La impresión 3D se ha convertido en una tecnología mucho más convencional, con máquinas de impresión disponibles a casi todos los precios. La mayoría de las personas que desean una impresora 3D probablemente puedan encontrar un modelo que puedan pagar. A pesar de esto, la impresión 3D es todavía tan nueva que pocas personas saben cómo funciona. 

Es por eso que ahora es un buen momento para responder a la pregunta " ¿Cómo^(How) funciona la impresión 3D?". ¡Hay una gran posibilidad de que tengas que usar uno eventualmente!

Impresión 3D aditiva vs sustractiva^{(Additive vs Subtractive 3D Printing)}

Hay dos grandes categorías de impresión 3D. Las impresoras 3D que puedes comprar tú mismo son casi todas máquinas “aditivas”. En otras palabras, construyen objetos 3D agregando material (generalmente en capas) hasta que el objeto está completo. Las impresoras 3D en las que la gente piensa cuando escucha "impresora 3D" casi siempre son de la variedad aditiva.

La impresión 3D sustractiva es muy diferente. Aquí comienza con una cantidad fija de material y luego retira material hasta que solo quede el objeto terminado. Un escultor que hace una estatua de mármol usa un método sustractivo. Las máquinas sustractivas generalmente se encuentran en grandes talleres y entornos industriales. Los sistemas de fresado CNC^(CNC) (control numérico por computadora) son probablemente el ejemplo más conocido.

De ahora en adelante, solo nos concentraremos en las máquinas aditivas, ya que son relevantes para el consumidor promedio. Solo sepa que las máquinas sustractivas pertenecen a la misma familia extendida de impresoras 3D que la que podría poner en un escritorio.

Modelado por deposición fundida, estereolitografía y sinterización selectiva por láser^{(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)}

Los tres métodos principales de impresión 3D aditiva son FDM (modelado por deposición fundida), estereolitografía ( SLA ) y sinterización selectiva por láser ( SLS ).

La impresora FDM da Vinci^{(The da Vinci FDM Printer)(The da Vinci FDM Printer)}

FDM es el sistema de grado de consumidor más común. Con este tipo de impresoras, un filamento de material pasa a través de un cabezal de impresión caliente. El cabezal de impresión se coloca con precisión en el espacio 3D y deposita una capa de material de acuerdo con las instrucciones programadas exactas. Existen diferentes enfoques para FDM , pero hablaremos de eso en un momento.

La impresora Nobel SLA^{(The Nobel SLA Printer) (The Nobel SLA Printer )}

La estereolitografía^{(Stereolithography)} es mucho menos común en los sistemas de consumo. Estas impresoras usan láseres para curar una resina líquida en un material plástico sólido. Por lo general, el objeto se "saca" de una tina de resina, formando capa por capa a medida que se eleva del material. En los últimos años, las impresoras SLA se han vuelto más compactas y asequibles. Por lo tanto, es una alternativa real a las impresoras FDM , según el tipo de modelo final que elija.

^(Selective)La sinterización selectiva por láser ( SLS ) utiliza un potente láser para fusionar un polvo de polímero. El polvo real actúa como una estructura de soporte para la impresión, por lo que este tipo de impresión no necesita un andamiaje especial. SLS no es un tipo de FDM que encontrará en el escritorio. Sigue siendo una tecnología industrial por ahora.

Impresoras robóticas cartesianas y delta^{(Cartesian & Delta Robot Printers)}

Una impresora robot Delta^{(A Delta Robot Printer)(A Delta Robot Printer)}

El tipo más común de impresora FDM es la impresora 3D cartesiana. El nombre hace referencia a coordenadas cartesianas. Esas son las coordenadas XYZ que todos aprendimos en la escuela. El cabezal de impresión se puede mover a cualquier coordenada XYZ dentro del espacio del volumen de impresión. La matemática es simple, las impresoras son bastante asequibles y la calidad de impresión es precisa. 

Sin embargo, según cuán granulares sean las coordenadas XYZ, es posible que las superficies curvas no sean tan suaves como deberían, lo que requiere un trabajo de acabado manual.

Las impresoras robóticas de Delta^(Delta) adoptan un enfoque diferente. El cabezal de impresión está montado en tres brazos que corren sobre tres rieles. Al variar la altura de cada brazo, el cabezal de impresión puede girar. Este diseño permite que el cabezal de impresión oscile en curvas reales y también permite que se impriman objetos altos dentro del volumen de impresión.

Básicamente, cuanto más largos sean los rieles, más alto puede ser el modelo. En lugar de las coordenadas XYZ, las impresoras robóticas delta utilizan la trigonometría para calcular la posición del cabezal de impresión. El resultado final es que no pueden alcanzar la misma resolución de impresión que las impresoras cartesianas.

Para comprender realmente el concepto de robot delta, debe verlo en acción. Echa un vistazo a este vídeo de Johann Rocholl y rápidamente entenderás el concepto.

Observe^(Notice) la articulación de los brazos y la libertad y suavidad con que se puede mover el cabezal de impresión.

Materiales de impresora 3D^{(3D Printer Materials)}

Las impresoras 3D utilizan una variedad de materiales, pero hay dos plásticos que son, con mucho, los más comunes en las aplicaciones de consumo: ABS y PLA .

El ABS^(ABS) ( acrilonitrilo butadieno estireno^{(Acrylonitrile Butadiene Styrene)} ) es exactamente el mismo plástico del que están hechos los ladrillos LEGO . Este plástico es susceptible de deformarse cuando se enfría y necesita una impresora con una cama de impresión calentada. Es bastante resistente a los impactos, pero no particularmente fuerte. Es adecuado para fabricar piezas prototipo e incluso piezas finales que no son de carga.

El PLA^(PLA) ( ácido poliláctico^{(Polylactic Acid)} ) tiene un punto de fusión bajo, no se deforma mucho, es fácil de trabajar y tiene menos impresiones fallidas. También es demasiado frágil para cualquier uso práctico, pero es brillante para crear modelos suaves y detallados que solo están destinados a ser mirados.

La buena noticia es que la mayoría de las impresoras 3D de consumo funcionarán con estos dos materiales económicos. Para que pueda cambiarlos según lo requieran sus necesidades.

El filamento de nailon^(Nylon) es otra opción e incluso hay impresoras que utilizan madera o metal como material. Las impresoras de próxima generación también pueden manejar más de un filamento a la vez, lo que permite impresiones de materiales mixtos o multicolores.

El proceso típico de impresión 3D^{(The Typical 3D Printing Process)}

Si nunca ha realizado una impresión 3D usted mismo, probablemente tenga curiosidad acerca de cómo funciona realmente desde la perspectiva del usuario. Si bien usar una impresora 3D no es tan fácil como eliminar impresiones 2D en una impresora láser o de inyección de tinta, no es tan difícil como podría pensar.

Después de configurar la impresora de acuerdo con el manual, con la calibración y la nivelación realizadas correctamente, primero necesita un modelo para imprimir.

Puede hacer su propio modelo, usando algo como Zbrush o AutoCAD^{( Zbrush or AutoCAD)} , pero es probable que la mayoría de la gente descargue un modelo de un sitio en línea. La primera parada definitivamente debería ser Thingiverse , que posiblemente sea la colección más famosa de modelos enviados por los usuarios. Sin embargo, hay muchas alternativas^{(alternatives)} .

Después de obtener un modelo en un formato compatible, lo abrirá en el software que vino con su impresora. Todos se ven y funcionan de manera diferente, pero el concepto básico es el mismo. También es posible que desee tratar primero un modelo 3D con Meshmixer , lo que garantiza que un modelo 3D sea sólido y adecuado para la impresión.

En el software de la impresora 3D, elegirá el tamaño y la calidad del modelo y el software lo convertirá en "rebanadas" que representan cada capa de impresión. También calculará el “andamiaje” que hay que imprimir para soportar el modelo mientras se fabrica. Este material se puede romper cuando se realiza la impresión.

Con todo ese trabajo de preparación detrás de usted, la impresión puede comenzar. Dependiendo de la configuración de calidad, ¡es posible que tenga que esperar mucho! Las impresiones de alta calidad varían de unas pocas horas a unos pocos días. Afortunadamente^(Thankfully) , algunas impresoras 3D te permiten controlar el progreso de tu impresión de forma remota a través de una aplicación.

Una vez que la impresión esté lista, la quitará de la cama y luego la liberará del andamiaje. En muchos casos tendrás que terminar el modelo con papel de lija y herramientas de corte especiales para eliminar las imperfecciones. ¡Algunas personas incluso pintan sus modelos! El único límite real es tu creatividad.

Si está ansioso por comprar una impresora 3D, estas son nuestras mejores^{(best picks)} opciones y si tiene un presupuesto limitado, estas son opciones más económicas.

HDG Explains : How Does 3D Printing Work?

3D рrinting has become a much more mainstream technolоgy, with printing machinеs available at just about every price point. Most people who want a 3D printer can probably find a model they can afford. Deѕpite this, 3D printing is still sо new that few people know how it wоrks. 

This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!

Additive vs Subtractive 3D Printing

There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.

Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.

We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.

Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering

The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).

The da Vinci FDM Printer

FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.

The Nobel SLA Printer 

Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.

Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.

Cartesian & Delta Robot Printers

A Delta Robot Printer

The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise. 

However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.

Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.

Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.

To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.

Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.

3D Printer Materials

3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.

PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.

The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.

Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.

The Typical 3D Printing Process

If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.

After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.

You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.

After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.

In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.

With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.

Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.

If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.

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