Aunque la impresión 3D produce modelos bastante detallados que parecen casi idénticos a la imagen CAD, la precisión dimensional y la tolerancia no son perfectamente idénticas. Esto es algo que se llama contracción, que ocurre en las impresiones 3D y que probablemente ni siquiera notes.

Me pregunté cuánto encogimiento se produce en las impresiones 3D, una pregunta ideal para quienes quieren crear objetos funcionales que requieren tolerancias estrictas, así que decidí averiguarlo y compartirlo con vosotros.

En este artículo, explicaremos qué es la contracción, cuánto pueden encoger tus impresiones 3D y algunas buenas compensaciones de contracción que puedes utilizar.

¿Qué es la contracción en la impresión 3D?

La contracción en la impresión 3D es la reducción del tamaño del modelo final debido a los cambios de temperatura del termoplástico fundido a las capas de material extruido enfriado.

Durante la impresión, el extrusor funde el filamento de impresión para crear el modelo 3D, y el material se expande durante este proceso. Cuando las capas empiezan a enfriarse justo después de ser extruidas, esto hace que el material aumente su densidad, pero reduzca su tamaño.

La mayoría de la gente no se dará cuenta de que esto ocurre hasta que tenga un modelo que requiera un poco más de precisión dimensional.

El encogimiento no es un problema cuando se imprimen modelos estéticos como obras de arte, jarrones y juguetes. Cuando empezamos a pasar a objetos que tienen tolerancias estrechas como una carcasa de teléfono o un soporte que conecta objetos entre sí, el encogimiento se va a convertir en un problema a resolver.

Se produce en casi todos los procesos de impresión en 3D debido a las variaciones de temperatura, pero la velocidad a la que se produce varía en función de algunos factores.

Estos factores son el material utilizado, la temperatura, la tecnología de impresión y el tiempo de curado de las impresiones de resina.

De todos estos factores, quizá el que más influye en la contracción es el material utilizado.

El tipo de material utilizado influirá en el grado de encogimiento del modelo.

La temperatura de impresión y la velocidad de enfriamiento también son factores importantes. Pueden producirse contracciones si el modelo se imprime a alta temperatura o se enfría demasiado rápido, lo que significa que los plásticos a alta temperatura tienen más probabilidades de encogerse.

Un enfriamiento rápido y desigual puede incluso provocar deformaciones, lo que puede dañar el modelo o arruinar por completo la impresión. La mayoría de nosotros hemos experimentado estas deformaciones, ya sea por corrientes de aire o simplemente por una habitación muy fría.

Algo que me ayudó con mi alabeo que he implementado recientemente es el uso de un HAWKUNG colchoneta aislante cama caliente debajo de mi Ender 3. No sólo ayuda con el alabeo, sino que también acelera los tiempos de calentamiento y el mantenimiento de una temperatura de la cama más consistente.

Por último, el tipo de tecnología de impresión utilizada también determina el grado de contracción encontrado en el modelo. Las tecnologías más baratas, como la FDM, no suelen servir para fabricar piezas de alta calidad con tolerancias estrictas.

Las tecnologías SLS y de chorro de metal justifican su elevado precio produciendo modelos precisos.

Por suerte, hay muchas formas de tener en cuenta la contracción, lo que nos permite producir piezas de dimensiones exactas sin demasiados problemas, aunque hay que conocer las técnicas adecuadas.

¿Cuánto se contraen las impresiones en ABS, PLA y PETG?

Como hemos mencionado antes, la tasa de encogimiento depende en gran medida del tipo de material utilizado. Varía de un material a otro. Echemos un vistazo a tres de los materiales de impresión 3D más utilizados y cómo resisten el encogimiento:

PLA

El PLA es un material orgánico y biodegradable que también se utiliza en las impresoras FDM. Es uno de los materiales más populares utilizados en la impresión 3D porque es fácil de imprimir y además no es tóxico.

El PLA sufre poco encogimiento, oyéndose tasas de encogimiento de entre el 0,2%, hasta el 3% ya que es un termoplástico de menor temperatura.

Los filamentos PLA no necesitan altas temperaturas para ser extruidos, la temperatura de impresión es de alrededor de 190℃, que es menor que la del ABS.

La contracción del PLA también puede reducirse imprimiendo en un entorno cerrado o simplemente aumentando la escala del modelo para compensar la contracción.

Esto funciona porque reduce esos cambios rápidos de temperatura y reduce la tensión física sobre el modelo.

Creo que estos porcentajes de encogimiento dependen de la marca y el proceso de fabricación, e incluso del color del propio filamento. Algunas personas descubrieron que los colores más oscuros tienden a encogerse más que los colores claros.

ABS

El ABS es un material de impresión a base de petróleo que se utiliza en las impresoras FDM. Se utiliza mucho por su gran resistencia, su resistencia al calor y su versatilidad. Se puede encontrar en cualquier cosa, desde fundas de teléfono hasta Legos.

El ABS tiene una tasa de encogimiento muy alta, por lo que si necesitas impresiones 3D dimensionalmente precisas, yo intentaría evitar su uso. He visto a gente comentar que las tasas de encogimiento oscilan entre el 0,8% y el 8%.

Estoy seguro de que estos son casos extremos, y usted sería capaz de reducir que con la configuración correcta, pero es un buen espectáculo para ilustrar lo mal que la contracción puede realmente llegar.

Una de las principales formas de reducir el encogimiento es imprimir a las temperaturas adecuadas de la cama caliente.

El uso de una cama calefactada correctamente calibrada ayuda a la adhesión de la primera capa y también ayuda a evitar que la capa inferior se enfríe mucho más rápido que el resto de la impresión para evitar deformaciones.

Otro consejo para reducir el encogimiento es imprimir en una cámara cerrada, que aísla la impresión 3D de las corrientes de aire del exterior y evita que se enfríe de forma desigual.

La cámara cerrada mantiene la impresión a una temperatura constante cercana a la del plástico hasta que finaliza la impresión, y todas las secciones pueden enfriarse al mismo ritmo.

Un gran armario que miles de personas han utilizado y disfrutado es el Creality Fireproof & Dustproof Enclosure de Amazon. Mantiene un ambiente de temperatura constante y es muy fácil de instalar & mantener.

Además, proporciona más seguridad en caso de incendio, reduce las emisiones sonoras y protege de la acumulación de polvo.

PETG

El PETG es otro material de impresión 3D muy utilizado debido a sus fenomenales propiedades. Combina la resistencia estructural y la tenacidad del ABS con la facilidad de impresión y la no toxicidad del PLA.

Esto hace que sea adecuado para su uso en muchas aplicaciones que requieren alta resistencia y seguridad del material.

Con un 0,8%, los filamentos de PETG tienen la tasa de contracción más baja. Los modelos 3D fabricados con PETG son relativamente estables dimensionalmente en comparación con otros, lo que los hace ideales para realizar impresiones funcionales que deban ajustarse a tolerancias algo estrictas.

Para compensar o reducir la contracción en las impresiones en PETG, el modelo puede escalarse un 0,8% antes de la impresión.

Cómo obtener la compensación de contracción adecuada en impresión 3D

Como hemos visto anteriormente, la contracción puede reducirse de varias formas. Pero, por mucho que se haga, la contracción no puede eliminarse. Por eso es una buena práctica intentar tener en cuenta la contracción al preparar el modelo para la impresión.

Algunos programas de impresión incluyen ajustes preestablecidos que lo hacen automáticamente, pero la mayoría de las veces hay que hacerlo manualmente.

El cálculo del tipo de compensación de la contracción que debe aplicarse depende de tres cosas: el material utilizado, la temperatura de impresión y la geometría del modelo.

Todos estos factores combinados darán una idea de cuánto se espera que encoja la impresión y cómo compensarlo.

Conseguir el encogimiento adecuado también puede ser un proceso iterativo, también conocido como simple ensayo y error. El índice de encogimiento puede incluso variar entre distintas marcas del mismo tipo de material.

Por lo tanto, una buena forma de medir y cuantificar el encogimiento es imprimir primero un modelo de prueba y medir el encogimiento. Los datos obtenidos se pueden utilizar para crear una compensación de la tasa de encogimiento matemáticamente sólida.

Una buena forma de medir la contracción es utilizar este objeto de cálculo de contracción de Thingiverse. Un usuario lo describió como "Una de las mejores herramientas de calibración general que existen". Muchos otros usuarios comparten su agradecimiento con el creador de este modelo CAD.

Los pasos son los siguientes:

• Imprima la pieza de prueba con el filamento que prefiera y la configuración de corte que vaya a utilizar.
• Mide e introduce en la hoja de cálculo (la mía está compartida en //docs.google.com/spreadsheets/d/14Nqzy8B2T4-O4q95d4unt6nQt4gQbnZm_qMQ-7PzV_I/edit?usp=sharing).
• Actualizar la configuración de la cortadora

Quieres usar esa Hoja de Google y hacer una nueva copia que puedas editar tú mismo desde cero. Encontrarás las instrucciones en la página de Thingiverse para más detalles.

Si desea una compensación realmente precisa, puede realizar la iteración dos veces, pero el fabricante afirma que una sola iteración fue suficiente para obtener una tolerancia de 100 um (0,01 mm) en una pieza de 150 mm.

Un usuario dijo que simplemente escala sus modelos al 101%, y le funciona bastante bien. Esta es una forma muy simple de ver las cosas, pero puede ser exitosa para obtener resultados rápidos.

También puedes hacer uso de un ajuste llamado expansión horizontal que ajusta el tamaño de tus impresiones 3D en la dimensión X/Y, para compensar los cambios de tamaño a medida que el modelo se enfría y encoge.

Si crea los modelos usted mismo, puede ajustar las tolerancias en el propio modelo y, con más práctica, empezará a ser capaz de adivinar las tolerancias correctas según su diseño específico.