Orientación de la pieza de impresión 3D: cómo afecta a la resistencia, la precisión y el acabado de superficie

Puede parecer obvio optar por la orientación que ofrezca la altura z mínima y, por tanto, el tiempo de fabricación más rápido. Sin embargo, orientarse únicamente por la altura z no siempre tiene sentido en función de los requisitos de la pieza. Hay algunos otros factores técnicos que entran en juego cuando se piensa en la orientación de la pieza para la impresión 3D. Cuando pienses en la orientación de una pieza para la impresión 3D, en concreto la estereolitografía (SLA), piensa en un lápiz. ¿Qué se necesitaría para imprimir en 3D este lápiz capa por capa, ya sea horizontal o verticalmente? Hacerlo horizontalmente llevaría menos tiempo, porque es más plano cuando está tumbado de lado, e imprimirlo verticalmente llevaría mucho más tiempo, porque está de pie y requiere más capas de dibujo apiladas secuencialmente una encima de otra. Imprimirlo horizontalmente también requeriría más estructuras de soporte en comparación con imprimir el lápiz verticalmente, y estas requerirían tiempo adicional para quitarlas y conseguir una pieza acabada. Por lo tanto, la selección de la orientación puede depender de los requisitos de resistencia o de acabado de superficie del lápiz, e incluso puede que quieras orientar la pieza en ángulo. Hay varias consideraciones que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar la orientación de fabricación mediante estereolitografía. ¡Entremos en ello!

Orientación de la pieza impresa en 3D para conseguir más resistencia

Veamos primero una ilustración rápida que explica las implicaciones generales de la acumulación de capas de impresión 3D y las fuerzas externas de la pieza en las piezas. Cuando las fuerzas de tensión son normales, o perpendiculares, a las capas, la pieza tiende a debilitarse. Cuando las fuerzas de tensión son paralelas, o en línea con las capas, la pieza es más resistente. Cuando las fuerzas son normales a las capas, la pieza suele soportar más compresión que si las fuerzas están en línea con las capas. Se aplican dos conclusiones:

1. Imprime con una orientación tal que las capas se alineen con el eje donde las fuerzas de tensión son mayores.
2. Imprime con una orientación tal que las capas intersequen el eje en el que las fuerzas de compresión son mayores.

En el caso teórico del lápiz, una orientación de fabricación horizontal probablemente funcionará para tener en cuenta las fuerzas de tensión y flexión que el lápiz encontrará cuando se utilice. Ten en cuenta que estas directrices se aplican siempre a las piezas de modelado por deposición fundida (FDM). Las piezas SLA presentan mucha menos anisotropía que las piezas FDM porque las capas están unidas químicamente y la resolución que se consigue con SLA es mucho mayor que con FDM. Sin embargo, los materiales termoestables pueden requerir una reflexión adicional en torno a la orientación de la pieza para maximizar la resistencia de sus características críticas.

El encogimiento diferencial está presente en una pieza impresa en 3D que se orientó como se muestra arriba. La rápida transición de una sección transversal pequeña a una grande provocó el encogimiento de esta pieza.

Orientación para evitar el encogimiento diferencial

En general, cuanto más desigual es la distribución del material en una pieza, más propensa es a ser víctima de un fenómeno conocido como encogimiento diferencial. Ciertas geometrías y tamaños de piezas son intrínsecamente más propensos a encogerse porque no incluyen el soporte adecuado de las capas de material precedentes. Para ilustrarlo, piensa en una letra «H» mayúscula. Cuando la sección del travesaño aparece capa por capa en el centro, tiende a tirar de las patas de soporte hacia dentro, provocando que la pieza se arquee cerca de la parte inferior. Para evitar el encogimiento diferencial, hay un par de opciones. A menudo, fabricamos las piezas de SLA en ángulo para reducir la superficie y, por tanto, la tensión total de cada capa. Esto también ayuda a aumentar la dimensionalidad de la pieza y la precisión de las tolerancias. Además, fabricamos las piezas de lado para que cada capa formada tenga la misma superficie que la capa de debajo y no haya grandes oscilaciones transversales. Cuando se requieren características de alta resolución o críticas para la dimensión, aconsejamos que las piezas se orienten para colocar dichas características en la superficie superior de la pieza. Ten en cuenta que la fabricación de piezas en ángulo puede dar lugar a piezas con un acabado de superficie que no sería el ideal si prima la estética.

Differential shrink can be avoided by orienting to eliminate small to large cross-sectional changes on the part (shown above) or by orienting the part at an angle (shown right).

If smooth, cosmetic features are the goal, build parts vertically. Building at an angle will cause visible layer lines as shown on the angled cylinder.

Orientación para conseguir el acabado de superficie deseado

Si es importante que la pieza tenga un acabado estética para su uso en una feria o exposición, tenderemos a fabricar la pieza plana y no en ángulo. Todas las características críticas deben estar orientadas hacia arriba, ya que las superficies superiores serán lisas y más propensas a la precisión dimensional. Por otro lado, si la pieza se fabrica mirando hacia abajo, las estructuras de soporte que deben retirarse y granallarse eliminarían cualquier efecto de brillo.

El efecto de brillo se muestra en la «H» que se fabricó tumbada de lado. La «H» fabricada en ángulo resalta las líneas de capa y los efectos visuales que pueden tener sobre el texto.

Como regla general, nuestro equipo puede elegir una orientación diferente para proporcionarte la pieza de mejor calidad. Un aspecto importante que hay que tener en cuenta es que si no especificas una orientación deseada para la pieza (horizontal frente a vertical), elegiremos la orientación que creamos que equilibra mejor el tiempo de fabricación más rápido posible y una buena óptica. Si nos indicas qué aspectos son más importantes para tus piezas impresas en 3D, nos ayudarás a determinar cuál es la mejor orientación para la pieza durante el proceso de fabricación. En general, lo más importante es que si tienes una necesidad particular para una pieza impresa en 3D, ya sean características críticas, consideraciones de coste o un acabado de superficie específico deseado, asegúrate de comunicárselo a nuestro equipo de ingenieros con antelación para que podamos garantizar que la pieza cumple tus objetivos específicos.