Principios de diseño y consejos prácticos para impresión 3D

 (blog.rahix.de)
2 puntos por GN⁺ 2025-05-05 | 3 comentarios | Compartir por WhatsApp
  • Al crear piezas funcionales con FDM/FFF, se requiere un criterio distinto al del diseño para manufactura convencional, y la clave está en diseñar geometrías que equilibren resistencia, tolerancias, facilidad de impresión y costo.
  • El entorno de referencia es una impresora FFF común con boquilla de 0.4 mm y altura de capa de 0.2 mm, buscando un diseño portable que no dependa del ajuste fino de un equipo específico.
  • La resistencia depende más de la orientación de impresión, los shells perimetrales, las secciones transversales grandes y los filetes, es decir, del recorrido de la carga y de cómo se distribuye el material en la superficie, que de usar 100% de infill.
  • Las tolerancias y la calidad superficial se ven muy afectadas por la elección de la geometría; en agujeros horizontales, agujeros verticales y zonas de ajuste a presión, conviene considerar formas de lágrima, techos planos, agujeros hexagonales o cuadrados y crush rib, en lugar de insistir en formas perfectamente circulares.
  • Para reducir el retiro de soportes y el tiempo de ensamblaje, hay que diseñar desde el inicio considerando división de piezas, capas de sacrificio, bridging secuencial, integración de funciones, e incluso heat-set insert, tuercas integradas y hardware embebido.

Alcance del diseño y premisas básicas

  • El enfoque es la impresión FDM/FFF, y muchas de estas reglas están ajustadas a las limitaciones de este proceso, por lo que no se aplican tal cual a otros métodos de manufactura aditiva.
  • El foco está en las piezas funcionales más que en la estética.
    • Deben tener buenas propiedades mecánicas.
    • Deben ser fáciles de imprimir.
    • No deben requerir demasiado microajuste de la impresora.
    • Deben minimizar el posprocesado y el desperdicio de material al imprimir en volumen.
  • El objetivo del diseño es equilibrar fuerzas, método de fabricación y costo.
    • Ajustar la geometría a las fuerzas que debe transmitir o soportar.
    • Reducir la dificultad de impresión con pequeños cambios geométricos.
    • Disminuir el uso de material y el tiempo de impresión.
  • Mientras que los desarrolladores de impresoras y slicers buscan imprimir mejor cualquier geometría posible, el diseñador ajusta la forma de la pieza para que funcione bien en el proceso de fabricación actual.
  • Los modelos para compartir deberían apuntar a un portable design que pueda imprimirse fácilmente incluso en impresoras económicas, en lugar de depender de tolerancias muy ajustadas de una impresora avanzada específica.

Perfil de impresora de referencia

  • Los valores numéricos recomendados se basan en el siguiente perfil estándar de impresora:
    • boquilla de 0.4 mm
    • altura de capa de 0.2 mm
    • sin grandes desviaciones dimensionales causadas por errores en la configuración de steps/mm, y con un skew entre ejes en un nivel despreciable
    • velocidad de impresión razonablemente ajustada, aunque todavía pueden quedar artefactos como un ligero overshoot y ringing
    • bridging estable a distancias razonables
    • buen desempeño en overhangs
    • salvo geometrías extremas, la adhesión a la cama no representa un problema
  • Esta premisa sirve como referencia para mantener un diseño portable sin asumir un rendimiento excesivo del equipo.

Diseño de resistencia de piezas

  • Como las piezas FFF tienen partes internas parcialmente huecas y se construyen por capas, no se comportan igual que un bloque homogéneo de plástico.
  • Debido al proceso de fabricación por capas, presentan anisotropía, es decir, sus propiedades mecánicas cambian según la dirección.

  • Orientación de impresión y carga

    • La regla más importante es colocar la pieza de modo que la fuerza de tracción quede paralela al plano de impresión.
    • La pieza es mucho más débil frente a tracción en la dirección que separa las capas.
    • En las pruebas de My Tech Fun, la resistencia puede ser aproximadamente 3 veces mayor en la orientación ideal.
    • Como la flexión también genera tracción en parte de la sección, el momento flector también debe alinearse en paralelo con el plano de impresión.
    • En geometrías que se doblan repetidamente, como un clip, una mala orientación puede hacer que se rompan con facilidad.
    • Al compartir modelos en plataformas como Printables, conviene subir el archivo ya en la orientación de impresión correcta para que el usuario pueda imprimirlo directamente.

  • Cuando una sola orientación no basta

    • Si una pieza compleja no tiene una orientación ideal para todas las cargas, puede dividirse en varias partes.
    • Cada parte se imprime por separado en su orientación óptima.
    • Juntas como una dovetail joint son útiles para el ensamblaje porque se imprimen bien en varias orientaciones.

  • Superficie y sección antes que infill

    • El infill al 100% puede aumentar la resistencia, pero no es eficiente.
    • Buena parte del material adicional no aporta realmente a la resistencia y solo incrementa el tiempo de impresión y el consumo de material.
    • Muchas piezas reciben momentos de flexión más que tracción o compresión pura, y el esfuerzo aumenta cerca de las superficies alejadas del eje neutro.
    • En impresión 3D, aumentar la cantidad de perimeters/shells suele ser más efectivo para la resistencia que subir el porcentaje de infill.
    • La pieza debe diseñarse para que la fuerza fluya por un recorrido lo más corto y recto posible.
    • Las esquinas agudas concentran esfuerzo, y los filetes favorecen la resistencia al hacer más directo el recorrido de la carga.
    • En el diseño mecánico tradicional se reduce el área de sección para ahorrar material y peso, pero en impresión 3D el interior suele estar mayormente vacío, así que aumentar la sección puede no elevar demasiado el consumo de material.
    • Como el área superficial influye más en el uso de material, una sección cuadrada con las mismas dimensiones exteriores que una viga I puede ser igual de resistente o más, y además ofrecer mejor tiempo de impresión.

  • Simulación e impresiones de prueba

    • Como las piezas FFF son no homogéneas debido a los shells y al infill, es difícil obtener cargas límite realistas con simulaciones tradicionales de resistencia.
    • El análisis de esfuerzos puede servir para encontrar zonas a vigilar, pero no es adecuado para obtener cargas máximas exactas.
    • Como el costo de imprimir prototipos en 3D es bajo, puede ser rentable imprimir varias muestras y verificar directamente sus propiedades mecánicas.
    • Ajustar la precisión dimensional solo mediante impresiones de prueba requiere cuidado, ya que depende de una impresora específica y de la configuración del slicer.
    • La topology optimization puede ser útil en otros métodos de manufactura aditiva, pero con las herramientas actuales es difícil lograr geometrías realmente óptimas para FFF, y en muchos casos tampoco ofrecen buena imprimibilidad.

Tolerancias y calidad de superficie

  • Elegir entre chamfer y fillet

    • Para los edge paralelos al plano de impresión, chamfer es más adecuado
    • Un fillet puede crear al principio un voladizo muy pronunciado, y en el fillet superior los escalones de capa se notan más, lo que empeora la calidad de superficie
    • El chamfer genera un ángulo de voladizo constante, produciendo escalones de capa más uniformes
    • Para los edge perpendiculares al plano de impresión, fillet es más adecuado
    • Como el cabezal de impresión no necesita girar en esquinas afiladas, se reducen artefactos de superficie como ringing y overshoot
    • El chamfer crea dos esquinas afiladas, lo que puede ser desfavorable para la tolerancia y la apariencia

  • Agujeros y seam

    • Los agujeros circulares horizontales se vuelven problemáticos porque la parte superior forma un voladizo pronunciado
    • Para agujeros pequeños funciona bien una forma de gota de 90°, y en agujeros grandes la parte superior puede hacerse con un techo plano
    • Como el bridge puede hundirse un poco, se necesita holgura adicional debajo del techo
    • En los agujeros circulares verticales, la perimeter seam puede afectar la tolerancia
    • Aunque el resto del perímetro esté dentro de menos de 0.1 mm, los artefactos de la seam pueden generar una protuberancia del orden de 0.4 mm
    • Si la seam aparece solo en una posición, la línea central del agujero también puede desplazarse
    • Los agujeros verticales pueden hacerse con forma de gota con esquinas de 120° para evitar que la seam interfiera con la parte funcional circular
    • Si otra parte funcional es sensible a la seam, se puede añadir una pequeña notch para que el slicer tenga la esquina más afilada donde ocultarla

  • Tolerancias esperables en FFF

    • En lugar de especificar la tolerancia que una impresora concreta debe alcanzar, el diseñador debe aceptar la tolerancia propia del proceso de fabricación y diseñar en función de ella
    • Se asume que la impresora está bien calibrada
    • Una configuración incorrecta de steps/mm produce un error proporcional constante en las dimensiones por eje, y el diseño no debe compensarlo
    • La resolución teórica de paso en impresoras modernas ronda los 0.01 mm, pero en el error dimensional real influyen más otros factores
    • Las esquinas afiladas exigen gran aceleración al cabezal de impresión, por lo que pueden empeorar la tolerancia
    • En una impresora FFF común con boquilla de 0.4 mm y altura de capa de 0.2 mm, una referencia segura es considerar una variación de alrededor de ±0.1 mm por superficie
    • En trayectorias circulares, el efecto de arrastre de la línea extruida por la boquilla hace que los círculos tiendan a quedar más pequeños
    • En agujeros circulares internos debe esperarse una desviación hacia un tamaño menor, y el diámetro circular externo también puede reducirse, aunque menos que el interno
    • En dimensiones grandes, warping y shrinkage durante el enfriamiento se vuelven más importantes que la tolerancia propia de la impresora
    • El warping depende mucho del material, y se reduce en formas voluminosas, con edge menos afilados y superficies suaves y redondeadas
    • La forma ideal es la esférica

  • Cuando se necesita precisión

    • El goldilocks approach, que consiste en encontrar mediante impresiones de prueba la dimensión CAD exacta que ajuste perfecto, puede lograr tolerancias muy buenas gracias a su alta repetibilidad
    • Su desventaja es que depende fuertemente de una impresora y una configuración de slicer específicas, por lo que el diseño pierde portabilidad
    • Si no puede hacerse con precisión, una alternativa es hacer que pueda ajustarse
    • Un oblong hole permite empujar la posición con un tornillo, pero es difícil hacer microajustes de menos de 1 mm
    • Un opposing screw sirve para ajustar pequeñas alturas, pero requiere acceso por ambos lados y es incómodo de regular
    • Un grub screw que trabaja contra un spring o flexure facilita el ajuste en ambas direcciones
    • Un spring steel shim es adecuado para pequeños ajustes poco frecuentes, pero un shim impreso en 3D puede verse afectado en su precisión por defectos de superficie a alturas pequeñas

  • engineering fit y ajuste a presión

    • Los sistemas tradicionales de fit como ISO 286 son útiles cuando se puede mecanizar con tolerancias específicas, pero en impresión 3D por lo general no pueden aplicarse tal cual
    • Si de verdad se necesita un fit muy ajustado, se puede hacer reaming del agujero y aplicar un posprocesado como un fit H6, pero salvo en casos imprescindibles requiere mucho esfuerzo
    • En un clearance fit, basta con que la separación entre ambas piezas sea mayor que el doble de la tolerancia de la impresora
    • En un interference fit, la fuerza de ensamblaje varía mucho según la tolerancia y, en el peor caso, la unión puede romperse
    • Para agujeros de ajuste a presión, los agujeros hexagonales o cuadrados son más tolerantes que los circulares
    • Los circulares requieren aumentar todo el perímetro, por lo que es más fácil que el material falle, mientras que los hexagonales o cuadrados pueden admitir mayores diámetros mediante flexión y además permiten ocultar la seam en las esquinas
    • Para ajustes a presión de gran diámetro se puede usar un crush rib
    • Durante el ensamblaje, el rib se deforma plásticamente y absorbe la tolerancia, y es más fácil limitar la fuerza deformando un rib pequeño que toda la superficie de contacto
    • El crush rib es adecuado para un press fit de ensamblaje único, pero al reensamblar la fuerza de sujeción disminuye mucho
    • Como ejemplo, se obtuvieron buenos resultados haciendo el crush rib 0.2 mm más pequeño y el bore 0.4 mm más grande
    • Para un press fit que requiera ensamblaje repetido, es más adecuado un grip fin, que usa deformación elástica

Optimización del proceso de impresión

  • Reducir el support material

    • El support material es un andamiaje para imprimir formas suspendidas en el aire, pero implica posprocesado para retirarlo, desperdicio adicional de material y peor tolerancia y calidad superficial en la supported surface
    • La prioridad debe ser cambiar la geometría en la etapa de diseño para que no se necesite support
    • La orientación de impresión influye mucho no solo en la resistencia, sino también en la necesidad de support
    • La orientación favorable para la resistencia y la orientación que evita support pueden entrar en conflicto
    • Si una forma rectangular se imprime inclinada unos 45° en lugar de alinearla con los ejes de la impresora, pueden evitarse bridges largos o support y lograrse una calidad superficial más uniforme
    • En ese caso, la estabilidad durante la impresión puede empeorar y puede ser necesario un brim

  • División de piezas y voladizos internos

    • Si no es posible evitar el support en ninguna orientación, puede considerarse dividir la pieza en varias partes
    • Esto es un compromiso entre el posprocesado del support y la complejidad del ensamblaje
    • En diseños únicos o de bajo volumen, puede justificarse un ensamblaje algo más complejo
    • Un upside-down counterbore no permite que el bridge funcione directamente debido al agujero central, y si se añade support, es difícil retirarlo desde dentro del agujero
    • Una capa de sacrificio consiste en cerrar todo el agujero con un bridge de una sola capa para sostener el pequeño agujero superior, y luego retirarlo con cuchillo o broca después de imprimir
    • El overhanging counterbore trick es una forma de resolver un counterbore sin posprocesado
      • cortar el counterbore hasta la profundidad deseada
      • en una capa, dejar solo los bridges izquierdo y derecho evitando el inner hole
      • en la siguiente capa, dejar solo bridges en dirección perpendicular
      • después, imprimir el inner hole circular sobre los pequeños bridges
    • A medida que el diámetro aumenta, este método también tiene sus límites

  • Bridging secuencial y minimización del área superficial

    • El sequential bridging, que coloca un bridge sobre otro, permite crear formas complejas sin support
    • El microscopio OpenFlexure es un ejemplo de uso extensivo de este método
    • En bridges grandes, conviene acumular algunas capas para asegurar resistencia y tiempo de enfriamiento, en lugar de colocar de inmediato la estructura superior
    • La técnica tradicional de añadir cutouts para ahorrar material puede, en impresión 3D, aumentar el consumo de material y el tiempo de impresión
    • Como se usa mucho material en la superficie, conviene reducir el área superficial y preferir formas gruesas y voluminosas

  • Adhesión a la cama y producción en volumen

    • En la producción en volumen, hay que ajustar el área de contacto con la cama
    • Si es demasiado pequeña, la pieza puede volcarse durante la impresión; si es demasiado grande, puede ser difícil retirarla después
    • En lugar de usar brim, se pueden añadir directamente mouse ears a la geometría CAD
    • Los mouse ears pueden reducir problemas de adhesión a la cama, evitan tener que agregarlos después en el slicer y también pueden disminuir la carga de posprocesado

Integración de funciones

  • Ventajas y desventajas de la integración de funciones

    • La integración de funciones es un enfoque de diseño en el que una sola pieza realiza tantas funciones como sea posible para reducir la cantidad de componentes
    • La impresión 3D se adapta bien a la integración de funciones porque la complejidad geométrica no suele reflejarse mucho en el costo de fabricación
    • Si se ponen todas las funciones en una sola pieza, la elección de la orientación de impresión se limita y pueden empeorar la resistencia, las tolerancias y la libertad geométrica
    • En diseños iterativos, hay que volver a imprimir el modelo grande cada vez, y en caso de falla se debe reemplazar una pieza más grande
    • También es posible dejar algunas funciones como piezas separadas para facilitar el prototipado o la reparación

  • zip tie channel y flexure

    • Si se agrega un pequeño zip tie channel en la superficie de la pieza, se pueden fijar cables o alambres
    • En el zip tie channel hay que considerar la orientación de impresión; si los perimeter quedan en una dirección donde no hacen bridge sobre el channel, se debilita y el bridge puede desgarrarse
    • flexure es un elemento de diseño que integra movimiento aprovechando la elasticidad de la pieza
    • Requiere geometrías delgadas, por lo que es adecuado para impresión 3D
    • Para movimientos grandes, un flexure delgado suele ser más conveniente que uno grueso, y la fuerza puede aumentarse apilando varios flexure delgados en paralelo
    • El recorrido puede aumentarse alargando la pieza o dándole una forma serpenteante
    • El flexure debe diseñarse para que no se deforme plásticamente durante el uso, y se deben usar hard stop para evitar movimiento excesivo y roturas

  • clip, living hinge, print-in-place

    • Un clip permite unir piezas sin componentes de fijación adicionales, por lo que también se usa con frecuencia en diseños para impresión 3D
    • En el diseño de clips es importante equilibrar el recorrido, la fuerza de retención, el tamaño de la geometría y la orientación de impresión
    • Un clip hecho atravesando las capas puede ser muy débil
    • Muchas veces es mejor reducir el movimiento y mantener la unión por fuerza
    • Un form-locking clip debe dejar espacio para liberarlo con una herramienta como un screwdriver
    • living hinge es una bisagra que se mueve por deformación del plástico, no por rotación sobre un eje separado
    • Para que una lámina delgada de plástico se deforme de forma estable, la bisagra debe quedar plana sobre la cama de impresión, y un living hinge hecho con una bridge layer no ofrece buen desempeño
    • Un mecanismo print-in-place es una forma de imprimir de una sola vez, sin ensamblaje, varias piezas que encajan entre sí
    • Puede crear incluso joints que no se podrían ensamblar después de imprimir, pero la complejidad de diseño es alta y, como la orientación queda fija, es difícil evitar support y diseñar la resistencia
    • Se puede añadir una break-away surface para sostener geometrías suspendidas
    • La clearance entre features que encajan entre sí parece ser de alrededor de 0.3 mm para que la mayoría de las impresoras actuales puedan imprimirla

Elementos mecánicos más allá del plástico

  • Fijación con tornillos

    • La fijación con tornillos en piezas plásticas impresas en 3D funciona de manera distinta a la fijación en metal
    • En una unión metal-metal, el preload se genera por el alargamiento del tornillo, pero en thermoplastic impreso en 3D las piezas son mucho menos rígidas que el tornillo, por lo que la compresión del plástico genera la mayor parte del preload
    • Al intentar alcanzar el preload necesario, la pieza impresa puede llegar rápidamente a su límite de fluencia y deformarse
    • Suele ser suficiente para cargas estáticas, pero para cargas dinámicas como vibración o impacto puede ser necesario usar screw locking
      • lock nut
      • threadlocking adhesive
    • Conviene diseñar los tornillos lo más largos posible
    • Los tornillos largos facilitan que la pieza reciba preload de compresión en vez de tensión y, como requieren más vueltas para apretarse en exceso, reducen la posibilidad de overtighten por error

  • Elección de thread en piezas impresas

    • Se puede usar un thread tap para hacer roscas en piezas impresas
    • Este método sirve para diseños rápidos y uniones de baja reutilización, pero las roscas plásticas se dañan fácilmente por overtightening y no son convenientes para ensamblajes repetidos
    • Los thread grandes, de M8 o más, también pueden modelarse en CAD para imprimirlos, aunque la calidad no siempre es buena
    • rib thread forming combina el concepto de crush rib con tornillos estándar
    • El tornillo deforma el rib y crea su propio thread, por lo que es adecuado para threads de baja reutilización sin posprocesado
    • heat-set threaded insert es una forma de colocar un thread metálico fuerte y reutilizable dentro de la pieza
    • Es más resistente que un thread de plástico, no se daña tan fácilmente por overtightening y soporta bien el ensamblaje repetido
    • Puede ser difícil de usar con fiabilidad en estructuras donde el tornillo se inserta desde la cara posterior
    • embedded nut es una alternativa económica que inserta una tuerca estándar en la pieza impresa
    • Va bien en through-joint con tornillos largos, y puede insertarse mediante sideface cutout o backface hex pocket
    • La tuerca puede salirse durante el ensamblaje; también puede colocarse a mitad de la impresión y quedar atrapada, pero eso aumenta la complejidad de impresión y montaje
    • En la mayoría de los casos, la resistencia de la rosca supera los requisitos de diseño, y otros factores resultan más importantes

  • dowel pin y embedded hardware

    • El dowel pin es un elemento estándar en el diseño mecánico tradicional para posicionar piezas con precisión y repetibilidad
    • En impresión 3D, por las tolerancias, esa precisión suele ser menos necesaria y además es difícil lograr engineering fit para el ajuste del pin, por lo que su uso es limitado
    • Cuando hace falta, pueden usarse como alternativas agujeros hexagonales, crush rib o posprocesado
    • El método de insertar hardware durante la impresión funciona en este orden
      • Se deja una cavity en el diseño para alojar la pieza
      • En el slicer se configura una pausa justo antes de la capa que cubrirá la cavity
      • Durante la pausa se inserta el hardware
      • Se reanuda la impresión para dejar el hardware atrapado dentro
    • Entre los ejemplos están Modern Gridfinity Case con una lámina transparente de PETG, trapped fastener, magnet y metal mesh
    • El embedded hardware puede evitar uniones o medios de fijación adicionales, pero por lo general tiene la desventaja de que es difícil retirarlo o reemplazarlo sin romper la pieza

  • Imprimir sobre tela

    • Integrar fabric en la pieza impresa permite crear componentes flexibles, por lo que se usa en wearable o cosplay
    • El método más común es pausar después de unas 2 o 3 capas, colocar tulle fabric sobre las capas iniciales y luego reanudar la impresión
    • A medida que la nueva capa se fusiona con la capa inferior, cada fragmento impreso queda fijado a la tela
    • La flexibilidad del resultado puede ajustarse mediante la disposición y la forma de las geometrías impresas sólidas

Diseño de apariencia y superficies

  • Formas complejas y shadow line

    • En impresión 3D, agregar geometrías de superficie complejas no aumenta mucho el costo de fabricación, y la principal carga pasa a ser solo el tiempo de diseño
    • Mientras se respeten las limitaciones de overhang y support, no hay motivo para quedar atado a las formas tradicionales de piezas funcionales basadas en líneas rectas y ángulos rectos
    • Las formas complejas u orgánicas son útiles no solo en lo estético, sino también para el diseño ergonómico
    • En el borde donde se unen dos piezas se puede crear una shadow line
    • Cuando las superficies están en contacto directo, las imperfecciones superficiales hacen que la seam se vea despareja
    • Si se deja una separación amplia y uniforme, y el contacto mecánico real se oculta detrás de un pequeño labio, la apariencia se vuelve más uniforme
    • Si se necesita protección contra polvo, se puede agregar un labio interior para crear algo similar a un labyrinth seal
    • Incluso en piezas que encajan con un ángulo, como una tapa y una caja, se puede crear una shadow line usando un offset constante y una alignment rib interna

  • surface texture y texto

    • En la impresión 3D, las superficies verticales muestran de forma marcada las líneas de capa
    • Las print bed especiales, como una textured steel sheet, pueden mejorar la textura de la cara inferior, pero solo se aplica a una cara de la pieza
    • Para que todas las caras se vean más uniformes, se puede girar la pieza en diagonal respecto a la print bed
    • fuzzy skin es una función que añade irregularidad al perímetro de cada layer para que las líneas de capa se noten menos
    • Si se ajusta correctamente, también mejora la sensación al tacto, por lo que se usa mucho en grips y handles
    • En las piezas impresas se puede incorporar fácilmente texto o símbolos
    • En diseños grandes, imprimir el part number y el revision index ayuda a reducir confusiones
    • El texto queda más limpio con engraving que con embossing, y la diferencia aumenta cuanto más pequeño sea el tamaño de la letra
    • Si el texto se coloca perpendicular a la cara de impresión, se imprime como parte de las perimeter lines y logra el mejor nivel de detalle
    • La mayoría de las impresoras pueden imprimir sin problemas texto con un stroke width mínimo de 0.6 mm y una engraving depth de 0.5 mm

Diseño para vase mode

  • El vase mode imprime una carcasa hueca con una sola perimeter line y coloca el filamento en espiral mientras eleva lentamente la altura Z, en lugar de trabajar por capas individuales
  • Sus ventajas son las siguientes
    • Usa el 100% del tiempo de impresión en extrusión
    • No tiene seam entre capas individuales
    • Como la impresora no se detiene, no aparecen problemas de stringing
    • Requiere poco plástico para expresar la forma de la pieza, por lo que es rápido
    • Reduce el uso de filamento y permite fabricar piezas livianas
  • La desventaja es que, al no tener soporte interno, la pieza se vuelve muy inestable
  • En la resistencia de las piezas en vase mode, la geometría superficial es lo más importante
    • Las superficies planas o que solo se curvan en una dirección son las más débiles
    • Las formas complejas pueden mostrar una resistencia mayor
  • El beading pattern es un patrón que hace más rígidas las piezas delgadas tipo lámina, y puede usarse para mejorar la rigidez de piezas en vase mode
  • También se puede ver el vase mode como una forma de controlar con precisión la trayectoria de extrusión de la impresora
    • Se pueden crear formas que no parecen piezas típicas de vase mode, como la bandeja apilable de FPacheco
    • Se mantiene la ventaja del 100% de tiempo de impresión en extrusión
    • En piezas destinadas a producción en volumen, el impacto puede ser grande

Cómo aplicar las reglas

  • Estas reglas de diseño pueden usarse como buenos valores predeterminados, pero no son leyes
  • Según la situación, otras elecciones pueden ser mejores, y el diseñador debe decidir considerando en conjunto carga, tolerancia, imprimibilidad, ensamblaje, reparación y costo
  • Si surge suficiente interés, también existe la idea de desarrollarlo en forma de libro open-source donde varias personas puedan agregar y modificar reglas

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3 comentarios

 
judy002626 2025-05-09

De los materiales que he visto, este parece contener información avanzada realmente de primer nivel. Poder ver este tipo de contenido en coreano... me da muchísimo gusto.

En el caso de las roscas, por desgracia soy principiante, así que estoy usando un método que me han transmitido de forma empírica quienes me rodean: en lugar de hacer la rosca como tal, hago un cilindro unos 0.4 mm más angosto que el diámetro del tornillo, y le doy un chaflán corto de alto ángulo en la entrada. ¿Qué opinan de esto?

Por ejemplo, si es un M3, estoy usando un agujero de 2.6 mm con un chaflán de 80° y 0.3 mm de longitud en la entrada. En SLA le doy un grosor de pared del cilindro de al menos 2 mm, y en FDM no conozco bien las especificaciones de quien lo imprimió, pero también fue posible en FDM.

No son piezas sometidas a gran resistencia mecánica ni a cargas fuertes; se parecen más a fijaciones simples, pero viendo que siguieron intactas incluso después de caerse varias veces, me pareció que funcionaban sorprendentemente bien.🤔
 
1206good 2025-05-09

Si no se trata de una pieza que necesite armarse y desarmarse constantemente, creo que, en la práctica, atornillar en una columna simple no parece ser un problema, siempre que se tenga cuidado con los problemas de separación según la orientación de las capas.

En los casos en que se necesita armar y desarmar repetidamente, me parece mejor usar insertos que imprimir la rosca incluida.

En la pestaña de comentarios,
"Como método para hacer roscas directamente en piezas impresas, los tornillos para madera son efectivos.

Los tornillos para madera pueden formar su propia rosca incluso sin macho de roscar.
Si se imprime en PETG, la resistencia es suficiente, pero el PLA puede agrietarse en orificios paralelos a las capas"
Estoy de acuerdo con esa parte.
 
GN⁺ 2025-05-05
Opiniones en Hacker News

  • Excelente artículo. Está muy por encima del nivel promedio de las piezas que se suben a Thingiverse o Printables, pero las buenas piezas suelen seguir ideas parecidas.
    Las orejas de ratón, los orificios a presión y la alineación escalonada capa por capa para crear puentes que parecen imposibles son especialmente buenos.
    En Fusion 360, todo esto probablemente se diseñaría en modo “plastics”, y es interesante que a ese modo no le importe en absoluto si la pieza se imprime o se fabrica con molde.
    En PCB he visto verificaciones estrictas de reglas de diseño y también macros para chapa metálica, pero todavía no he visto en CAD mecánico general soporte para diseño consciente de la producción que limite el diseño según las restricciones de equipos estándar.

    • Estoy trabajando en algo parecido a un motor CAD que limita el diseño al rango de maquinabilidad de equipos estándar. Es un enfoque en el que las piezas se modelan únicamente mediante corte basado en herramientas.
      https://github.com/WillAdams/gcodepreview
      La herramienta necesaria es https://pythonscad.org/, y hasta ahora he podido implementar la mayoría de lo que he intentado.
      Estoy terminando un módulo de uniones que permitirá crear casi cualquier estructura de madera, y el metal no debería ser muy distinto. Hace tiempo también hice, como prueba de concepto, un programa para cortar roscas.
    • Por ahora, que yo sepa, no existe un motor CAD así. Estoy considerando algo como un banco de trabajo de FreeCAD con slicing integrado para poder aplicar una técnica de impresión específica a ciertas geometrías de una pieza.
      Todavía no tengo claro cómo se vería en la práctica ni cómo encajaría en el flujo de trabajo.
    • En CAD hay bastantes funciones que ayudan a los ingenieros de diseño a revisar la fabricabilidad. En Fusion, si miras el panel Inspect, hay herramientas de análisis que resaltan zonas con draft insuficiente para desmoldar, o zonas difíciles o imposibles de alcanzar con una herramienta de fresado.
      Con la extensión adecuada, también se pueden configurar reglas de diseño al estilo EDA para piezas de moldeo por inyección.
      También hay varios programas dedicados al análisis de diseño para moldeo por inyección, pero sus precios están muy lejos del alcance de un aficionado.
    • He estado investigando este campo y, desde la perspectiva de un diseñador mecánico, ni siquiera estoy seguro de que sea un objetivo deseable. Los beneficios aparecen sobre todo en detalles pequeños, como si el tamaño de un orificio coincide con la rosca deseada o si, en una pieza de chapa metálica, un agujero está demasiado cerca de una línea de doblado.
      Pero el diseño final de piezas 3D es demasiado no determinista, y los métodos de fabricación son tan variados y específicos que podría generar más problemas que beneficios.
    • Hay herramientas DFM que se pueden usar en etapas finales del proceso de diseño a través de empresas como Fictiv o Protolabs. Sin embargo, hay muchas geometrías que “técnicamente se pueden maquinar”, pero que en la práctica son mucho más caras.
      El ingeniero debe entender cómo se fabricará la pieza; si no lo sabe, debe hablar con el maquinista y hacer concesiones entre la complejidad del diseño y los requisitos de ingeniería.

  • Es un artículo sorprendente. De verdad, sorprendente.
    Llevo 7 años usando impresoras 3D y durante la pandemia incluso armé una en casa. Algunos de los temas explicados aquí ya los había descubierto con la práctica, y probablemente la mayoría de quienes tienen experiencia en impresión 3D los aprendieron así.
    Pero haber investigado, organizado y explicado todo eso a este nivel es realmente impresionante. Además, cubre muchos temas que todavía me falta aprender.

  • Artículo fantástico. Resume de forma muy clara varios trucos aprendidos a lo largo de los años.
    Otro truco útil para reducir el material de una impresión es no imprimir una superficie en absoluto. La mayor parte de la masa de una impresión se concentra en la carcasa exterior, así que si las superficies superior o inferior no son importantes para la función de la pieza, se puede eliminar una de ellas.
    El slicer aún puede rellenar el volumen encerrado por esas superficies con estructura de relleno, y si se usan patrones planos como rectilíneos, hexagonales o triangulares, el resultado también se ve bastante bien. Funciona especialmente bien en piezas mayormente planas.
    Uso a diario dos piezas de TPU impresas de esta manera: una funda para celular [0] y una correa de alivio de presión para audífonos [1].
    [0] https://www.printables.com/model/615154-google-pixel-8-case
    [1] https://www.printables.com/model/577575-hifiman-comfort-stra...

  • Es el mejor artículo sobre impresión 3D que ha aparecido en HN en los últimos años.
    Muchas de las consideraciones de diseño explicadas aquí se clasifican como mecanismos flexibles.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Compliant_mechanism
    https://www.youtube.com/results?search_query=compliant+mecha...

  • Son excelentes consejos. También ayuda que, desde la aparición de Bambu, herramientas como los slicers y las impresoras de la familia CoreXY hayan elevado la usabilidad, llevando a todo el sector hacia una sensación de solo imprimir y listo
    Gracias a eso, está teniendo un impacto positivo en la adopción, la creación de modelos y el ecosistema en general
    Llevo casi 10 años diseñando muchas piezas en Fusion 360 e imprimiéndolas, y aun así saqué varios buenos consejos de aquí
    Algo importante que definitivamente agregaría es la elección del filamento. Los filamentos modernos como PC-CF, es decir, policarbonato reforzado con fibra de carbono, son increíblemente versátiles para impresiones y piezas reales
    En una impresora avanzada de consumo se necesita un cabezal capaz de llegar a unos 300 °C y una boquilla de acero endurecido, pero aun así es relativamente fácil de imprimir. Hay muchos filamentos más allá del PLA estándar, y brillan en muchos aspectos sin que el costo de impresión sea 10 veces mayor
    Los slicers también están mejorando bastante, con mucho trabajo orientado a mejorar la calidad de impresión, la velocidad y la resistencia de las piezas
    También me alegra que se mencione varias veces a cnckitchen. Es un excelente recurso para seguir en serio las nuevas tendencias de la impresión 3D y aprender con reseñas poco sesgadas
    La calidad de los modelos en Printables y Thingiverse también está mejorando muchísimo, y es alentador ver cada vez más dispositivos que se pueden descargar e imprimir sin componentes externos y que funcionan por completo, es decir, piezas print-in-place y de una sola impresión
    Cuando la IA generativa llegue a entender el modelado de objetos y los principios de CAD, creo que los modelos de piezas funcionales van a explotar en cantidad, igual que los modelos parametrizados se están volviendo más populares

    • Pasé de una Creality Ender 5 Plus a una Bambu y, aunque Bambu últimamente parece algo confiada de más, el hardware me sigue gustando
      Al usarla, me di cuenta de que con la Ender siempre estaba ajustando la impresora y casi nunca imprimía de verdad
      En la Bambu no tuve que configurar nada manualmente salvo cambiar el nivel de calidad deseado. Una vez, en un puente muy largo, la configuración predeterminada estaba bien, pero quería que quedara más adherido, así que hice algunas pruebas y la ajusté un poco

  • Sobre la parte de “para diseñar rápido uniones que se reutilizan con poca frecuencia, haz roscas con un macho en las piezas impresas”, descubrí que los tornillos para madera funcionan bien. Incluso sin usar macho, los tornillos para madera pueden formar su propia rosca
    Eso sí, aplican algo de tensión a la pieza. Suelo imprimir en PETG y para eso es lo suficientemente resistente, pero el PLA puede partirse si el orificio queda paralelo a las capas
    Para la limitación de que “los insertos roscados son difíciles de usar de forma confiable cuando se inserta el tornillo desde atrás”, hay un truco que uso a veces
    Antes de colocar el inserto, primero metes el tornillo desde atrás, enroscas el inserto en el tornillo que sobresale y luego, con un cautín, insertas juntos el inserto y el tornillo en el plástico
    Como el tornillo está ocupando el orificio, el plástico derretido no puede taparlo. En cambio, el plástico derretido se forma alrededor del tornillo y actúa como una tuerca Nyloc

    • Si no tienes macho, puedes hacer rápidamente roscas termoconformadas en la pieza. Para tornillos M3~M4, normalmente imprimes el orificio entre 0.2 y 0.4 mm más chico, de modo que entre con algo de fuerza, y luego atornillas rápido hasta el fondo con un taladro inalámbrico
      El calor por fricción debería ser suficiente para derretir el plástico y formar la geometría alrededor del tornillo. Esperas a que se enfríe y luego sacas el tornillo
    • Por experiencia, los tornillos pequeños de máquina, por ejemplo M3, también pueden formar su propia rosca en un orificio del tamaño adecuado, y funcionan bastante bien para unas cuantas rondas de desmontaje y montaje
      Eso sí, rara vez diseño pensando en la portabilidad; más bien hago algunas impresiones de prueba para encontrar el tamaño de orificio que funciona con mi impresora
    • Los tornillos para corte de plástico también son muy buenos para este uso. Tienen un paso de rosca más grande y más espaciado, aunque no tan profundo como el de los tornillos para madera
      En Small Parts o Amazon puede haber pocas opciones en cantidades pequeñas de menos de 1000 unidades, pero desde el año pasado Bambu empezó a vender paquetes pequeños a precios razonables

  • Sé que en la comunidad de HN Bambu Labs recibe muchas críticas, pero mi Bambu Labs P1S es realmente increíblemente buena. Es tan fácil de usar que imprimo 100 veces más que cuando tenía la Ender
    Gracias a eso también aprendí Fusion 360, y justo ahora estoy imprimiendo droides para que mis hijos los pinten

    • La Ender no fue una experiencia especialmente buena. Entiendo que en ese momento tenía un precio razonable, pero por mi experiencia y por lo que vi en línea, era bastante quisquillosa
      A la gente que le gusta meterle mano a la impresora le gustaba y la recomendaba. Lograr que el equipo funcionara de forma estable se convirtió en una habilidad aparte dentro de la impresión 3D. Es un problema distinto de las consideraciones de diseño tratadas en el artículo
      He oído que Bambu es mucho mejor. Yo uso una Raise3D E2 de la época de las Ender y es muy estable. Está un escalón más arriba en precio, pero no hay que tocarle nada; funcionaba cuando era nueva y sigue funcionando ahora sin más
    • Parece que muchos lectores aquí solo comparan Bambu y Ender, pero esas no son las únicas opciones. Si quieres una impresora con funciones y confiabilidad similares que no llame a casa, vale la pena mirar Prusa
      Es de donde Bambu bifurcó buena parte de su software y, tras las actualizaciones recientes, es igual de fácil de usar, muy estable y sencilla de mantener
      Hace poco también sumaron fabricación en Estados Unidos, y parece que ya se puede comprar una Core ONE fabricada en EE. UU. Considerando los aranceles, pronto podría terminar siendo más barata que una Bambu similar
      Habrá quien se queje de que en cada artículo sobre impresión 3D aparece un fanboy de Prusa, pero hay una razón por la que la empresa genera ese apego. He impreso miles de horas con una MK4(S) sin ningún problema, y también es bastante genial que ofrezcan kits de actualización para pasar al siguiente modelo nuevo
    • Conozco a dos personas que tienen exactamente ese modelo de impresora 3D, y ambas máquinas pasan semanas detenidas con frecuencia por algún tipo de falla. Ya sea porque sus dueños no tienen las habilidades para diagnosticar y reparar, porque no quieren pagar los precios absurdos de los repuestos propietarios, o ambas cosas
      En cambio, mi Ender 5 siempre sigue funcionando, y nunca ha estado detenida más de uno o dos días esperando repuestos de Amazon que cuestan desde unos centavos hasta, como mucho, unos 20 dólares
      No creo que Bambu fabrique impresoras inestables. Al contrario, en general son máquinas excelentes y mucho más confiables que las de Creality
      Pero son como un auto deportivo. Parecen dirigidas a gente que quiere algo rápido y vistoso y está dispuesta a resolver los problemas con dinero, o a perfiles técnicos a los que no les molesta llevarlo a la pista y hacerle el mantenimiento ellos mismos
      El problema es que las impresoras Bambu se promocionan y recomiendan como buenas para principiantes. Es cierto que facilitan que personas no técnicas entren a la impresión 3D, pero creo que al final la mayoría terminará decepcionada por la falta de personalización permitida o por el tiempo, esfuerzo y costo necesarios para diagnosticar y reparar cuando algo salga mal
    • Bambu Lab fabrica buenas impresoras, y con la X1C fue una de las primeras empresas en proponer una impresora 3D click and print a un precio razonable para consumidores
      El problema es que ahora están cerrando el ecosistema, y no se sabe hacia dónde irán en el futuro
      Además, comparar una impresora moderna con una Ender antigua es muy injusto. Hay que comparar tecnologías actuales similares
    • Me perdí por qué la gente la odia. ¿Cuál es la razón?

  • Empecé con la impresión 3D hace unos 10 años con las primeras máquinas Taz, y esa experiencia me dejó completamente agotado
    Avancemos a hace un mes: compré una Prusa Core One y me gustó tanto que también compré una XL de 5 cabezales. Es realmente divertido usar impresoras que “simplemente funcionan”
    La semana pasada terminé una impresión de 6 días: https://www.reddit.com/r/prusa3d/comments/1kb3p0w/xl_full_be...

  • Artículo increíble; aprendí mucho. Como lectura complementaria, creo que Structures, de J. E. Gordon, es excelente
    Me ayudó a entender muchos de los conceptos de diseño mecánico necesarios para este tipo de trabajo
    [0]: https://archive.org/details/StructuresOrWhyThingsDontFallDow...

  • Antes había que tener mucho más cuidado con las esquinas afiladas
    Si imprimías con esquinas afiladas, el hotend tenía que desacelerar hasta detenerse y luego acelerar en la nueva dirección. Durante ese tiempo, salía un poco más de plástico por la boquilla
    Si hacías esquinas redondeadas, podías suavizar esa transición
    Las impresoras actuales normalmente tienen pressure advance, así que ahora importa mucho menos

    • El pressure advance existe desde hace al menos 10 años y mucha gente lo ha usado
      Creo que la mayor ganancia en las impresoras modernas de bajo costo es el input shaping y el ajuste de resonancias. Permitió usar aceleraciones y velocidades más altas incluso en equipos mecánicamente menos robustos
      Después viene reducir las opciones del slicer y obligar al uso de filamento de la marca. Si eliminas opciones, es más fácil crear perfiles de slicer repetibles. Yo llevo casi 10 años usando el mismo perfil básico de slicer con filamento Atomic
      En mi taller todavía no usamos pressure advance ni input shaping. En su lugar, construimos máquinas con marcos muy rígidos
      Por lo que he visto, cuanto más rígidos son el marco y el sistema de movimiento, menor es la ganancia del input shaping. Mi impresora actual tiene unos 10 años, pero sigue siendo sólida
      Tiene accionamiento por husillos, así que no es tan rápida como una CoreXY, pero la calidad de impresión es buena y tiene un volumen cúbico de 320 mm. Sin pressure advance ni otras funciones mágicas, imprime PLA a 100 mm/s y se mueve a 150–200 mm/s, y el extrusor también es bastante pesado