El modelado por deposición fundida (FDM) es uno de los métodos más utilizadosTecnologías de impresión 3DEs un proceso de fabricación aditiva que crea objetos depositando material capa por capa, utilizando un cabezal de extrusión calentado para fundir filamentos termoplásticos como PLA (ácido poliláctico), ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) y otros materiales. Desde su invención en la década de 1980, la FDM se ha convertido en una opción popular para el prototipado, la formación y la producción a pequeña escala gracias a su rentabilidad y facilidad de uso. Este artículo explorará los principios de la FDM, sus ventajas y desventajas, y sus diversas aplicaciones.
Principios del modelado por deposición fundida (FDM)
El proceso FDM se basa en un principio relativamente simple y directo. Comienza con un modelo digital 3D, que generalmente se crea mediante software de diseño asistido por computadora (CAD). Posteriormente, el modelo se convierte a un formato de archivo (generalmente STL) que la impresora 3D puede interpretar. Antes de imprimir, el modelo digital se divide en capas finas que la impresora seguirá durante el proceso de fabricación. Cada capa se imprime una sobre otra para construir el objeto final.Una vez que la impresora recibe el modelo laminado, la impresora FDM inicia el proceso calentando una bobina de filamento termoplástico hasta su punto de fusión. A continuación, el filamento se extruye a través de una boquilla calentada y se deposita sobre la cama de impresión. La boquilla se mueve a lo largo de los ejes X, Y y Z, siguiendo las trayectorias definidas por el modelo laminado, y el material se solidifica al enfriarse.A medida que el proceso continúa, la impresora construye el objeto capa por capa. El material se adhiere a la capa anterior, creando un objeto sólido a medida que las capas se apilan una sobre otra. Esta deposición capa por capa es lo que distingue a la FDM de los procesos de fabricación sustractiva, donde el material se extrae de un bloque sólido.El proceso FDM requiere estructuras de soporte en algunos casos, especialmente para voladizos o geometrías complejas. Estos soportes suelen estar hechos del mismo material que la impresión y pueden retirarse una vez finalizado el objeto.
Ventajas del modelado por deposición fundida (FDM)
1. Rentabilidad: Una de las principales ventajas de la impresión FDM es su asequibilidad. Las impresoras suelen ser más económicas en comparación con otras tecnologías de impresión 3D como la sinterización selectiva por láser (SLS) o la estereolitografía (SLA). Además, los materiales termoplásticos utilizados en la impresión FDM son relativamente económicos, lo que la convierte en una opción atractiva para aficionados, pequeñas empresas e instituciones educativas.
2. Facilidad de uso:Las impresoras FDM son ampliamente reconocidas por sus interfaces intuitivas y su sencillo funcionamiento. El proceso no requiere posprocesamientos complejos ni una configuración compleja, lo que las hace ideales para personas con poca experiencia en impresión 3D. Muchas impresoras FDM vienen preensambladas y su configuración suele ser mínima.
3. Amplia selección de materiales:FDM ofrece una amplia selección de materiales termoplásticos, como PLA, ABS, nailon, TPU (poliuretano termoplástico) y más. Estos materiales varían en resistencia, flexibilidad y resistencia a la temperatura, lo que permite a los usuarios elegir el más adecuado para sus necesidades específicas. Además, existen filamentos compuestos que incorporan otros materiales como fibra de carbono o partículas metálicas para un rendimiento superior.
4. Prototipado rápido:La tecnología FDM es especialmente beneficiosa para el prototipado rápido. Ingenieros, diseñadores y fabricantes pueden producir rápidamente prototipos funcionales para probar la forma, el ajuste y la función, lo que permite una iteración de diseño más rápida. Esto reduce significativamente el tiempo y los costes de desarrollo, especialmente en sectores donde la velocidad es crucial.
5. Personalización:El FDM permite una fácil personalización de diseños, lo que lo hace ideal para crear objetos únicos o lotes pequeños de artículos únicos. A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, el FDM permite crear geometrías complejas sin necesidad de moldes ni herramientas costosas.
6. Soporte para producción en lotes pequeños:La tecnología FDM es adecuada para producciones a pequeña escala, ofreciendo una alternativa más flexible y rentable a los métodos de producción en masa. Esto la hace ideal para productos de edición limitada, repuestos o fabricación a pequeña escala.
Desventajas del modelado por deposición fundida (FDM)
1. Menor resolución y detalle:La impresión 3D por moldeo por inyección (FDM) suele producir piezas con menor resolución en comparación con otras tecnologías de impresión 3D como SLA o SLS. Las líneas de capa pueden ser visibles en la superficie del objeto impreso, lo que puede resultar en un acabado rugoso. Es posible que se requieran técnicas de posprocesamiento como el lijado o el alisado para mejorar la calidad de la superficie.
2. Limitaciones de fuerza:Si bien los termoplásticos utilizados en FDM son relativamente resistentes, no siempre son tan duraderos ni robustos como los materiales producidos mediante otros métodos de fabricación. Por ejemplo, la resistencia de las impresiones FDM puede verse comprometida a lo largo de las líneas de capa, lo que las hace más susceptibles a roturas o deslaminación bajo tensión.
3. Propiedades limitadas del material:Aunque existe una amplia variedad de materiales disponibles para FDM, algunos materiales especiales, como aleaciones de alta temperatura o alta resistencia, no son compatibles. Esto hace que el FDM no sea adecuado para aplicaciones que requieren propiedades extremas, como la industria aeroespacial o ciertas piezas de automoción.
4. Tiempo de impresión:Las impresiones FDM pueden requerir mucho tiempo, sobre todo para objetos grandes o complejos. Dado que el proceso se construye capa a capa, puede ser lento, sobre todo en comparación con otras tecnologías como la impresión por inyección de tinta o los métodos basados en resina.
5.Estructuras de soporte:Para geometrías complejas con salientes o cavidades internas intrincadas, la FDM requiere estructuras de soporte, lo que puede incrementar el consumo de material y el tiempo de posprocesamiento. Si bien se pueden utilizar materiales de soporte solubles, estos pueden incrementar el coste total y la complejidad del proceso de impresión.
Aplicaciones del modelado por deposición fundida (FDM)
1.Prototipado:Una de las aplicaciones más comunes del FDM es la creación de prototipos. Los diseñadores e ingenieros utilizan el FDM para producir rápidamente prototipos funcionales que pueden probarse e iterarse. La velocidad y la rentabilidad del FDM lo hacen ideal para las primeras etapas del desarrollo de productos.
2.Educación:Gracias a su asequibilidad y facilidad de uso, el FDM se utiliza ampliamente en instituciones educativas. Ofrece a estudiantes y docentes la oportunidad de explorar conceptos de diseño y fabricación, así como de crear modelos para proyectos de ciencia, ingeniería y arte.
4. Fabricación y producción en lotes pequeños:El FDM se puede utilizar para la producción a pequeña escala de piezas o productos personalizados, como repuestos, herramientas especializadas y artículos a medida. Esto resulta especialmente útil para industrias que requieren una producción de bajo volumen o plazos de entrega rápidos.
5.Atención sanitaria:La FDM tiene aplicaciones en el ámbito sanitario, como la producción de implantes médicos, prótesis y modelos anatómicos personalizados para la planificación quirúrgica. La capacidad de producir modelos específicos para cada paciente permite soluciones terapéuticas personalizadas.
6.Aeroespacial y Automotriz:Aunque está limitado por las propiedades del material, el FDM se utiliza en las industrias aeroespacial y automotriz para la creación rápida de prototipos de piezas, así como para la producción de herramientas y accesorios que ayudan en los procesos de fabricación.
Conclusión
El modelado por deposición fundida (FDM) es una tecnología de impresión 3D versátil y ampliamente accesible que ha revolucionado la creación rápida de prototipos, el desarrollo de productos y la fabricación a pequeña escala. Gracias a su rentabilidad, facilidad de uso y flexibilidad de materiales, el FDM se ha convertido en una herramienta invaluable en diversas industrias. Si bien presenta algunas limitaciones, especialmente en cuanto a resolución y resistencia del material, sus ventajas lo hacen ideal para numerosas aplicaciones, desde la creación de prototipos hasta proyectos de bricolaje y la producción de lotes pequeños. A medida que la tecnología de impresión 3D continúa evolucionando, es probable que el FDM siga siendo un método esencial para la creación de objetos personalizados y funcionales en una amplia gama de sectores.
