, donde un filamento sólido (generalmente acrilonitrilo butadieno estireno o ácido poliláctico) se calienta hasta el punto de licuefacción en un cabezal licuador.

¿Cuáles son las ventajas de la tecnología FDM?

Las ventajas del modelado por deposición fundida (FDM) se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

• Bajo coste: El equipo es relativamente asequible y el coste de los materiales es bajo, lo que lo hace adecuado para el consumo masivo y una amplia aplicación.
  Fácil de usar: tecnología consolidada, fácil de manejar para los usuarios, ideal para familias, escuelas y pequeños estudios.
• Diversidad de materiales: Admite una variedad de materiales termoplásticos, como PLA, ABS, etc., y puede elegir el material adecuado según sus necesidades.
• Respetuoso con el medio ambiente: Al utilizar materiales no tóxicos o de baja toxicidad, tiene un impacto mínimo en el medio ambiente y la salud humana.
• La estructura de soporte es fácil de diseñar: cuando se requiere una estructura de soporte, su diseño es relativamente sencillo y su eliminación también.
• Tamaño de impresión flexible: El tamaño de impresión se puede ajustar según las necesidades para adaptarse a diferentes escenarios de aplicación.

¿Cuáles son las limitaciones de la FDM?

Las desventajas del modelado por deposición fundida (FDM) incluyen principalmente los siguientes aspectos:

1. Precisión limitada: Debido a las limitaciones impuestas por el diámetro de la boquilla y el grosor de la capa, la precisión de impresión es relativamente baja.
2. Requiere estructuras de soporte: Al imprimir estructuras complejas o suspendidas, suele ser necesario añadir estructuras de soporte, lo que aumenta la carga de trabajo del posprocesamiento.
3. Resistencia débil en la dirección de apilamiento: Dado que los objetos se apilan capa por capa, la resistencia en la dirección de apilamiento suele ser débil.
4. Velocidad de moldeo relativamente lenta: En comparación con otras tecnologías de impresión 3D, la velocidad de moldeo de FDM es lenta.
5. Calidad superficial media: La superficie del objeto impreso puede presentar capas o irregularidades.

¿Cómo se compara la tecnología FDM con SLA y SLS?

A continuación se presenta un análisis comparativo de las tecnologías FDM, SLA, SLS y SLM:

Análisis comparativo entre FDM y SLA (estereolitografía):

• Calidad de la superficie: La tecnología SLA utiliza la solidificación láser de resina líquida para construir objetos capa a capa, lo que da como resultado una superficie generalmente más lisa y con una textura más delicada. Actualmente, los procesos tradicionales de conformado láser permiten la fabricación rápida de productos de alta calidad. En cambio, debido a que la tecnología FDM utiliza material termoplástico fundido que se acumula capa a capa, esto puede generar texturas o pequeñas irregularidades en la superficie.
• Costo: En comparación con FDM, el costo de los equipos y materiales necesarios para la tecnología SLA suele ser más elevado. Dado que SLA se basa en equipos láser de alta precisión y resina líquida, FDM se basa principalmente en una tecnología de extrusión por fusión en caliente relativamente sencilla y materiales termoplásticos.

Análisis comparativo entre FDM y SLS (sinterización selectiva por láser):

• La tecnología SLS utiliza láser para sinterizar materiales en polvo y formar objetos. Esta unión natural entre los polvos elimina la necesidad de estructuras de soporte adicionales al imprimir estructuras complejas. En cambio, cuando la tecnología FDM requiere imprimir estructuras suspendidas o complejas, para garantizar una impresión de alta calidad, se suelen añadir estructuras de soporte. Por lo tanto, SLS ofrece mayores ventajas en la impresión sin soportes.
• En cuanto a la selección de materiales: si bien tanto FDM como SLS pueden admitir una variedad de materiales diferentes, SLS generalmente puede manejar una mayor variedad de materiales en polvo, incluidos algunos polímeros de alto rendimiento y polvos metálicos (aunque la impresión SLS de polvos metálicos es costosa y técnicamente compleja).

Análisis comparativo entre FDM y SLM (fusión selectiva por láser):

• Sobre la adaptabilidad de los materiales: la tecnología FDM se utiliza principalmente para imprimir productos plásticos, como PLA, ABS, etc. La tecnología SLM utiliza principalmente láseres para fundir polvo metálico y formar objetos. Por lo tanto, esta tecnología es especialmente adecuada para la producción de piezas metálicas. SLM ha demostrado sus ventajas insustituibles en estos campos debido a sus requisitos de alta resistencia, alta dureza y alta resistencia a la corrosión.
• En distintos escenarios de aplicación, debido a las diferencias en la adaptabilidad de los materiales, existen diferencias evidentes en los usos de FDM y SLM. FDM es más adecuada en muchos campos, como la creación de prototipos, las pantallas educativas y el diseño de productos; SLM es más adecuada en los sectores aeroespacial y médico.

¿Qué materiales se utilizan en la impresión FDM?

La impresión FDM (Modelado por Deposición Fundida) utiliza principalmente los siguientes tipos de materiales:

Material	Características	Aplicar
PLA (ácido poliláctico)	Ecológico y biodegradable, buena biocompatibilidad, baja contracción, fácil de imprimir, pero poca resistencia al calor.	Educación, creación de prototipos, decoración del hogar, juguetes, etc.
ABS (copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno)	Alta resistencia, buena tenacidad, buena resistencia al calor y a los productos químicos, pero fácil de deformar durante la impresión.	Prototipado para automoción, electrónica, aeroespacial, juguetes, etc.
PETG	Alta resistencia, buena tenacidad, alta transparencia, mejor resistencia química y al calor que el PLA, y dificultad de impresión moderada.	Embalaje, contenedores, piezas transparentes, creación de prototipos, etc.
PC (Policarbonato)	Alta resistencia, alta tenacidad, excelente resistencia al calor y al impacto, pero difícil de imprimir.	Electrónica, repuestos para automóviles, equipos de protección de seguridad, etc.
PC-ABS	Combinando las ventajas del PC y el ABS, tiene alta resistencia, alta tenacidad, resistencia al calor y resistencia química.	Automoción, aeroespacial, electrónica y otros sectores exigentes.
PPSF (Polifenilsulfona)	Resistencia al calor extremadamente alta (alta temperatura de deflexión térmica), buena resistencia química y excelentes propiedades mecánicas.	Componentes para entornos de alta temperatura, equipos de procesamiento químico, componentes aeroespaciales, etc.
Nylon 12	Gran tenacidad, buena resistencia química, alta resistencia a la fatiga, soporta pruebas de ajuste de rotura repetidas.	Industrias aeroespacial, automotriz, de bienes de consumo y otros componentes que requieren alta resistencia y resistencia química.

¿Cuáles son las mejores aplicaciones para FDM?

Las aplicaciones de FDM (modelado por deposición fundida) incluyen principalmente los siguientes aspectos:

1. Prototipado: La tecnología FDM se utiliza a menudo para producir rápidamente prototipos de productos, lo que ayuda a los diseñadores e ingenieros a verificar los conceptos de diseño, identificar posibles problemas y optimizar los diseños en consecuencia.
2. Ámbito educativo: En el ámbito educativo, la impresora 3D FDM se ha convertido en una importante herramienta didáctica. Los estudiantes pueden aprender la tecnología de modelado e impresión 3D mediante operaciones prácticas y cultivar el pensamiento innovador y las habilidades prácticas.
3. Fabricación: En la fabricación, la tecnología FDM se utiliza para la producción de bajo volumen y la fabricación a medida. Permite imprimir piezas de diversas formas y estructuras complejas para satisfacer necesidades específicas.
4. Campo médico: El campo médico también es un importante ámbito de aplicación de la tecnología FDM. Se puede utilizar para fabricar dispositivos médicos como guías quirúrgicas, prótesis y ortesis, así como modelos de tratamiento personalizados y ayudas para la rehabilitación.
5. Arte e industrias creativas: En el ámbito del arte y las industrias creativas, la tecnología FDM ofrece a artistas y diseñadores mayores posibilidades creativas. Pueden utilizarla para imprimir obras de arte y decoraciones de diversas formas y estructuras.
6. Diseño arquitectónico y producción de maquetas: En el campo de la arquitectura, la tecnología FDM se utiliza para producir maquetas y componentes arquitectónicos que ayudan a los arquitectos en el diseño y la planificación. Estas maquetas pueden utilizarse para diversos fines, como presentaciones, docencia e investigación.

¿Cómo se puede mejorar la calidad de impresión FDM?

La mejora de la calidad de impresión FDM puede comenzar desde muchos aspectos. A continuación, se presentan algunos métodos y sugerencias específicos:

1. Ajustar los parámetros de impresión

• Calentamiento de la base: Aumente moderadamente la temperatura de la base calefactora para mejorar la adherencia del material y reducir la deformación de los bordes, pero debe evitarse el sobrecalentamiento.
• Control de la temperatura de la boquilla: Seleccione la temperatura adecuada de la boquilla según las características del material para garantizar una fusión uniforme y evitar una fluidez excesiva.
• Impresión a velocidad reducida: Reduzca la velocidad de impresión, especialmente para la primera capa, para disminuir el impacto de la expansión y contracción térmica y mejorar la precisión.
• Altura de capa razonable: Una altura de capa pequeña reduce el efecto de escalón y mejora la calidad de la superficie, pero requiere un compromiso entre el tiempo de impresión y el coste.

2. Modelo de optimización y soporte

• Estructura simplificada: Reduce el uso de soportes, disminuye el tiempo y el coste de impresión y mejora la calidad.
• Soporte adecuado: Elija de forma razonable el tipo y la disposición del soporte para evitar una adhesión excesiva.

3. Selección de consumibles y mantenimiento de la impresora

• Materiales de consumo de alta calidad: Elija materiales de consumo con alta pureza y dimensiones precisas para reducir los huecos entre capas y la deformación, y evite los materiales de baja calidad que se humedecen.
• Mantenimiento regular: Mantenga la impresora limpia y lubricada, revise y reemplace las piezas desgastadas periódicamente para garantizar un funcionamiento estable.

4. Tecnología de postprocesamiento

Desbaste y pulido: eliminan los defectos superficiales y mejoran la calidad de la superficie.
Tratamiento de recubrimiento: como la pintura en aerosol y la galvanoplastia para mejorar la estética, la durabilidad y la funcionalidad.

Resumen

La modelización por deposición fundida (FDM) es una tecnología de impresión 3D que utiliza filamentos termoplásticos que se calientan y funden para luego depositarlos capa a capa. Gracias al continuo avance de la ciencia y la tecnología, la tecnología FDM ha experimentado un desarrollo significativo en materiales, equipos, software, etc. Actualmente, FDM se ha convertido en una de las tecnologías más utilizadas en el mercado de la impresión 3D, con una tasa de penetración superior al 65 %. En campos como la atención médica, la educación y el entretenimiento, la tecnología FDM desempeña un papel cada vez más importante. Asimismo, a medida que la tecnología continúa madurando y los costos se reducen aún más, se espera que la tecnología FDM se utilice en más ámbitos.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es el modelado por deposición fundida (FDM)?

La modelización por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés) es una tecnología de impresión 3D muy utilizada. Calienta materiales termoplásticos (como ABS, PLA, etc.) hasta fundirlos, los extruye capa a capa a través de una boquilla pequeña y los apila sobre la plataforma para formar un objeto tridimensional.

2. ¿Cómo funciona la tecnología FDM?

El principio de funcionamiento de la tecnología FDM es relativamente sencillo. Primero, el material termoplástico filamentoso se introduce en una boquilla calentada y se funde. A continuación, una boquilla controlada por ordenador se desplaza por la plataforma siguiendo una trayectoria predefinida, extruyendo el material fundido capa a capa. A medida que se acumulan las capas, se forma finalmente un objeto tridimensional completo.

3. ¿Qué materiales se pueden imprimir con FDM?

Los materiales comúnmente utilizados para la impresión FDM incluyen ABS (copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno), PLA (ácido poliláctico), nailon, PETG (tereftalato de polietileno-1,4-ciclohexanodimetanol), etc. Estos materiales tienen diferentes propiedades físicas y químicas y son adecuados para diferentes escenarios de aplicación.

4. ¿En qué campos se utiliza la tecnología FDM?

La tecnología FDM tiene amplias aplicaciones en diversos campos. Por ejemplo, en el ámbito educativo, las impresoras FDM se utilizan para la enseñanza y la investigación científica; en el diseño, los diseñadores emplean la tecnología FDM para producir prototipos rápidamente; en la fabricación, se utiliza para producir piezas, herramientas y componentes funcionales; además, la tecnología FDM también desempeña un papel importante en los sectores médico, aeroespacial, automotriz y otros.

Recurso

1. Fabricación por deposición de filamento fundido

2. Modificación de la superficie de objetos de PLA impresos en 3D mediante modelado por deposición fundida: una revisión.

3. Alcohol polivinílico reforzado con nanotubos de carbono para modelado por deposición fundida.

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