La tecnología de impresión 3D avanza a pasos agigantados. En un momento estamos hablando de crear pequeños juguetes para entretener a los niños, y al siguiente vemos la noticia de que una impresora 3D ha construido un edificio de hormigón que puede resistir un terremoto de magnitud 8. Con el tiempo, «imprimir una impresora 3D» también parece posible.

Pero dejando de lado las perspectivas, lo que más preocupa a aficionados y creadores son las impresoras 3D de escritorio: qué tipos hay, a qué velocidad imprimen y cuánto cuestan. Si te gusta profundizar en el tema o alguna vez has intentado crear una impresora 3D tú mismo, seguro que también te has planteado esta pregunta: ¿cómo se mueven?

XYZ, I3 y CoreXY son actualmente los modelos más populares de impresoras 3D de escritorio. Su funcionamiento se basa en lo siguiente: la máquina cuenta con uno o varios ejes en las direcciones X, Y y Z del sistema de coordenadas 3D. Un extremo de cada eje está equipado con un motor para suministrar energía. Correas síncronas o husillos convierten la rotación del motor en movimiento lineal a lo largo de las direcciones X, Y y Z. Finalmente, con los sistemas de rieles guía lineales en las tres direcciones, la máquina puede posicionar la boquilla en cualquier punto del espacio 3D formado por los ejes, extruir el filamento y crear un objeto 3D.

¿Por qué son importantes los sistemas de guía?

Los sistemas de guía cumplen principalmente tres funciones durante la impresión:

1. Precisión: Logre una tolerancia estricta, evite el tambaleo y asegúrese de que el cabezal de impresión o la cama caliente instalada en las guías se muevan linealmente a lo largo de la dirección predeterminada;
2. Suavidad: Reduce la fricción con cojinetes o rodillos y contribuye a un movimiento más suave;
3. Confiabilidad: Las estructuras de guía con excelente rigidez pueden mejorar la confiabilidad de la máquina y contribuir a obtener impresiones más consistentes a lo largo del tiempo.

La variedad de sistemas de guía

En general, los sistemas de guía utilizados en las impresoras 3D incluyen:

1. Ruedas y perfiles
2. Varillas y cojinetes lineales
3. Rieles lineales
4. Rieles lineales integrados

Ruedas y perfiles

Entre todas las guías, la combinación de ruedas y perfiles es probablemente la más común y rentable. Normalmente, hay de 3 a 4 rodillos que recorren la ranura en forma de V o T del perfil para guiar los movimientos.

El anillo exterior de las ruedas suele estar hecho de POM (poliformaldehído), mientras que el anillo interior está compuesto de acero y rodamientos de bolas. El POM ofrece alta resistencia, baja deformación y excelente resistencia a la abrasión, lo que lo hace especialmente adecuado para la fabricación de ruedas de impresora. Con un uso adecuado, los rodillos de POM pueden durar cientos de horas. Algunos fabricantes también utilizan PC (policarbonato) para fabricar ruedas, que ofrecen una resistencia aún mayor y una vida útil más larga, aunque a un precio ligeramente superior.

Para garantizar un movimiento lineal, las ruedas deben sujetar correctamente los perfiles. Si están demasiado flojas, pueden producirse vibraciones a altas velocidades. Si están demasiado apretadas, aumentará el desgaste: la suciedad acumulada puede acumularse entre las ruedas y los rieles, provocando un movimiento irregular o inestable. Por lo tanto, los usuarios deben ajustar la tensión de las ruedas según el funcionamiento de la impresora, limpiar la suciedad y reemplazar las ruedas cuando sea necesario. En comparación con otras guías, el conjunto de rueda y perfil requiere un mantenimiento más frecuente.

Además, los plásticos tienen menor rigidez que los metales. La deformación de las ruedas durante el movimiento es difícil de evitar, por lo que las impresoras que utilizan ruedas suelen tener menor precisión que las que utilizan guías de acero.

Los perfiles que se utilizan habitualmente en impresoras 3D son de dos tipos: con ranura en V y con ranura en T. Como su nombre indica, la principal diferencia entre ellos reside en la forma de la sección transversal. Cada perfil se combina con diferentes ruedas para lograr un buen guiado.

Dado que los perfiles son personalizables, económicos y con suficiente rendimiento, la combinación de ruedas y perfiles es la mejor opción para muchas construcciones de impresoras 3D DIY.

Ventajas

• Buen rendimiento de guía, económico y útil;
• Abundantes opciones, ampliamente disponibles;
• Fácil de instalar, usar y modificar;

Desventajas

• Menor precisión;
• Más propenso a vibraciones;
• Requiere un mantenimiento más frecuente.

Varillas y cojinetes lineales

Las limitaciones de las guías de ruedas y perfiles han llevado a aficionados y fabricantes a centrarse en otra combinación con mayor precisión y estabilidad: las varillas y rodamientos lineales. En los últimos años, las guías de varillas y rodamientos se han convertido prácticamente en sinónimo de sistemas de guía para impresoras 3D. Se necesitan al menos dos varillas y dos rodamientos para cada eje de la impresora. Los rodamientos envuelven o se adhieren a las varillas, mientras se conectan a carros montados en un extrusor o una cama caliente, para guiar el movimiento lineal.

Una varilla lineal, también conocida como varilla lisa, es simplemente una varilla cilíndrica de acero, disponible en varios tamaños; las impresoras 3D suelen usar varillas de 8 mm de diámetro. Las varillas se pueden mecanizar con alta precisión dimensional y superficies muy lisas. Combinadas con rodamientos de bolas, las varillas correctamente ensambladas pueden lograr movimientos lineales bastante buenos.

Y sí, también existen desventajas en la suavidad. Al usarlas como guía, las varillas deben fijarse en ambos extremos con abrazaderas metálicas. Además, los rodamientos no solo se mueven linealmente, sino que también giran 360° alrededor de los cilindros. Por eso, deben estar fijados a rodamientos en otra varilla paralela para que el extrusor o la cama caliente se muevan linealmente. El paralelismo entre dos varillas puede ser un desafío, especialmente para quienes trabajan por cuenta propia.

Por lo tanto, el uso de guías de eje implica mayor precisión y estabilidad por un lado, pero también mayor tamaño y peso, junto con una mayor dificultad de montaje por el otro.

Los rodamientos utilizados con varillas son principalmente rodamientos de ranura en U y rodamientos lineales fabricados íntegramente en acero. Los rodamientos de ranura en U se asemejan a ruedas que pueden rodar sobre las varillas. Los rodamientos lineales tienen un manguito cilíndrico en el exterior y varias filas de bolas en el interior que giran a lo largo del eje. Ambos permiten un guiado suave con mínima fricción.

Las bielas y los rodamientos son duraderos, y solo requieren una limpieza ocasional de la acumulación de suciedad y la lubricación de los rodamientos. Si las bielas están alojadas en una carcasa en lugar de actuar como marco, desmontar la carcasa y lubricar los rodamientos es sencillo. Sin embargo, reemplazar rodamientos desgastados tras un uso prolongado puede ser un poco complicado.

Ventajas

• Excelente rendimiento de guía, alta precisión, costo moderado;
• Abundantes opciones, ampliamente disponibles;
• Baja frecuencia de mantenimiento;

Desventajas

• Mayor tamaño y peso cuando está cerrado;
• El paralelismo puede ser un problema;
• Reemplazar los cojinetes puede ser complicado.

rieles lineales

El riel lineal, también conocido como guía lineal, ha sido tendencia en los últimos años. El riel de acero tiene una pista a cada lado, y los deslizadores integrados contienen dos juegos de rodamientos de bolas que se desplazan a lo largo de las pistas. Además de las impresoras 3D industriales, cada vez más fabricantes de equipos de escritorio utilizan rieles lineales en sus líneas de productos de alta gama.

Aunque ambos están hechos de acero, en el trabajo real, los rieles lineales son menos susceptibles a la flexión y la vibración que las varillas. Esto se debe principalmente a su exclusivo método de montaje. Las varillas solo se fijan en ambos extremos, mientras que los rieles lineales cuentan con orificios de montaje a intervalos regulares en la superficie, lo que permite una fijación firme a la carcasa u otras estructuras de soporte.

Esto garantiza un movimiento lineal estable y mejora la calidad de impresión, por un lado, y, por otro, aumenta el límite de velocidad al evitar vibraciones excesivas a altas velocidades. Esta es una de las razones por las que la J1 puede lograr impresiones de alta velocidad.

Durante el montaje, los rieles lineales pueden guiar un solo eje sin necesidad de emparejarlos, lo que ahorra espacio y peso, haciendo la máquina más ligera y compacta. Además, no es necesario preocuparse por el paralelismo de los rieles.

Todo suena genial, pero ¿cuál es el problema? El precio. Cálculos aproximados muestran que, si bien los deslizadores para rieles lineales tienen precios similares a los rodamientos para varillas, los rieles en sí cuestan entre 2,5 y 4 veces más que un par de varillas de longitudes equivalentes. En comparación, las varillas son económicas y bastante buenas. Si se compara el costo adicional con las mejoras de rendimiento, la mayoría de los aficionados al bricolaje seguirían optando por varillas y rodamientos.

El mantenimiento de los rieles lineales es similar al anterior, requiriendo lubricación regular de los rodamientos. Los rieles expuestos también requieren limpieza ocasional.

Ventajas

• Muy alta precisión;
• Admite impresión de alta velocidad;
• Tamaño pequeño, cómodo de usar;

Desventajas

• No pueden servir como estructuras de soporte, necesitan ser instaladas sobre perfiles, etc.;
• Caro.

Rieles lineales integrados

En lugar de utilizar directamente las guías anteriores, algunos fabricantes, con el fin de mejorar las capacidades técnicas o atender a productos específicos, también están explorando mejores soluciones.

Las principales ventajas de los rieles lineales residen en la alta rigidez de los rieles de acero y el movimiento preciso y suave que permiten los rodamientos de bolas. Estas ventajas se conservan en los rieles lineales integrados.

Al fabricar los módulos lineales, FUYU integra dos tiras de acero en las paredes internas de la carcasa de aleación de aluminio. Posteriormente, el acero se rectifica mediante CNC para formar rieles con precisión micrométrica. Además, al integrar rieles más anchos, se mejora la rigidez sin aumentar el peso, lo que facilita las operaciones CNC de alta potencia; al fin y al cabo, las impresoras 3D convencionales no requieren una rigidez tan extrema.

En comparación con el montaje directo de rieles lineales sobre la superficie de las extrusiones, la integración de rieles de acero dentro de los módulos lineales evita la acumulación de polvo, reduciendo así la frecuencia de mantenimiento. Además, los módulos son más ligeros y compactos, evitando que una máquina costosa parezca un proyecto de bricolaje. Sin embargo, la integración de rieles lineales plantea considerables desafíos de fabricación para el fabricante, sin ninguna ventaja en términos de costo respecto a los rieles lineales convencionales.

Ventajas

• Igual que los rieles lineales: muy alta precisión, admite impresión de alta velocidad, tamaño reducido;
• Se mejoró aún más la rigidez del riel;
• Frecuencia de mantenimiento más baja con rieles cerrados;

Desventajas

• Caro;
• No apto para bricolaje.