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CAMA CALEFACTADA PARA IMPRESORAS 3D – LAS VENTAJAS.

IDEA 1.61.

Las camas térmicas de las impresoras 3D pueden mejorar la calidad de tus impresiones. Sigue leyendo para saber cómo funcionan y cómo sacarles el máximo partido.

El arma no tan secreta de la impresión 3D.

Las camas térmicas desempeñan un papel importante en la calidad de la impresión (Fuente: Monoprice).

Las primeras impresoras 3D no tenían lechos calefactados. Para que las impresiones se adhieren a superficies frías, se utilizaban materiales como la cinta de pintor para mejorar la adherencia. Sin embargo, no tardaron en darse cuenta de que la mayoría de los materiales se adhieren mejor a una superficie de impresión caliente y que esto también apartaba otras ventajas importantes.

Las impresoras FDM extruye el plástico fundido a una temperatura lo suficientemente alta como para que fluya, pero lo suficientemente baja como para que se enfríe y se vuelva a solidificar de forma predecible. Sin embargo, si el enfriamiento se produce demasiado rápido o el filamento extruido alcanza una temperatura demasiado baja, se contrae demasiado, se acumulan tensiones internas y comienzan a producirse problemas de adhesión y deformación, especialmente en la interfaz con la superficie de impresión.

Las ventajas de un lecho de impresión calefactado hacen que prácticamente todas las impresoras 3D modernas lo incorporen de serie, utilizando varios tipos de elementos calefactores, como trazas calefactoras de PCB y almohadillas de silicona con elementos de potencia resistivos. La forma en que este elemento calefactor se conecta a la placa de impresión física, los materiales de la placa que se utilizan, la potencia de la cama, etc., influyen en la calidad final de un artículo impreso.

Examinaremos estos factores con más detalle a continuación, pero primero, vamos a echar un vistazo más de cerca a cómo las camas térmicas mejoran la calidad de impresión.

Las ventajas más importantes.

Las camas se expanden y se contraen cuando se calientan o se enfrían (Fuente: Thomas Sanladerer vía YouTube).

Las camas térmicas aportan varias ventajas relacionadas. Veamos primero las tres más importantes:

  • Adherencia del lecho: Una superficie caliente evita que el filamento extruido se enfríe demasiado y demasiado pronto. Esto le da tiempo para ajustarse a las pequeñas imperfecciones microscópicas de la superficie y adherirse más firmemente. Exactamente lo que constituye “demasiado frío” o “demasiado rápido” depende del material impreso y de otros factores, como se indica en la sección siguiente.
  • Ayuda a evitar la deformación: Las tensiones internas se acumulan a medida que el filamento fundido se enfría, y éstas son especialmente pronunciadas en las esquinas. A medida que se añaden capas adicionales de filamento caliente, la diferencia de temperatura puede hacer que estas tensiones se desplacen hacia el interior. A su vez, si la adherencia es escasa, las esquinas pueden desprenderse y curvarse (es decir, alabearse) hacia arriba, pudiendo arruinar una impresión. El calentamiento de la cama reduce la tendencia a la deformación de las impresiones al igualar la diferencia de temperatura y al mantener la impresión con una mejor adherencia.
  • Ayuda a la eliminación de la impresión: Cuando una impresión está terminada y la cama calentada se enfría, permite que las capas más bajas de plástico se contraigan un poco más, se vuelvan más rígidas y aflojen su agarre a la cama. Con la mayoría de los materiales, esto ayuda a que las impresiones se desprendan limpiamente de la superficie de impresión.

Las camas térmicas también tienen otras ventajas. El calor que generan se disipa en el entorno y ayuda a mantener caliente todo el espacio de construcción, especialmente si está cerrado. Un cerramiento reduce las tensiones de refrigeración excesivas para todas las capas de la impresión, mejorando así la calidad.

Diferentes estrategias para diferentes materiales.

Corners are the areas of a print most likely to warp (Source: Simplify3D).

De la misma manera que los diferentes materiales extruye a diferentes temperaturas, la temperatura del lecho calentado también varía para obtener el mejor rendimiento. Hay varios factores en juego.

El más discutido es la temperatura de transición vítrea (Tg). Se trata de la temperatura a partir de la cual un material empieza a pasar de ser un sólido duro a algo un poco más maleable. Es diferente de la temperatura de fusión (Tm), más alta, a partir de la cual el material puede ser extruido.

Los lechos calefactados normalmente se fijan en torno a las temperaturas de transición vítrea para mejorar la adherencia y reducir las tensiones de enfriamiento. Otros factores son la temperatura del propio material extruido, la temperatura ambiente, las diferencias de los materiales entre los fabricantes, el color del material (incluso del mismo fabricante) e incluso el historial de a qué temperatura se ha almacenado el material.

Cada material, por tanto, tiene un rango de temperaturas dentro del cual se encuentra el óptimo:

  • El PLA tiene un cierto grado de adherencia natural, por lo que el calentamiento de la cama no es vital. Sin embargo, los mejores resultados se consiguen normalmente dentro del rango de 50 a 60 °C.
  • El PETG suele imprimir mejor con un lecho calentado entre 75 y 85 °C.
  • El ABS es notoriamente sensible a la temperatura del lecho y del ambiente. La temperatura del lecho debería estar en la región de 105 a 115 °C, pero la ideal variará en función de la temperatura ambiente. Por lo tanto, un recinto para mantener una temperatura del aire alta y constante es clave.
  • El TPU tiene una Tg a pesar de ser ya gomoso. Las temperaturas del lecho se sitúan normalmente entre 45 y 60 °C.
  • El TPE, a pesar de tener una temperatura de transición vítrea entre 60 y 120 °C, no necesita un lecho calentado, aunque se suele utilizar 60 °C.
  • Al nylon le gusta el calor, por lo que se recomienda cualquier lugar en el rango de 80 a 100 °C.

Para otros materiales, lo mejor es consultar las recomendaciones del fabricante.

Sacar el máximo provecho.

Las temperaturas de la cama caliente rara vez son consistentes en toda la superficie de construcción (Fuente: Mark Rehorst vía Instructables).

En teoría, una cama calefactada debería calentarse rápidamente hasta una temperatura determinada y luego mantenerla de forma constante y consistente. La realidad, sin embargo, es algo diferente y puede tener una influencia significativa en la calidad de la impresión.

  • Tenga en cuenta las lecturas de temperatura incorrectas: La temperatura mostrada de su cama caliente proviene de un sensor (normalmente un termistor). Estos pueden no ser del todo precisos en primer lugar, y con el tiempo, se degradan y tienden a leer bajo. Si tienes un monitor térmico preciso, puedes calibrarlos y actualizar el firmware de tu impresora, pero lo más normal es que se haga un cambio compensatorio de la temperatura establecida.
  • Deje que transcurra el tiempo necesario para alcanzar la temperatura de trabajo: Otra razón por la que la temperatura mostrada puede ser engañosa es cuando se “imprime en frío”. El sensor de temperatura de la cama puede leer un cierto grado, pero puede que no se haya alcanzado en toda la superficie de impresión. La temperatura real será inferior a la indicada, por lo que no obtendrá la adherencia inicial que espera. Además, mientras las camas se calientan, se expandirán o contraerán. Si intentas nivelar la cama antes de que se alcance la temperatura de trabajo, el nivel de la cama puede estar fuera hasta una altura de capa entera. (Thomas Sandader’s tiene un gran video sobre este efecto.) Las impresoras varían, pero normalmente se requiere un mínimo de 10 minutos para alcanzar una temperatura suficientemente estable.
Los resultados de las lecturas de temperatura de un usuario (Fuente: matej-i2 vía PrusaPrinters Forum).
  • Considere la posibilidad de distribuciones de temperatura desiguales: Un punto relacionado es que las camas pueden calentarse de forma desigual (ver imágenes anteriores). Este efecto se suele igualar con el tiempo, pero a altas temperaturas o si su cama no tiene suficiente masa, esto puede seguir siendo un problema y causar una adhesión inconsistente, así como deformaciones. La solución suele ser dejar el tiempo suficiente para que se alcance una temperatura consistente, pero para la impresión a alta temperatura, es importante una cama subyacente capaz de distribuir el calor de manera más uniforme.
  • Asegúrese de que el ajuste del PID es preciso: Este último punto puede suponer una diferencia sorprendente en las impresiones, especialmente en las de alta temperatura. Un mal ajuste puede dar lugar a oscilaciones de temperatura (y a la expansión y contracción asociadas). Esto, a su vez, puede aparecer como nervaduras y otras imperfecciones de la superficie a lo largo del eje Z. Un ajuste adecuado del PID de su cama y del termistor puede solucionar este problema y vale la pena hacerlo incluso en máquinas de serie. Tenemos un excelente artículo que profundiza en cómo hacer esto.

Unas últimas palabras sobre la seguridad. Más allá de las temperaturas típicas de 50 a 60 °C, las camas térmicas pueden quemar la piel, por lo que hay que tener cuidado, especialmente cuando se pasa del PLA a materiales que se imprimen más calientes.

Artículo original disponible en: 3ALLDP.

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