FDM vs MJF Impresión 3D - ¿Cuál es mejor y por qué?

1. IMPRESIÓN 3D CON TECNOLOGÍA FDM

1.1. ¿QUÉ ES UNA IMPRESORA 3D FDM?

Una impresora de filamento FFF (Fused Filament Fabrication) o FDM (Fused Deposition Modeling) es una impresora 3D que se utiliza más frecuentemente en el desarrollo de proyectos iniciales y en la prototipación. El material (plástico fundido) se deposita por un sistema de tres ejes en capas individuales, que luego se funden juntas para formar el modelo 3D. Los bajos costos de adquisición, en Amazon puedes encontrar impresoras FDM a partir de poco más de 100€, y la relativa simplicidad de uso hacen que esta tecnología sea la más popular entre los makers.

En la tecnología FDM, un filamento a) de material plástico se alimenta a través de un cabezal móvil b) calentado que lo funde y extruye depositándolo, capa a capa, en la forma c) deseada. Una plataforma móvil e) desciende después de depositar cada capa. Para este tipo de tecnología de impresión 3D, se requieren estructuras de soporte verticales d) adicionales para sostener las piezas que sobresalen. Fuente: Wikipedia por Paolo Cignoni.

1.2. ¿CÓMO FUNCIONA UNA IMPRESORA FDM?

El archivo 3D del modelo que se desea imprimir es procesado por un software de "slicing" (los más utilizados y fáciles de usar son Cura, Simplify3D y PrusaSlicer), el cual lo divide en capas del grosor deseado y, al mismo tiempo, genera un archivo en G-code que describe los movimientos de los ejes necesarios para crear la pieza. Luego, la impresora FDM derrite el filamento de plástico sólido y lo extruye a través de una boquilla, capa por capa, formando así el objeto 3D en la plataforma de construcción. Las capas generalmente tienen un grosor que va desde 0,1 mm hasta 0,5 mm, pero también pueden ser más gruesas o más delgadas según el propósito del objeto que se está creando.

Proceso de impresión: extrusor de impresión (1), material depositado (2) y plano de construcción (3).
Fuente: Wikipedia por Paolo Cignoni

1.3. ¿CUÁLES SON LOS MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN LAS IMPRESORAS FDM?

Los dos materiales más utilizados en la impresión FDM son ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) y PLA (ácido poliláctico). Ambos son económicos y están disponibles en varios colores.

• PLA: ofrece una calidad superficial entre las mejores en la impresión FDM, es uno de los materiales más fáciles de imprimir y también es biodegradable, pero no es resistente a impactos y temperaturas superiores a 60 grados.
• ABS: ofrece buena resistencia y características térmicas, pero requiere una buena ventilación ya que emite olores fuertes durante la impresión. Necesita una plataforma de construcción calentada para evitar deformaciones.

La impresión FDM ofrece una buena gama de materiales. Fuente: filament to print.

FACT: Las impresoras FDM profesionales con precios a partir de 25K€ y que cuentan con cámaras calefactadas y boquillas que imprimen a más de 500 grados y poseen una mecánica adecuada pueden producir piezas técnicas funcionales y de alto rendimiento. Las más populares son Peek, Carbon Peek y otros materiales adecuados para uso industrial y de sustitución de metales.

1.4. ¿PARA QUÉ SE UTILIZAN TÍPICAMENTE LAS IMPRESORAS FDM?

• Fase inicial de exploración: la impresión FDM permite a los usuarios imprimir fácilmente varios proyectos para examinar la forma y el ajuste de la pieza real antes de abordar características detalladas.
• Fase de prototipado de fidelidad media: la impresión FDM es un buen compromiso para pruebas o prototipos que se asemejen a piezas de producción reales. En estos casos, generalmente se utilizan capas delgadas de 0,1/0,2 mm. Esta opción es ideal para obtener comentarios sobre sensaciones y rendimiento.
• Producción en tiradas: aunque es posible ver en línea imágenes de una granja de impresión compuesta por decenas o incluso cientos de impresoras FDM, esta parece ser una solución de nicho debido a la escasa versatilidad mecánica de los materiales de entrada, la lentitud de producción (10 cm3/h en promedio por máquina frente a los aproximadamente 300 cm3/h de la tecnología MJF), la necesidad de soportes y el hecho de que las piezas no estén completamente sólidas, lo que limita las aplicaciones.

FACT: hay fábricas de impresión con más de 500 impresoras FDM.

Fábrica de impresión FDM: en la imagen, la fábrica de Prusa, con más de 300 impresor.

1.5. ¿CUÁLES SON LAS VENTAJAS Y LOS INCONVENIENTES DE LAS IMPRESORAS FDM?

• Ventajas: La ventaja más significativa que ofrecen las impresoras FDM es su bajo costo de adquisición y operación. Dado que son populares en el mercado de consumo, los modelos de impresoras FDM de gama baja comienzan desde 100 euros. Las impresoras FDM son fáciles de usar y ofrecen tiempos de entrega rápidos, desde el diseño hasta el prototipo.
• Desventajas: Las impresoras FDM no ofrecen la misma alta calidad, precisión dimensional o fiabilidad de otras impresoras 3D. La confiabilidad puede ser un problema debido a las frecuentes reimpresiones de piezas y obstrucciones de la boquilla. Por estas razones, FDM no es la mejor opción para imprimir piezas que requieran una alta calidad.

2. IMPRESIÓN 3D CON TECNOLOGÍA MJF

2.1. ¿QUÉ ES Y CÓMO FUNCIONA UNA IMPRESORA 3D MJF?

Multi Jet Fusion es un método de fabricación aditiva inventado y desarrollado por la empresa Hewlett-Packard (HP) y lanzado al mercado en 2016. Las piezas finales presentan acabados superficiales de alta calidad, excelente resolución y propiedades mecánicas más consistentes en comparación con procesos como la sinterización láser selectiva o FDM.

Multi Jet Fusion utiliza una matriz de inyección de tinta para aplicar selectivamente agentes de fusión y detalles sobre una cama de polvo de nylon u otro material, que luego son fusionados por elementos calefactores en una capa sólida. Después de cada capa, el polvo se distribuye sobre la cama y el proceso se repite hasta que se completa la pieza.

Al final del proceso de impresión, la build box se retira de la impresora. Un operador extrae con cuidado las piezas de la caja de construcción y elimina el polvo residual con varios sistemas de granallado.

Para obtener más información sobre el tema, te sugerimos leer: ¿Qué es la impresión 3D MJF?

Representación esquemática del proceso Multi Jet Fusion (MJF): (a) pasos 1-5 del proceso de fusión; (b) unidad de construcción 3D; (c) estación de mecanizado. Fuente: research gate

2.2. ¿CUÁLES SON LOS MATERIALES UTILIZABLES CON LAS IMPRESORAS MJF?

Las impresoras MJF ofrecen un rango limitado de materiales, pero son muy versátiles desde el punto de vista mecánico. Actualmente hay cinco materiales disponibles: PA11, PA12, PA12 GB, TPU y polipropileno. Para obtener más información, te recomendamos leer "Materiales Multi Jet Fusion: los 4 principales y sus prorpiedades".

2.3. ¿PARA QUÉ SE UTILIZAN LAS IMPRESORAS MJF?

Al poder fabricar piezas sólidas al 100% funcionales, con diseños complicados y detallados sin necesidad de ningún soporte, esta tecnología ofrece una amplia gama de soluciones, siendo las principales las siguientes.

• Prototipado rápido: aunque los prototipos pueden crearse con cualquier tecnología de impresión 3D, MJF puede crear prototipos robustos con excelentes propiedades mecánicas para probar completamente la función y la forma.
• Producción en tiradas: la escalabilidad de esta tecnología está alejando cada vez más la producción de bajo volumen de otros métodos de producción, especialmente del moldeo por inyección (ver el artículo Moldeo por inyección vs. impresión 3D. ¿Cómo elegir?). Esto es especialmente cierto para piezas complejas: con la tecnología MJF no se necesitan costosos moldes y no existen las restricciones de diseño presentes en la fabricación de piezas por inyección.

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CONCLUSIONES

Una pregunta que debemos hacernos al considerar si una tecnología es mejor que otra es: ¿mejor para hacer qué?

Sin duda, la llegada de la tecnología MJF ha marcado un salto revolucionario en la facilidad de producción, la calidad de las piezas industriales y la capacidad de competir directamente con la inyección de plástico.

Pero también es cierto que las impresoras FDM, aunque con un rango limitado de usos profesionales, pueden ofrecer piezas visualmente aceptables y una notable variedad de materiales con una inversión que comienza desde aproximadamente 150 euros, en comparación con los 500.000 euros necesarios para adquirir una MJF.