Por Fabián Fagua
Introducción
Imagina por un momento que has pintado cuadros en pequeños lienzos por los últimos diez años, pero ahora quieres pintar un mural. Puedes imaginar todos los cambios que debes hacer en tu labor para completar con éxito esta nueva tarea. ¿Crees que podrías conseguir en tu tienda de arte habitual todos los componentes que requerirías? ¿Cuánto tiempo tardarías para completar el mural con un pincel, o deberías cambiar a una brocha más grande?
Con esta idea en mente, Innow ha dado el paso de construir una impresora 3D de grandes dimensiones para el sector de la construcción. No ha sido fácil lograrlo pero creemos que ahora tenemos algo importante que mostrar. Así que, presentamos esta nueva secuencia de artículos para contarles nuestra aventura y en qué parte del camino nos encontramos.
La impresión 3D es un proceso de fabricación que se utiliza para crear objetos tridimensionales a partir de un modelo digital. En esta técnica, se utiliza una impresora 3D para generar capas de material que se van superponiendo hasta formar el objeto final. Puede utilizarse para producir piezas de una gran variedad de tamaños, formas y materiales. Se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, desde la fabricación de prototipos y piezas de precisión, hasta la creación de objetos artísticos y de diseño. También se está utilizando cada vez más en la construcción, ya que permite la impresión de módulos personalizados que se pueden acoplar para crear edificios complejos y en poco tiempo de fabricación.
La impresión 3d de escritorio es el término asimilado por el mercado para máquinas que producen objetos a partir de un modelo digital. El material de impresión más usado en este proceso es el plástico, pero también son accesibles las máquinas que trabajan con resinas o incluso arcillas.
Durante más de diez años de masificación, se han establecido máquinas que pueden imprimir dentro de un cubo de 20 cm de lado. Esta dimensión se considera como el estándar para imprimir plástico y, aunque en los últimos cinco años las máquinas han aumentado su cubo de impresión a 30 cm e incluso 40 cm de lado, el estándar sigue siendo máquinas alrededor de los 20 x 20 x 20 cm de impresión.
Cuando se aumenta este volumen, las máquinas experimentan considerables cambios en materiales, componentes y procesos. Este cambio causa que se use un término diferente para mencionar máquinas grandes: ahora se habla de Impresión 3D de GRAN FORMATO. En este artículo podrás encontrar diferencias entre impresión 3d de escritorio e impresión 3d de gran formato y sus principales características y aplicaciones.
Características de la impresión 3d de escritorio
Esta sección puede ser algo precisa y técnica. En ella, se exploran las características de las impresoras y, a partir de comparaciones, se busca explicar las implicaciones de cambiar de escala en esta técnica de manufactura aditiva.
Las máquinas de escritorio tienen diferentes precios, pero el factor que más influye es el volumen de impresión. En el caso de una impresora cartesiana fabricada en China de gama media con un volumen de impresión de 22cm x 22cm x 22cm ronda alrededor de los 236 USD, en comparación con los 550 USD de una máquina de la misma marca pero con volumen de 30cm x 30cm x 40cm. Lo que es evidente es que el costo de la máquina es más del doble, pero el volumen de impresión no sigue esta proporción. Las dos máquinas tienen la misma boquilla de 0.4 mm, motores similares y pueden imprimir a velocidades muy cercanas a los 100 mm/s. La mayor diferencia es su volumen de impresión.
Los pinceles son como la boquilla, el tiempo que se requiere para pintar un lienzo depende del tamaño, o en nuestro caso la base de impresión. El estándar de tamaño de boquilla en la impresión 3d de escritorio es de 0.4 mm y se requiere de 8 días más 10 horas para llenar completamente un cubo de 20 cm de lado (a una velocidad de 100 mm/s y 0.3 mm de altura de capa), con relleno sólido. Con una boquilla estándar de 0.4 mm la máxima altura de capa (también llamada resolución) es 0.3 mm y la mínima es 0.05 mm. (tutorial de Prusa3D).
Tratar de imprimir una pieza grande es un compromiso entre tiempo y resolución: A mayor resolución (0.1 mm por ejemplo) se va a requerir más tiempo, si se quiere imprimir menos tiempo lo recomendado es disminuir la resolución.
| Boquilla (mm) | Velocidad (mm/s) | Resolución | Altura de capa (mm) | Tiempo (horas) |
| 0.4 | 100 | Alta | 0.1 | 539 |
| 0.4 | 100 | Media | 0.2 | 286 |
| 0.4 | 100 | Baja | 0.3 | 202 |
Tiempo de impresión aproximados para polímeros con boquilla de 0.4 mm
Adicional al tiempo de impresión es importante mencionar que las máquinas de escritorio requieren procesos previos o posteriores a la impresión. En el caso de la impresión con resinas el tiempo de limpieza y curado de las piezas pueden incluso igualar el tiempo requerido por la máquina. En el caso de las impresoras de arcilla, la preparación de la mezcla es un tiempo considerable. Según nuestras pruebas, el tiempo que requiere alistar un kilo de arcilla en el contenedor de la impresora es de 4 horas, incluyendo mezcla, hidratante, llenado del contenedor y limpieza de las herramientas.
¿Qué cambia si se aumentan las dimensiones de impresión?
Seguramente al pintar un mural se requiera una escalera, más pintura y brochas grandes de diferentes tamaños. Toda la experiencia que se tiene pintando cuadros es valiosa, pero con el cambio de tamaño también se encuentran otros retos por superar. En el caso de la impresión 3d de gran formato el reto de cambiar de tamaño se centra en la materia prima, la resolución y el tiempo de impresión.
El material de impresión en el caso de tecnología FDM funciona con un carrete de 1 Kg, con un costo aproximado de 25 USD por carrete. Para imprimir un cubo de 20 cm de arista al 100% de relleno y una velocidad de 100 mm/s con material PLA (estándar en la impresoras de escritorio) se requieren de 3.3Kg y 202 horas de impresión. Por el momento son valores manejables, pero si en lugar de un cubo de 20 cm se quiere imprimir un cubo de 100 cm, se requiere de 3.750 Kg y 25250 horas para lograrlo. En este caso el costo es demasiado alto. Por esta razón la impresión de gran formato ha tenido varias estrategias para mejorar estos valores.
-
Es importante notar que el ejercicio se está calculando para un cubo completamente relleno, no obstante estos objetos no son comunes en la impresión 3d, pues esta permite nuevas formas geométricas de relleno, que alivianan el objeto resultante sin fallas estructurales
La primera modificación es imprimir con boquillas más grandes: en el caso de impresoras de plástico, las boquillas van desde 1mm hasta 5 cm de diámetro. Al aumentar el diámetro de la boquilla se puede aumentar la altura de capa. Esto tiene la consecuencia de disminuir la resolución, pero el tiempo de impresión disminuye considerablemente.
Como segunda modificación está la resolución. Al disminuir la resolución se aumenta la altura de capa, esto permite extruir más volumen de material que cubre más espacio en menos capas. Como regla para deposición de material, la altura máxima de capa es el 70% del diámetro de la boquilla.
| Boquilla (mm) | Velocidad (mm/s) | Resolución | Altura de capa (mm) | Tiempo (horas) |
| 0.4 | 100 | baja | 0.3 | 202 |
| 1 | 100 | baja | 0.7 | 35 |
| 50 | 100 | extra baja | 35 | 8 |
Tiempo de impresión aproximados para cubo de 20 cm de arista, impreso con polímeros y boquilla de variable
Como consecuencia de aumentar el diámetro de la boquilla y la altura de capa, el objeto impreso se logrará construir en menos tiempo. Esto implica que las capas serán más visibles; en este caso es un compromiso que se debe considerar dependiendo de la aplicación.
Nuevas posibilidades de impresión
Asumiendo todos estos cambios y solucionando los retos que se presentan al aumentar la escala de impresión, se abren muchas oportunidades para objetos construidos con una impresora 3d de gran formato.
Thingiverse es la plataforma más popular donde se comparten archivos imprimirles, ha categorizado sus archivos con etiquetas como: Arte, Moda, Gadgets, Hobby, Hogar, Aprendizaje, Modelos y Maquetas, Herramientas y Juguetes. Esto nos da un panorama general de las aplicaciones de la impresión 3D de escritorio, pero cambiando la escala de 20 cm a impresoras con capacidades de gran formato, ¿te puedes llegar a imaginar los nuevos temas? Cuéntanos en los comentarios que objeto o tema te gustaría encontrar en gran formato. Entre lo que nos imaginamos, el mobiliario (sillas, mesas, armarios, etc) sería lo más popular, inclusive módulos tipo lego que se puedan ensamblar para construir casas.
Con mucha creatividad se pueden construir cosas increíbles. Te dejamos los tres creadores que consideramos grandes referentes para nosotros:
Urban Cabin: Replantea la intimidad y el espacio individual dentro de la ciudad. Una inserción precisa cambia la antigua zona industrial por un refugio para escapar de la velocidad de la vida cotidiana y disfrutar del verano.
Fotografías: Ossip
Casa Covida : “una residencia de convivencia en la época de pandemia por covid, es una experiencia que combina la impresión 3D con materiales de construcción autóctonos y tradicionales. La casa experimental explora nuevas y viejas formas de vida y está ubicada en el alto desierto alpino del histórico Valle de San Luis de Colorado, donde el adobe -una combinación de arena, limo, arcilla, agua y paja que secada al sol- es el material de construcción tradicional de la región.”
Fotografías :Elliot Ross, Rael San Fratello
Milestone Project: En la ciudad de Eindhoven (Países Bajos) se construyó la primera de cinco casas de hormigón impresas en 3D. Todas las casas están ocupadas, cumplirán con todos los requisitos de confort modernos y serán compradas y alquiladas por una empresa inmobiliaria.
Fotografía: Mileston Projects
Conclusiones
La impresión 3D está cada vez más presente en nuestras vidas y es ahora una herramienta asequible que puede estar en cualquier escritorio. Desde Innow, tenemos la certeza que el siguiente paso son las impresoras 3d de gran formato. Los cambios son progresivos pero ya se pueden ver proyectos reales que muestran una mirada al futuro cuando esta tecnología se masifique en el sector de la construcción.
En la actualidad los modelos de negocio se están proponiendo con enfoques innovadores pero requieren de tecnologías físicas para poder garantizar su propuesta de valor. En Innow hemos seguido de cerca los avances de la impresión 3D de gran formato enfocada en construcción y podemos decir que el movimiento se está acelerando, facilitando al usuario final habitar espacios icónicos, tecnológicos y en conexión con el medio ambiente.
Muestra de ello es el proyecto TOVA que les compartimos en una entrada anterior, que usa material de última milla, junto con impresión 3D para construir un espacio habitacional con huella de carbón casi cero. Otro ejemplo es el proyecto WASP
Seguiremos contándoles nuestra experiencia sobre máquinas de gran formato en futuras publicaciones. Si te interesa este tema y quieres contactarte con nosotros te dejamos nuestras redes. ¡Siéntete libre de escribirnos y compartir esta información!
Innow en Instagram: @innowpro
LinkedIn: Innow Pro
En nuestros correos: innow.projects@gmail.com ; fabian@innowpro.com