Relleno en la impresión 3D: definición, partes principales y diferentes tipos

En este artículo se define el relleno de impresión 3D, se explica cómo seleccionar el patrón y la densidad de relleno correctos y se describen los distintos patrones de relleno.

El relleno para impresión 3D es la estructura interna de una pieza impresa en 3D. Esta estructura interna puede producirse utilizando muchas formas diferentes. El objetivo del relleno es optimizar el peso, la resistencia y el tiempo de impresión de la pieza. Existen muchos patrones de relleno diferentes.

¿Qué es el relleno en la impresión 3D?

El «relleno» en la impresión 3D se refiere a los patrones internos que se encuentran dentro de la mayoría de las piezas impresas en 3D. Las piezas fabricadas mediante algunos procesos de fabricación, como el moldeo por inyección, deben ser completamente sólidas o completamente huecas. En cambio, las piezas impresas en 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM) pueden fabricarse con diversos patrones estructurales que rellenan parcialmente el espacio interior dentro de las paredes exteriores impresas.

¿Para qué sirve el relleno en la impresión 3D?

El objetivo del relleno en la impresión 3D es ahorrar tiempo de impresión y material creando una estructura reticular en el interior de una pieza impresa en 3D. La impresión de piezas completamente densas suele ser innecesaria y supone un desperdicio de material. El relleno puede colocarse estratégicamente para proporcionar resistencia allí donde las cargas en servicio de la pieza son mayores. Una mayor densidad de relleno significa un mayor porcentaje de relleno.

¿Cuáles son las principales partes del relleno en la impresión 3D?

Una pieza típica impresa en 3D tendrá una capa exterior con un espesor predefinido. La estructura de relleno está completamente rodeada por este revestimiento exterior y no es visible cuando la impresión de la pieza se ha completado. El relleno se distribuye uniformemente por toda la pieza. El relleno se imprime normalmente a mayor velocidad que la capa exterior para ahorrar tiempo. El entramado de impresión del relleno tampoco es tan grueso como el armazón. Cada uno de los diferentes patrones de relleno tiene sus propias ventajas e inconvenientes.

¿Cuáles son los distintos tipos de relleno en impresión 3D?

Existen muchos tipos diferentes de relleno para impresoras 3D. Todos persiguen el mismo objetivo de reducir el tiempo de impresión y el uso de material. A continuación se muestran algunos de los patrones de relleno para impresión 3D que se utilizan en la actualidad:

  • Rectilíneo
  • Concéntrico
  • Giroide
  • Rejilla
  • Octetos
  • Rayos
  • Triangular
  • Trihexágono
  • Cúbico
  • Cruz

Patrón de relleno rectilíneo

El relleno rectilíneo consiste en múltiples líneas paralelas por capa. Cada capa se cruza con la anterior en un ángulo de 90 grados. A diferencia de otros patrones, las líneas no se cruzan entre sí en la misma capa. Esto refuerza la pieza en dos dimensiones. El relleno rectilíneo es ligeramente más rápido que los patrones en rejilla y triangulares.

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Relleno rectilíneo

Relleno concéntrico

El relleno de impresión 3D concéntrico es uno de los patrones de relleno más rápidos de imprimir y que menos material utiliza. Sin embargo, esto tiene el coste de reducir la resistencia de la pieza. El patrón concéntrico no es tan resistente como los otros tipos de relleno, especialmente cuando se carga en las direcciones x o y.

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Relleno concéntrico

Relleno giroide

El patrón de relleno de impresión 3D giroide crea líneas onduladas o curvas alternas. Este patrón de relleno tarda más en imprimirse que los demás. Sin embargo, la exclusiva estructura interna del giroide permite obtener propiedades mecánicas casi isótropas. Las impresiones siguen siendo más débiles en el eje z, pero este patrón mejora la resistencia al cizallamiento en los ejes x e y. El patrón de relleno giroide funciona bien con materiales flexibles.

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Relleno gidroide

Relleno en rejilla

La rejilla es uno de los tipos de relleno más comunes. El patrón en rejilla coloca el plástico en un patrón de rejilla cúbica que se cruza sobre sí misma en ángulos de 90 grados. Este patrón de relleno es ideal para impresiones con superficies grandes y planas. Los patrones de relleno en rejilla pueden provocar atascos en la boquilla, ya que las líneas se entrecruzan en la misma capa.

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Relleno en rejilla

Patrón de relleno en octetos

El patrón de relleno de impresión 3D en octetos crea volúmenes tetraédricos (piramidales) en el interior de la pieza. Es ideal para piezas con grandes superficies horizontales. Los huecos más pequeños entre las paredes de relleno son posibles debido a la naturaleza cónica de los volúmenes piramidales. Esto permite distancias más cortas entre las paredes de relleno y una menor posibilidad de que el material pandee. Por lo tanto, se pueden conseguir mejores superficies superiores sin tener que aumentar la densidad del relleno.

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Relleno en octetos

Patrón de relleno de rayos

Este tipo de relleno único proporciona el tiempo de impresión más rápido posible a expensas de la resistencia de la pieza. Los soportes se añaden en una estructura de rayos y sólo se colocan donde es necesario. Las piezas son cáscaras excepto cuando se necesita soporte para características horizontales o voladizos internos.

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Relleno de rayos

Patrón de relleno triangular

El patrón de relleno de impresión 3D triangular coloca el plástico en una rejilla triangular que se cruza sobre sí misma en ángulos de 60 grados. Este tipo de patrón de relleno se utiliza mejor en piezas con superficies grandes y planas, y su rendimiento es similar al del patrón de cuadrícula. El relleno triangular puede atascar la boquilla, ya que sus líneas se entrecruzan en la misma capa.

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Relleno triangular

Patrón de relleno trihexágono

El trihexágono es el patrón de relleno más fuerte. Al igual que los tipos de relleno cuadriculado y triangular, se cruzará sobre sí mismo para crear un patrón hexagonal intercalado con triángulos. Debido al cruce de líneas en la misma capa, este tipo de relleno tiende a obstruir la boquilla de impresión.

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Relleno trihexágono

Patrón de relleno cúbico

El tipo de relleno cúbico crea volúmenes cúbicos dentro de la pieza. Para ello, produce un patrón de capas similar al de un relleno triangular. Sin embargo, desplaza cada capa posterior para crear volúmenes cúbicos cerrados en la pieza. Los volúmenes cúbicos se orientan con el cubo equilibrado en una esquina.

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Relleno cúbico

Patrón de relleno en cruz

El patrón en cruz crea múltiples formas en cruz como relleno. Este patrón de relleno de impresión 3D es ideal para formas de piezas flexibles, ya que permite que la pieza se doble y se retuerza. Sin embargo, no es muy útil para plásticos más rígidos. También hay disponible una versión 3D del patrón en cruz para añadir resistencia adicional.

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Relleno en cruz

¿De qué depende el valor idóneo del porcentaje de relleno?

El principal factor determinante del porcentaje de relleno es el tipo de aplicación al que se destina la pieza. Los prototipos y las creaciones de aficionados rara vez necesitan más de un 20% de relleno. Las piezas funcionales expuestas a cargas mecánicas suelen requerir porcentajes de relleno del 50% o más.

¿Cuál es una buena densidad de relleno?

En la mayoría de los casos, lo ideal es una densidad de relleno de entre el 20 y el 50%. Menos del 20% da lugar a piezas endebles, mientras que más del 50% empieza a llevar demasiado tiempo de impresión y a utilizar demasiado material.

¿Cuál es el porcentaje de relleno recomendado para otros objetos de exposición simple?

Para objetos que no vayan a soportar cargas mecánicas significativas, basta con un porcentaje de relleno del 20%. Hay que tener en cuenta que la geometría de la pieza puede requerir un porcentaje de relleno diferente. Por ejemplo, una superficie plana y horizontal puede necesitar un porcentaje de relleno más denso para garantizar que la capa superior no se hunda por falta de apoyo.

¿Qué cantidad de relleno se necesita para alcanzar la máxima resistencia a la tracción?

Una mayor densidad de relleno garantizará una mayor resistencia a la tracción de la pieza. Hay que tener en cuenta que el porcentaje de relleno no es el único factor que determina la resistencia a la tracción. Por ejemplo, el material del filamento y la orientación de la impresión desempeñan un papel importante. Las piezas FDM, en particular, son anisótropas. Son más débiles a lo largo del eje z debido a la debilidad de la unión entre capas.

Si una pieza FDM se carga en la dirección z, el factor dominante que controla su resistencia a la tracción será la calidad de la unión entre capas. El porcentaje de relleno tendrá poco efecto en este caso.

Cómo elegir el mejor tipo de relleno

Los pasos para elegir el mejor tipo de relleno son:

  1. Compruebe los requisitos de la pieza. Calcule el porcentaje de relleno necesario.
  2. Evalúe sus recursos, incluido el material disponible y el tiempo que puede dedicar a cada pieza.
  3. Preseleccione los modelos de relleno que se ajusten a sus requisitos y recursos.
  4. Seleccione el mejor patrón de relleno para su pieza.

La elección del mejor patrón de relleno suele ser un proceso de ensayo y error. Siempre merece la pena hacer una impresión de prueba en una pieza pequeña para averiguar cuáles son los mejores ajustes. Si nos ceñimos a los patrones más sencillos, como un patrón en rejilla o rectilíneo, normalmente obtendremos buenos resultados.

¿Es importante el relleno para la impresión 3D?

Sí, el relleno es una consideración importante en la impresión 3D. Sin relleno, algunas piezas pueden no ser imprimibles en absoluto debido a superficies sin soporte en el diseño. El relleno añade resistencia adicional cuando es necesario para lograr un equilibrio entre el tiempo de impresión y los requisitos de material. Algunas piezas pueden imprimirse sin relleno.

Sin embargo, suelen ser conchas huecas con la parte superior abierta (por ejemplo, jarrones) y no pueden utilizarse para aplicaciones estructurales.

Resumen

Este artículo trata sobre el uso del relleno en la impresión 3D, los tipos comunes de patrones de relleno que existen y cómo seleccionar un patrón para su uso.

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