IMPRESIÓN 3D – 2ª Edición

Este libro te ayudará a conocer todos los secretos de la impresión 3D de forma rápida, fácil y entretenida. Se trata de un manual práctico y muy completo que explica qué es la impresión 3D y repasa el estado del arte actual.

Además, esta segunda edición está totalmente actualizada.  Este libro cuenta más de 600 imágenes a color; describe todas las etapas del proceso, desde el diseño hasta la impresión de un modelo 3D, con herramientas gratuitas freeware; comienza desde de la primera fase, en la que se obtiene un modelo CAD 3D virtual, ya sea a partir de su diseño asistido por ordenador, escaneado o por la reconstrucción tridimensional de imágenes médicas (DICOM); sigue con el análisis y verificación de malla; y finaliza con el rebanado (slicing) necesario que genera el lenguaje de programación ISO (G-Codes), interpretado por las impresoras.

Para lograr su objetivo, este manual incluye 33 prácticas detalladas que resumen los contenidos descritos e inciden en los aspectos más importantes del diseño, la verificación de malla, el diseño de soportes, el rebanado y la preparación e impresión 3D.

VENTAJAS

• Este libro es apto para todo aquel que quiera aprender a usar la impresión 3D.

• Se trata de una guía muy bien valorada por los usuarios en las redes sociales y en las plataformas de venta online más importantes.

• Cuenta con ejemplos prácticos.

• Contiene un glosario y una webgrafía de apoyo al término de la obra.

CONOZCA

•   Todos los secretos de la impresión 3D.

• Consejos de diseño e impresión.

• El estado del arte actual.

APRENDA

• Sobre tipos de técnicas del diseño 3D.

• Cómo se obtiene un modelo CAD 3D virtual.

• Sobre la impresión de modelos biomédicos y tipos de impresoras.

DESARROLLE SUS HABILIDADES PARA

• Conocer todas las etapas de la impresión 3D.

• Saber sobre las principales configuraciones de las impresoras de modelado por deposición fundida (FDM).

• Aprender sobre los aspectos más importantes del diseño.

ÍNDICE

Prólogo a la segunda edición ………………………………………………………………………………………….. 11

Capítulo 1. ¿Qué es la impresión 3D? ……………………………………………………………………………… 13

1.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………….. 15

1.1.1. Estereolitografía (STL) ………………………………………………………………………………….. 15

1.1.2. Sinterizado selectivo por láser (LSL) ………………………………………………………………. 16

1.1.3. Fabricación mediante balística de partículas (BPM) …………………………………………. 17

1.1.4. Fabricación laminada o Laminated Object Manufacturing (LOM) ……………………….. 17

1.1.5. 3D Printing (3DP) …………………………………………………………………………………………. 17

1.1.6. Modelado por deposición fundida (FDM) ………………………………………………………… 17

1.2. Impresión FDM con fuentes libres …………………………………………………………………………… 18

1.3. Construcción de una impresora FDM ………………………………………………………………………. 19

1.4. Proceso de impresión 3D ……………………………………………………………………………………….. 26

1.4.1. Etapa 1. Diseño 3D ………………………………………………………………………………………. 26

1.4.2. Etapa 2. Obtención del G-Code …………………………………………………………………….. 28

1.4.3. Etapa 3. Impresión ……………………………………………………………………………………….. 29

1.5. Impresión 3D ahora ………………………………………………………………………………………………. 31

1.5.1. Alimentación y farmacia ………………………………………………………………………………… 31

1.5.2. Ámbito doméstico ………………………………………………………………………………………… 32

1.5.3. Aeronáutica …………………………………………………………………………………………………. 33

1.5.4. Automoción …………………………………………………………………………………………………. 34

1.5.5. Deportes …………………………………………………………………………………………………….. 35

1.5.6. Medicina y biología ………………………………………………………………………………………. 35

1.5.7. Moda, joyería y calzado ………………………………………………………………………………… 38

1.5.8. Otros sectores …………………………………………………………………………………………….. 38

1.6. Bioimpresión 3D ……………………………………………………………………………………………………. 40

1.7. Impresión 4D ………………………………………………………………………………………………………… 40

1.8. ¿Cómo imprimir en 3D? …………………………………………………………………………………………. 43

1.8.1. Idea ……………………………………………………………………………………………………………. 43

1.8.2. Diseño CAD ………………………………………………………………………………………………… 43

1.8.3. Exportación a STL ……………………………………………………………………………………….. 43

1.8.4. Rebanado y creación de GCODE ………………………………………………………………….. 44

1.8.5. Impresión 3D ………………………………………………………………………………………………. 44

1.9. Coste de impresión FDM ……………………………………………………………………………………….. 46

1.10. Tendencias futuras en la impresión 3D ……………………………………………………………………. 47

Capítulo 2. Diseño de modelos 3D …………………………………………………………………………………… 49

2.1. Introducción …………………………………………………………………………………………………………. 51

2.2. Tinkercad …………………………………………………………………………………………………………….. 51

Práctica 1. Creación de un dado …………………………………………………………………………….. 58

Práctica 2. Creación de una carcasa para móvil personalizada …………………………………… 63

Práctica 3. Aprendizaje y edición de modelos de otros usuarios …………………………………. 65

2.3. SolidWorks® …………………………………………………………………………………………………………. 66

Práctica 1. Aprendizaje y edición de modelos de otros usuarios …………………………………. 68

Práctica 2. Estudio de topología con SolidWorks® …………………………………………………….. 71

2.4. Otros aplicativos CAD de diseño …………………………………………………………………………….. 74

2.4.1. Fusion 360 ………………………………………………………………………………………………….. 74

2.4.2. Google SketchUp …………………………………………………………………………………………. 75

2.4.3. 3DCrafter ……………………………………………………………………………………………………. 75

2.4.4. 3Dtin …………………………………………………………………………………………………………… 75

2.4.5. Art of Illusion ……………………………………………………………………………………………….. 75

2.4.6. ZBrush ……………………………………………………………………………………………………….. 76

2.4.7. Rhinoceros 3D …………………………………………………………………………………………….. 76

2.4.8. Siemens NX ………………………………………………………………………………………………… 76

2.4.9. Onshape …………………………………………………………………………………………………….. 76

2.4.10. Blender …………………………………………………………………………………………………….. 77

2.4.11. BRL-CAD …………………………………………………………………………………………………. 77

2.4.12. FreeCAD ………………………………………………………………………………………………….. 77

2.4.13. LeoCAD ……………………………………………………………………………………………………. 77

2.4.14. App Android Easy3DPhone ………………………………………………………………………… 77

2.5. Conceptos básicos de diseño …………………………………………………………………………………. 79

Capítulo 3. Escáner, litografías… ……………………………………………………………………………………. 81

3.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………….. 83

3.2. Aplicaciones de las reconstrucciones 3D …………………………………………………………………. 85

3.3. 3DF Zephyr ………………………………………………………………………………………………………….. 86

3.4. Otros aplicativos fotogramétricos para PC ……………………………………………………………….. 88

3.5. Aplicativos fotogramétricos para apps ……………………………………………………………………… 89

3.6. Escáner manual ……………………………………………………………………………………………………. 92

3.7. Escaneado con 3D Sense ……………………………………………………………………………………… 93

3.8. Creación de litografías a partir de la reconstrucción tridimensional de imágenes ………….. 96

3.9. Creación de mapas topográficos …………………………………………………………………………….. 99

3.10. Creación de mapas tridimensionales de ciudades ………………………………………………….. 102

3.11. Impresión 3D de compuestos químicos …………………………………………………………………. 106

Capítulo 4. Reconstrucción de imágenes médicas ……………………………………………………… 109

4.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………… 111

4.2. Creación de imágenes médicas…………………………………………………………………………….. 113

4.3. Tomografía …………………………………………………………………………………………………………. 114

4.4. Resonancia Magnética (MRI) ……………………………………………………………………………….. 118

4.5. Aplicaciones de la impresión 3D en medicina …………………………………………………………. 118

4.5.1. Modelos anatómicos …………………………………………………………………………………… 118

4.5.2. Práctica preoperatoria ………………………………………………………………………………… 120

4.5.3. Implantes ………………………………………………………………………………………………….. 120

4.6. Obtención y procesamiento de la imagen ………………………………………………………………. 124

4.7. Invesalius …………………………………………………………………………………………………………… 128

Práctica 1. Primeros pasos. Segmentación y exportación con Invesalius …………………… 131

4.8. Otros aplicativos de reconstrucción de imágenes médicas ……………………………………….. 135

4.9. Bioimpresión 3D en medicina ……………………………………………………………………………….. 137

4.10. Biomateriales ……………………………………………………………………………………………………… 141

4.11. Bioimpresoras …………………………………………………………………………………………………….. 143

Capítulo 5. Reparación y edición de malla ………………………………………………………………….. 147

5.1. Netfabb Profesional (Autodesk) …………………………………………………………………………….. 149

5.1.1. Descarga e instalación ………………………………………………………………………………… 149

5.1.2. Importar y reparar STL ………………………………………………………………………………… 150

5.1.3. Importar y cortar STL ………………………………………………………………………………….. 152

5.1.4. Operaciones booleanas de unión, diferencia e intersección …………………………….. 152

5.1.5. Alinear, mover, girar y escalar piezas ……………………………………………………………. 153

5.1.6. Nuevo análisis……………………………………………………………………………………………. 153

5.1.7. Etiqueta de texto ………………………………………………………………………………………… 153

5.1.8. Simplificar malla (Nivel de detalle) ………………………………………………………………… 154

5.1.9. Generar soportes ……………………………………………………………………………………….. 154

Práctica 1. Importar, analizar y reparar modelos STL exportados ……………………………… 155

Práctica 2. Cortar modelos grandes para facilitar su impresión 3D ……………………………. 157

Práctica 3. Manipular malla (refinar) en modelos STL exportados …………………………….. 158

Práctica 4. Malla a BREP …………………………………………………………………………………….. 160

Práctica 5. Remallar y suavizar malla ……………………………………………………………………. 162

Práctica 6. Creación de un embalaje automático …………………………………………………….. 163

Práctica 7. Creación de estructuras de soporte ………………………………………………………. 164

Práctica 8. Cortar piezas y cortar grandes ficheros STL …………………………………………… 166

Práctica 9. Generador de entramados o Lattice Commander ……………………………………. 167

5.2. Meshmixer ………………………………………………………………………………………………………….. 169

5.2.1. Descarga e instalación ……………………………………………………………………………….. 169

5.2.2. Import ……………………………………………………………………………………………………….. 170

5.2.3. MeshMixer ………………………………………………………………………………………………… 170

5.2.4. Select ……………………………………………………………………………………………………….. 171

5.2.5. Edit …………………………………………………………………………………………………………… 172

5.2.6. Convert to… ……………………………………………………………………………………………… 172

5.2.7. Deform ……………………………………………………………………………………………………… 173

5.2.8. Modify ………………………………………………………………………………………………………. 173

5.2.9. Sculpt ……………………………………………………………………………………………………….. 173

5.2.10. Stamp …………………………………………………………………………………………………….. 173

5.2.11. Edit …………………………………………………………………………………………………………. 173

5.2.12. Analysis ………………………………………………………………………………………………….. 174

Práctica 1. Insertar un modelo desde la biblioteca y remallar ……………………………………. 176

Práctica 2. Creación de un modelo poroso con Delaunay-Dual Edges ………………………. 177

Práctica 3. Corte e inserción de un modelo y remallado …………………………………………… 178

Práctica 4. Creación de estructuras de soporte en modelos con voladizos …………………. 179

Práctica 5. Reparar un fichero STL ……………………………………………………………………….. 182

Práctica 6. Creación de un mordedor dental …………………………………………………………… 183

Práctica 7. Preparación de modelos reconstruidos a partir de imágenes médicas ………. 186

5.3. MeshLab ……………………………………………………………………………………………………………. 191

5.3.1. Descarga e instalación ………………………………………………………………………………… 191

5.3.2. Funcionalidades básicas de MeshLab …………………………………………………………… 191

5.4. Otras herramientas para reparar ficheros STL ………………………………………………………… 194

5.4.1. Materialise Cloud ……………………………………………………………………………………….. 194

5.4.2. 3D Builder …………………………………………………………………………………………………. 194

5.4.3. Microsoft 3D Tools ……………………………………………………………………………………… 195

5.4.4. Make printable …………………………………………………………………………………………… 195

Capítulo 6. Rebanadores ……………………………………………………………………………………………….. 199

6.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………… 201

6.2. Parámetros básicos de impresión …………………………………………………………………………. 203

6.3. Slic3r …………………………………………………………………………………………………………………. 206

6.3.1. Descargar la aplicación ……………………………………………………………………………….. 206

6.3.2. Configuración básica de Slic3r …………………………………………………………………….. 206

6.3.3. Configuración avanzada ……………………………………………………………………………… 207

6.3.3.1. Print Settings …………………………………………………………………………………. 209

6.3.3.2. Filament Settings ……………………………………………………………………………. 223

6.3.3.3. Printer Settings ………………………………………………………………………………. 224

6.3.4. Impresión dual …………………………………………………………………………………………… 226

6.4. Cura ………………………………………………………………………………………………………………….. 228

6.4.1. Descargar la aplicación ……………………………………………………………………………….. 228

6.4.2. Entorno …………………………………………………………………………………………………….. 229

6.4.3. Configuración de laminado ………………………………………………………………………….. 231

6.4.3.1. Recomendado (configuración básica) ……………………………………………….. 231

6.4.3.2. Personalizado (configuración avanzada) …………………………………………… 231

6.4.4. Posprocesado con Cura ……………………………………………………………………………… 245

6.5. Repetier-Host ……………………………………………………………………………………………………… 248

6.5.1. Descargar la aplicación ……………………………………………………………………………….. 248

6.5.2. Entorno …………………………………………………………………………………………………….. 249

6.5.3. Utilización de Repetier-Host con Slic3r o Cura ………………………………………………. 249

6.6. Cube Pro ……………………………………………………………………………………………………………. 252

6.7. Makerbot Desktop ……………………………………………………………………………………………….. 253

6.7.1. Descargar la aplicación ……………………………………………………………………………….. 253

6.7.2. Entorno …………………………………………………………………………………………………….. 253

6.7.3. Configuración del laminado (Settings) …………………………………………………………… 254

6.7.4. Preview (previsualización) …………………………………………………………………………… 255

6.7.5. Otras funciones ………………………………………………………………………………………….. 255

6.8. Simplify3D ………………………………………………………………………………………………………….. 257

6.9. 3DPrinterOS ……………………………………………………………………………………………………….. 257

6.10. Skeinforce ………………………………………………………………………………………………………….. 258

6.11. KISSlicer ……………………………………………………………………………………………………………. 258

6.12. MakerWare …………………………………………………………………………………………………………. 258

6.13. ReplicatorG ………………………………………………………………………………………………………… 258

6.14. Aplicaciones app …………………………………………………………………………………………………. 258

6.14.1. Graphite ………………………………………………………………………………………………….. 259

6.14.2. GCode Simulator ……………………………………………………………………………………… 259

6.14.3. GrabCAD y Thingiverse …………………………………………………………………………….. 259

Capítulo 7. Consejos de diseño 3D ………………………………………………………………………………… 261

7.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………… 263

7.2. Reglas de diseño ………………………………………………………………………………………………… 263

7.2.1. La regla de los 45º y el diseño de soportes ……………………………………………………. 263

7.2.2. Modelos sólidos …………………………………………………………………………………………. 267

7.2.3. Diseño para impresión ………………………………………………………………………………… 267

7.2.4. Diseño modular ………………………………………………………………………………………….. 267

7.2.5. Tolerancias ……………………………………………………………………………………………….. 267

7.2.6. Optimizar espesores en función del ancho de la boquilla ………………………………… 268

7.2.7. Grosor y cara cerradas ……………………………………………………………………………….. 268

7.2.8. Dirección de impresión ……………………………………………………………………………….. 268

7.2.9. Eje de impresión Z y resistencia …………………………………………………………………… 269

7.2.10. Contracción del plástico …………………………………………………………………………….. 269

7.2.11. Aristas compartidas y caras normales …………………………………………………………. 270

7.2.12. Taludes y formas esféricas ………………………………………………………………………… 270

7.2.13. Modelos 3D huecos ………………………………………………………………………………….. 270

7.2.14. Diseño dentro de los límites de impresión ……………………………………………………. 270

7.2.15. Resolución ………………………………………………………………………………………………. 271

7.2.16. Acabado superficial …………………………………………………………………………………… 271

7.2.17. Formato del fichero STL ……………………………………………………………………………. 271

7.3. Diseño geométrico de piezas para impresión FDM ………………………………………………….. 271

7.3.1. Espesores, nervios y costillas ………………………………………………………………………. 272

7.3.2. Taladros y salientes ……………………………………………………………………………………. 272

7.3.3. Relieves y grabados …………………………………………………………………………………… 272

7.4. Diseño de estructuras de celosía ………………………………………………………………………….. 273

7.4.1. Intralattice …………………………………………………………………………………………………. 273

7.4.2. Crystallon ………………………………………………………………………………………………….. 274

7.4.3. Netfabb® Premium y el diseño de modelos porosos ……………………………………….. 275

7.5. Errores de impresión ……………………………………………………………………………………………. 276

7.5.1. Warping …………………………………………………………………………………………………….. 276

7.5.2. Voladizos (Overhang) …………………………………………………………………………………. 277

7.5.3. Desplazamientos ……………………………………………………………………………………….. 277

7.5.4. Delaminación …………………………………………………………………………………………….. 278

7.5.5. Hilos de impresión separados ……………………………………………………………………… 278

7.6. Consejos generales de impresión y diseño …………………………………………………………….. 278

7.7. Consejos generales de impresión con ABS, PLA y otros filamentos ………………………….. 279

7.7.1. PLA ………………………………………………………………………………………………………….. 279

7.7.2. ABS ………………………………………………………………………………………………………….. 279

7.7.3. PVA ………………………………………………………………………………………………………….. 280

7.7.4. Bendlay …………………………………………………………………………………………………….. 280

7.7.5. Lay-Brick …………………………………………………………………………………………………… 280

7.7.6. Lay-Wood ………………………………………………………………………………………………….. 280

Capítulo 8. Filamentos para impresión 3D ……………………………………………………………………… 283

8.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………… 285

8.2. PLA (ácido poliláctico) …………………………………………………………………………………………. 285

8.3. ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) …………………………………………………………………….. 286

8.4. PVA (alcohol de polivinilo) ……………………………………………………………………………………. 286

8.5. HIPS (poliestireno de alto impacto) ……………………………………………………………………….. 287

8.6. HDPE (polietileno de alta densidad) ………………………………………………………………………. 287

8.7. PET/PETG (tereftalato de polietileno) ……………………………………………………………………. 287

8.8. PC (policarbonato) ………………………………………………………………………………………………. 288

8.9. NYLON ………………………………………………………………………………………………………………. 288

8.10. TPE (flexible)………………………………………………………………………………………………………. 288

8.11. LAYBRICK …………………………………………………………………………………………………………. 288

8.12. LAYWOOD …………………………………………………………………………………………………………. 289

8.13. SOFT PLA ………………………………………………………………………………………………………….. 289

8.14. BENDLAY ………………………………………………………………………………………………………….. 289

8.15. FILAFLEX …………………………………………………………………………………………………………… 290

8.16. TCP FLEX (copoliester termoplástico) …………………………………………………………………… 290

8.17. NINJAFLEX ………………………………………………………………………………………………………… 290

8.18. FLUORESCENTES (Glow In The Dark ) ………………………………………………………………… 291

8.19. T-Glass (Taulman3D) ………………………………………………………………………………………….. 291

8.20. PLA conductor (ácido poliláctico) ………………………………………………………………………….. 291

8.21. Otros filamentos de PLA/ABS ……………………………………………………………………………….. 292

Capítulo 9. Repositorios de modelos 3D ………………………………………………………………………… 295

9.1. Introducción………………………………………………………………………………………………………… 297

9.2. Los principales repositorios 3D ……………………………………………………………………………… 297

9.2.1. Thingiverse (Digital Design for Physical Object) …………………………………………….. 297

9.2.2. GrabCAD ………………………………………………………………………………………………….. 299

9.2.3. CGTrader ………………………………………………………………………………………………….. 299

9.2.4. 3D Content Central …………………………………………………………………………………….. 299

9.2.5. 3DExport …………………………………………………………………………………………………… 300

9.2.6. Cults …………………………………………………………………………………………………………. 300

9.3. Otros repositorios de descarga e intercambio de ficheros ………………………………………… 301

9.3.1. Pinshape …………………………………………………………………………………………………… 301

9.3.2. YouMagine ………………………………………………………………………………………………… 301

9.3.3. Free3D ……………………………………………………………………………………………………… 301

9.3.4. Repables …………………………………………………………………………………………………… 301

9.3.5. STLFinder …………………………………………………………………………………………………. 301

9.3.6. Yeggi ………………………………………………………………………………………………………… 302

9.3.7. 3Dagogo …………………………………………………………………………………………………… 302

9.3.8. TurboSquid ……………………………………………………………………………………………….. 302

9.3.9. Libre 3D ……………………………………………………………………………………………………. 303

9.3.10. Fab365 ……………………………………………………………………………………………………. 303

9.3.11. My Mini Factory ………………………………………………………………………………………… 303

9.3.12. 3D Shook ………………………………………………………………………………………………… 303

9.3.13. 3docean ………………………………………………………………………………………………….. 303

9.4. Repositorios de descarga de modelos biológicos ……………………………………………………. 303

9.5. Servicios de impresión …………………………………………………………………………………………. 305

Capítulo 10. Modelos de impresoras 3D ………………………………………………………………………… 307

10.1. Introducción ………………………………………………………………………………………………………. 309

10.2. Aspectos a tener en cuenta en la compra de una impresora ……………………………………. 309

10.2.1. Resolución o grosor de la capa ………………………………………………………………….. 310

10.2.2. Ancho de la capa ……………………………………………………………………………………… 310

10.2.3. Volumen de construcción ………………………………………………………………………….. 310

10.2.4. Superficie de la plataforma ………………………………………………………………………… 311

10.2.5. Calibración de la plataforma ………………………………………………………………………. 311

10.2.6. Diámetro del filamento empleado ……………………………………………………………….. 312

10.2.7. Tipos de movimiento de la plataforma y del cabezal extrusor …………………………. 312

10.2.8. Precisión del cabezal extrusor ……………………………………………………………………. 312

10.2.9. Doble extrusor ………………………………………………………………………………………….. 312

10.2.10. Material imprimible ………………………………………………………………………………….. 313

10.2.11. Software e interfaz de usuario ………………………………………………………………….. 313

10.2.12. Estructura y materiales de construcción …………………………………………………….. 314

10.2.13. Pantalla de control y conexión al PC …………………………………………………………. 314

10.2.14. Impresoras para montar ………………………………………………………………………….. 314

10.3. Impresoras según marcas comerciales …………………………………………………………………. 315

10.4. Selección de cinco impresoras FDM …………………………………………………………………….. 319

Capítulo 11. Tutoriales de impresión 3D ………………………………………………………………………… 327

Práctica 1. Impresión de un modelo 3D de Thingiverse ……………………………………………. 329

Práctica 2. Impresión de un modelo 3D STL en PLA con Cube Print …………………………. 337

Práctica 3. Creación de un soporte para móvil con Tinkercad y rebanado con Slic3r …… 340

Práctica 4. Descarga de modelos de Thingiverse e impresión con Slic3r …………………… 344

Práctica 5. Impresión de un modelo poroso con PLA y Filaflex en Slic3r ……………………. 346

Práctica 6. Creación de llavero con Tinkercad y rebanado con MakerBot Print …………… 348

Práctica 7. Diseño e impresión de un anemómetro Da Vinci con Fusion 360 y MakerBot …. 352

Práctica 8. Escaneado con 3Dsense e impresión 3D con Cura …………………………………. 355

Práctica 9. Impresión bicolor con Cura …………………………………………………………………… 358

Práctica 10. Impresión 3D de hebilla con estructuras de soporte hidrosolubles …………… 360

Práctica 11. Perfil de Manhattan con CADMAPPER e impresión con 3DPrinterOS ……… 361

Practica 12. Reconstrucción de imágenes médicas con Invesalius y Repetier ……………. 363

Glosario de términos y webgrafía ………………………………………………………………………………….. 369