¿Que tipos de movimiento existen en impresión 3D FDM?

Visto el funcionamiento basico veremos como se mueven las partes. Tenemos diferentes maneras de mover el cabezal que extruye el material y hacer las piezas, vamos a ver que es el movimiento cartesiano, el delta, el coreXY, el polar, el scara, el brazo articulado, e incluso la pluma extrusora…

Indice de contenido

1 Disposición de los Ejes
2 Más contenido

Disposición de los Ejes

Las impresoras 3D FDM requieren que un cabezal se mueva y vaya depositando el material tridimensionalmente. Estas máquinas no dejan de ser un robot, y como tal se pueden utilizar los diferentes tipos de movimiento ya existentes. Los más habituales en impresión 3D FDM són:

Cartesiana:

El movimiento cartesiano es el más básico, y por ello las impresoras cartesianas son las más sencillas de programar, pues el movimiento tridimensional en cada uno de los 3 ejes cartesianos es directamente obtenido por un solo motor. Pero esto también provoca que el esfuerzo en cada motor no se comparta: cada motor debe ser capaz de mover el cabezal y la estructura que lo soporta por sí solo.

El cabezal pues se mueve en los tres ejes cartesianos: horizontal (X), largo (Y), vertical (Z). Cada eje tiene su guia, y depende de cómo están estructuradas estas guías tenemos diferentes tipos de impresoras cartesianas.

Cartesiana XZ: Si el cabezal se mueve sobre la guia del eje X, y la guia del eje X se sujeta en el eje Z, tenemos una cartesiana que mueve en el plano vertical, y la base se mueve en Y. Constructivamente es muy sencilla y económica. Y las inercias en X quedan absorbidas por el puente que soporta el eje Z. Pero como la base se mueve en Y la propia pieza imprimida genera inercia añadida sobre este eje.

Cartesiana XY: En estas impresoras el cabezal se mueve en el plano horizontal, y la base sube y baja. Hay diferentes maneras de sujetar las guías, pero todas requieren de una estructura en forma de caja o similar para sujetarlas. Esta estructura garantiza más firmeza.

Cartesiana XYZ: En este tipo de impresoras solo se mueve el cabezal y los ejes que lo soportan. La base no se mueve. Solo se ven aplicaciones de grandes dimensiones, como sería en puentes grúa con una manga extrusora de hormigon para “imprimir” casas. A pequeña escala eso tiene demasiada inercia, comparado con los otros sistemas cartesianos y no se utiliza.

Delta:

Los robots delta son muy utilizados en la industria para mover objetos con mucha rapidez. Se compone de tres guías verticales, por donde corre verticalmente la sujeción de un brazo en cada una, de los que cuelga el cabezal. El movimiento se obtiene de subir y bajar estas sujeciones: cada punto del espacio tiene una combinación concreta de los ángulos de estos brazos. Matemáticamente es un poco complicado, pero la ventaja es que el esfuerzo del movimiento se reparte siempre entre 3 motores, y permite mover el cabezal con mucha rapidez. Y por eso interesa que el cabezal sea lo más ligero posible, para evitar la inercia, que en esta estructura tan colgante no se puede absorber. Y por eso se les acusa que en general son impresoras con poca precisión, pero en realidad tienen mucho potencial si la impresora consigue tener un cabezal ligero, pues pueden imprimir más rápido que las cartesianas.

CoreXY:

El sistema coreXY aún es muy experimental, y casi no hay impresoras 3D pre-fabricadas que la utilicen. Sería un mix entre la cartesiana y la delta. Pues se obtiene el movimiento del cabezal en el plano XY, sujeto con poleas a dos motores a la vez, y estos combinados lo mueven. Así en este plano XY se puede obtener mucha velocidad y precisión, mientras se mantiene el Z en una base firme, de movimiento más lento. La contra es que requiere de una estructura muy firme, y de buenos materiales en correas y poleas. Lo que hace que no sea una opción muy económica, ni fácil de mantener y calibrar. Quizá no se esté utilizando porqué los costes extra no compensan las ventajas.

Polar

Esta impresora tiene un movimiento muy particular, semejante a un tocadiscos. Las posiciones bidimensionales se codifican en base un sistema polar: es decir, sobre un círculo midiendo el ángulo y distancia al centro. Y a esto se le añade la altura. Así la base gira en vez de moverse, y el cabezal se aleja o se acerca al centro, y sube y baja. Me parece muy útil para hacer objetos cilíndricos: vasos, jarrones, tiestos, bustos, etc. Pero muy poco adecuado para todo lo demás.

Scara

El movimiento scara ofrece mucha precisión en un espacio reducido (en comparación al volumen de la máquina). No hay correas ni otro tipo de transmisión, y por ello no hay pérdidas, inercias o vibraciones extra. Y se obtiene moviendo un brazo del que cuelga un motor, y este mueve otro brazo del que cuelga el cabezal. Este cabezal puede estar soportado por otro conjunto de dos brazos en simetría a los primeros, para mejorar la estabilidad. De momento es algo completamente experimental.

Brazo articulado

Para impresoras de grandes dimensiones se está utilizando el equivalente de los robots de montaje consistentes en un brazo articulado por varios puntos. Como en el sistema Scara, pero un brazo articulado además puede jugar con la inclinación del cabezal, añadiendo otra dimensión a la impresión 3D. Y la base del propio brazo puede moverse. Así que la libertad es total. En industria está muy desarrollado este tipo de robot, pero a pequeña escala en impresión 3D FDM solo se utiliza de forma experimental, precisamente para probar sistemas a mayor escala.

Lapices extrusores

Un lápiz extrusor, o pluma de impresión 3D, es un cabezal y un extrusor, unidos en una carcasa en forma de lápiz. El movimiento lo hace la mano (controlada por un cerebro humano). No es una impresora 3D pues no está automatizada, pero es una herramienta interesante para la creación artística o el retoque manual de otras piezas. No estás sujeto a ir apilando capas, si no que creas objetos con un entramado de hilos. También es atractivo como ejercicio cognitivo, pues puedes dibujar en 3 dimensiones.