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Impresora 3D de filamento
Imprima dos pilares unidos por un puente y una torre delgada junto a ellos, y observe cómo el material fundido se deposita cordón a cordón, cómo los hilos sin apoyo se comban hasta endurecerse y cómo la punta de la torre sigue blanda. Cambie el flujo y la velocidad para ver cómo el cordón se ensancha o se adelgaza, apague el ventilador o aumente la luz del puente para que se combe, y fije un tiempo mínimo de capa para que la torre se enfríe.
Qué ocurre
Una impresora de filamento CoreXY imprime una pieza de prueba de PLA: dos pilares de sección cuadrada de 6 mm de lado y 10 mm de altura, unidos por un puente de 13 hilos sin apoyo, y junto a ellos una torre de 4 mm de lado y 20 mm de altura, en capas de 0,2 mm con líneas de 0,45 mm de ancho. Cada movimiento empieza y termina en reposo y acelera a 3 m/s², de modo que uno corto nunca alcanza la velocidad fijada. El extrusor empuja el material que el laminador asigna a cada línea, pero el fusor solo funde una cantidad limitada por segundo: a 210 °C el núcleo del filamento alcanza su temperatura de fluidez dentro de la zona de fusión solo hasta 7,60 mm³/s, así que un cordón completo solo se deposita hasta 84,5 mm/s. Cada capa es un nodo térmico, y el cordón que se está depositando se sigue en celdas que conducen el calor a la capa inferior; la pieza cede calor al aire del chorro del ventilador y por radiación, y su primera capa, además, a la cama caliente. Un hilo tendido sobre el hueco se enfría en el aire y se comba estirándose como un fluido viscoso hasta endurecerse por debajo de 70 °C.
La impresión dura 322 s y deposita 1039 mm³ de material fundido: 5,22 s por capa mientras crecen los pilares, 8,74 s para la capa del puente y 1,03 s por capa cuando solo queda la torre. Un hilo queda anclado 0,167 s después de depositarse su punto medio, a 149 °C; con el ventilador se enfría con una constante de tiempo de 0,414 s y el puente de 20 mm adquiere una flecha de 0,735 mm; con una luz de 40 mm, la flecha llega a 1,14 mm. Con el ventilador apagado, la constante de tiempo es de 1,88 s y la flecha del puente, de 2,01 mm. La torre impresa en solitario conserva una punta blanda de unos 4,0 mm de profundidad con el ventilador y de 11,6 mm sin él; por debajo de la punta, su calor se atenúa a lo largo de 3,34 mm, como en una aleta que crece. Un tiempo mínimo de capa de 10 s mantiene la punta casi firme. Un flujo del 120 % deposita un cordón de 0,54 mm de ancho; uno del 80 %, un cordón de 0,36 mm con huecos entre las líneas. A 120 mm/s el fusor no da abasto con los cordones largos: los hilos se depositan con solo 0,317 mm de ancho, la impresión deposita 975 mm³ y es solo un 12 % más rápida.
Modelo: una trayectoria fija con parada exacta en las esquinas y sin retardo de presión en la boquilla; el límite de fusión se obtiene del primer modo radial del calentamiento del filamento. Las capas son nodos de parámetros concentrados, y el cordón que se deposita se sigue en celdas de 1 mm; la convección sigue la ley de Kramers para el chorro del ventilador y la radiación está linealizada. La flecha es el estiramiento de un hilo viscoso, concentrado en su punto medio y contado desde su anclaje; no se modelan la resistencia de la unión entre cordones, la cristalización ni el alabeo. RK4 con paso de 1/120 s; el volumen alimentado es igual al volumen de la pieza, y el balance térmico de fundido, convección, radiación, cama y calor almacenado cuadra.
Qué probar
Observe las primeras capas, luego el puente y la torre impresa en solitario, y lea la flecha y la profundidad de la punta blanda. Después apague el ventilador, cambie el flujo o la velocidad, o fije un tiempo mínimo de capa, y vuelva a imprimir.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones t = L/v + v/a (L ≥ v²/a), t = 2·sqrt(L/a) (L < v²/a) Q = min(k·w·h·v, Q_max), w_bead = Q/(v·h) Q_max = A_f·L_m / (τ_f·ln((T_n − T_0)/(T_n − T_flow))) T = T_a + (T_0 − T_a)·e^(−t/τ), τ = ρ·c·d / (4·(h_c + h_r)) d(δ³)/dt = 3·ρ·g·L⁴ / (128·μ(T))
