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IMPRESION 3D POR DEPOSICION DE MATERIAL FDM o Extrusión del material (Material Extrusión)

Este proceso fue patentado por la gigante Stratasys en 1984 con el nombre de FDM (Fused Deposition Modelling).

Su rival, la gigante 3D Systems se refiere a esta tecnología como PJP (Plastic Jet Printing), otros nombres para este mismo proceso son FFM (Fused Filament  Modelásering), MEM (Melted And Extruded model lásering), FFF (Fused Filament Fabrication), o método de deposición por fusión. (fused Deposition Method) el hecho de que las iniciales de este método den también el acrónimo FDM es pura coincidencia.

Este es un método de fabricación relativamente simple y barato que produce artículos medianos y grandes, en materiales probados, sin embargo, en el lado de las desventajas están el hecho de que las capas dejan gradas de +-0.1mm en las impresoras caras de miles de dólares y de 0.2-0.5mm en las impresoras baratas de unos cuantos cientos de dólares (pese a lo que digan los fabricantes), y una precisión de 0.2mm en los otros dos ejes. Esta precisión no se ve a simple vista, pero se puede sentir al tacto. Para hacerlo más liso se somete al objeto a un tratamiento con vapor de acetona.

Figura 1

La figura provee una ilustración de como realmente trabaja la extrucción del material. Un carrete de material en forma de filamento alimenta lentamente la cabeza de impresión que es calentada a 180-230°C. esta temperatura funde el filamento, el cual es extruido en la tobera ligeramente plana de la cabeza de impresión. Inicialmente, el filamento fundido es depositado directamente sobre una superficie horizontal plana conocida como “plataforma de impresión “o “cama de impresión”.

 El material depositado se enfría rápidamente solidificándose, con la cabeza de impresión moviéndose en dos dimensiones del espacio (X, Y) para trazar la primera capa del objeto. Algunas impresoras realizan este movimiento moviendo la cabeza de impresión de norte a sur y de este a oeste. Mientras que otras, deslizan la cabeza de impresión de atrás hacia adelante en un eje, mientras que mueven la plataforma de impresión en la otra dirección. Una vez que la primera capa ha sido depositada, la plataforma de construcción baja un poco y una siguiente capa es depositada.

Note que un objeto producido en capas de 0.3mm toma la mitad de tiempo hacerlo que uno de 0.15mm. También durante la impresión los objetos pueden pandearse, torcerse, o encogerse durante la impresión y en algunos casos lo hacen de forma significativ, para prevenir esto las impresoras 3D están provistas de plataformas de construcción de cama caliente, esto previene el enfriamiento de las capas inferiores. Las impresoras 3D industriales realizan la impresión en cámaras cerradas.

Algunas impresoras 3D de bajo costo tienen ventiladores diminutos adosados a la cabeza de impresión que apuntan hacia la impresión para incrementar la velocidad de las capas que están siendo impresas. Otra estrategia es imprimir los objetos con soportes para las partes en voladizo. Estas partes que no forman parte de la pieza tienen que ser removidas una vez finalizada la impresión. Haciendo el interior del objeto menos solido ayuda a evitar la distorsión.

Actualmente es posible para las impresoras de bajo costo disponer de materiales reservados para uso industrial e impresoras 3D caras. Son los elastómeros termoplásticos (TPE). No es para menos, los materiales termoplásticos de poliuretano “WolfBend” de <AirWolf 3D> y “Ninjaflex” de Fenner drives permiten ahora a los entusiastas de la impresión 3D fabricar componentes flexibles.

Adicionalmente también están entrando al mercado algunos filamentos de composites que combinan un termoplástico con otro material esto desde luego abre nuevas posibilidades a la impresión 3D. Materiales que se asemejan al MDF con menos posibilidades de distorsión son ahora posibles.

La tecnología de impresión por extrusión también ha sido desarrollada para materiales como metales, concreto, arcilla y alimentos.

Se usan filamentos de 1.75-3mm de diversos materiales. Los materiales termoplásticos más comunes que se usan en el método FDM son:

Nylon, polycarbonate PC (policarbonato) y un compuesto de policarbonato y ABS. Para fabricar componentes flexibles como el caucho, está el poliuretano termoplástico (polyurethane thermoplastic -TPU) de reciente introducción. Se tiene también el ABSi que puede ser esterilizado con radiación gamma y óxido de etileno (ethylene oxide). Esto permite imprimir partes para uso en la industria de alimentos o medicina. El ABSi también es translucido haciéndolo útil para aplicaciones como luces traseras de los vehículos. A continuación, se detallan las características de los materiales citados y otros.