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Imprimir es lo de menos: De idea a producto

Os voy contar el proceso completo que sigo a la hora de imprimir una pieza, desde la definición del problema hasta el producto final. Como suele ocurrir, la impresión en sí es sólo una parte pequeña del proceso total.

La pieza que voy a utilizar como ejemplo es muy sencilla de diseñar e imprimir. Se trata del anillo que sujeta la correa de mi reloj deportivo Garmin 735XT:

Anillo correa Garmin

1. Definición del problema y análisis de soluciones

Problema:

La correa de mi reloj se suelta porque el anillo que la sujeta se ha dado de sí.

Posibles soluciones

Solución a) Comprarme un anillo nuevo

Solución b) Imprimirlo

A continuación los pros y contras de cada solución:

Solución a) Comprarme un anillo nuevo

Existen repuestos disponibles en Amazon España como éste o este otro. Según el fabricante son compatibles con muchos modelos pero según los comentarios de los compradores ninguna se ajusta perfectamente al modelo en cuestión (Forerunner 735XT) => Descartado

También está disponible en la página web del fabricante (Garmin) para el modelo específico por lo que me aseguro que va a ajustarse perfectamente, aunque es probable que vuelva a darse de sí o incluso a romperse. Está disponible por 3€ aproximadamente pero con impuestos y gastos de envío se queda en 8,79€:

Precio anillo web Garmin

¿Merece la pena comprarlo?

A favor:

  • Es necesario: Sin anillo puedo usar el reloj pero me molesta llevar la correa suelta y corro el riesgo de perderlo.

En contra:

  • Se va a volver a dar de sí en unos meses: He estado aproximadamente 15 meses usándolo diariamente, pero sólo me lo quito una vez a la semana de media para cargarlo. Realmente el anillo sólo lo he “usado” 4 (semanas) x 15 (meses) =60 veces aproximadamente. Pero en el futuro estimo un uso mucho más frecuente porque estoy aumentando el número de entrenamientos y además la batería se va desgastando.
  • Objetivamente no es caro, sólo supone un 4% de lo que me costó el reloj (197,90€ en Septiembre 2020) PERO me da rabia pagar 8,79€ por un trocito de plástico => Descartado

Solución b) Imprimirlo

Ojo que no por haber descartado la primera opción ya nos podemos tirar a la piscina de la impresión 3D. No todo es imprimible ni mucho menos, SIEMPRE conviene hacer un análisis de viabilidad:

¿Merece la pena imprimirlo?

A favor:

  • Sencillo de diseñar: Teniendo la pieza original, basta con medirla y modelarla en el ordenador.
  • Sencillo de imprimir: La geometría de la pieza es básica
  • Rápido de imprimir: Al tratrase de una pieza muy pequeña

En contra:

=> Puede ser viable imprimirlo pero hay que invertir tiempo en diseño y pruebas de impresión. Pero para eso estamos aquí

2. Prueba de impresión

Para cerciorarme de que el material imprime bien y es lo suficientemente flexible y resistente, voy a hacer una prueba rápida de impresión imprimiendo un modelo cualquiera de los arriba mencionados:

Prueba de impresión con TPU

La pieza se imprimió bien pero como se observa en la foto este material suelta bastantes hilillos (stringing), que habrá que retirar después.

3. Diseño

Aunque haya modelos disponibles, prefiero diseñarlo yo misma por tratarse de algo tan sencillo. A continuación los pasos que sigo:

  1. Boceto de la pieza. En este caso como se trata de un repuesto podemos simplemente medir las dimensiones de la pieza original, con un calibre o incluso una regla. Hacemos un sencillo dibujo con las dimensiones para hacernos una idea general:
  2. Con las proporciones ya en la cabeza, lo diseñamos en algún programa de CAD. Yo suelo usar Autodesk Fusion 360 para diseños paramétricos. Es muy intuitivo y bastante estándar en el mundo 3D.
  3. Mejora de diseño: En este caso intento no sólo crear una mera copia de la pieza sino MEJORARLA. Dado que sé por dónde falla (se da de sí) voy a reforzarla, haciendo por un lado las paredes más gruesas y por otro haciéndola más estrecha para que quede más ajustada a la correa. También hago más profundo el pico que se introduce en el agujero de la correa.
  4. Adaptación al proceso de fabricación: Vamos a utilizar la impresora de filamento, que imprime capa sobre capa. Me interesa una primera capa con la máxima superficie posible, para lograr mayor adherencia con la placa y con las capas posteriores, por lo que elimino el fileteado (redondeado) de algunos bordes.

Así quedaría el diseño:

Diseño anillo correa Garmin

Teniendo el diseño hecho ya podemos preparar la impresión.

4. Preparación de impresión

Antes de imprimir la pieza hay que “prepararla”, es decir, hay que definir los parámetros de impresión como la temperatura, la velocidad, el relleno, la altura de capa, etc. Esto se hace en el programa laminador o “slicer”. Yo uso Cura de Ultimaker.

Al slicer hay que darle un archivo que pueda interpretar. El diseño generado en CAD tiene que ser exportado en algún formato que codifique de alguna manera las superficies de un modelo 3D. El estándar en la industria3D es el formato .stl, que aproxima las superficies en triángulos y guarda la información de dichos triángulos.

El material elegido es TPU (poliuretano termoplástico) por su carácter flexible. Está fabricado en España por Recreus. El TPU es algo complejo de imprimir por su carácter flexible por lo que te recomiendo que antes de probarlo busques información sobre él y sobre el sistema de extrusión de tu impresora. Antes de comprarse una bobina entera, mejor comprar un par de muestras de diferentes flexiblidades, como éste

Cura viene con un perfil para TPU Genérico con parámetros genéricos que viene muy bien cuando no dominas un material. Con el TPU hay que tener en cuenta sobre todo la retracción del material, pues al ser flexible puede quedarse atascado. Imprimo con boquilla (nozzle) de 0.4mm y altura de capa 0.2mm. Aquí podéis ver algunos de los parámetros que (afortunadamente) te predefine Cura:

Vista slicer CURA

Realmente la pieza se imprime “tumbada” sobre su eje mayor. Debajo del “palo” interior habría que poner soportes:

El slicer convierte toda esta información a un lenguaje básico entendible para la impresora, básicamente las coordenadas por las que tiene que ir pasando para depositar correctamente el filamento. Este archivo (formato .gcode) se inserta directamente en la impresora con una sd o un usb o incluso se puede enviar por WiFi.

5. Impresión

La fabricación en sí es el paso más sencillo:

Impresión anillo correa Garmin

Impresora: Mi maravillosa Ender 3X

Tiempo de impresión total: 13mins

¿Hemos acabado? Ni mucho menos 😀

6. Validación: Iteraciones Diseño-Fabricación

Es muy difícil acertar con las dimensiones exactas a la primera, por el propio error en la medida mío y del aparato de medida) y la contracción del material en la fabricación, que es milimétrica pero en piezas tan pequeñas puede ser relevante. En este caso he impreso 3 piezas hasta dar con la definitiva: Una demasiado pequeña, otra demasiado grande, otra perfecta.

Además hay que sumar otras 2: la primera que imprimí para comprobar material y una impresión fallida que paré a media impresión porque tenía enredada la bobina de filamento y no extruía bien. De abajo a arriba, las pruebas. Arriba del todo, la pieza final.

Pruebas Anillo Correa

7. Postprocesado

Eliminamos soportes y rebabas. En este caso no hay asperezas, pero depende del diseño, el uso, el material, etc habría que limar o lijar.

8. Prueba de producto final

En este caso el testeo es sencillo: usar el reloj en distintos deportes. Tras un mes usándolo sin problemas para nadar correr bailar etc se mantiene perfectamente. Incluso patinando, que llevo el reloj en el antebrazo y casi al final de la correa, aguanta perfectamente (foto). Técnicamente sigo probándola, porque el testeo dura años.

Cosméticamente no queda un acabado tan pulido como en la pieza original porque se ven las líneas de impresión, aunque a mí personalmente me encantan por lo que representan.

En el último agujero

9. Venta

Dado que el producto ya está diseñado y probado, no cuesta nada comercializarlo.

Está a la venta por 2€ + gastos de envío (1€ en península) en esta misma web

También he puesto el archivo .stl (el diseño) a la venta en mi perfil de cults3d por 1€

Nota: Válido para el Garmin 735XT. Seguramente sea compatible para otros modelos pero no lo puedo garantizar

Conclusiones finales

  • Se trata de un proceso relativamente largo que requiere iteraciones y know-how en ciertos ámbitos, por lo que es fundamental hacer un análisis previo antes de “saltar” a probar la magia de la impresión 3D.
  • La primera unidad de producto requiere una inversión de tiempo elevada, si tenemos en cuenta el tiempo destinado a “análisis de viabilidad”, diseño y pruebas de diseño.  

¿Qué opinas del proceso? ¿Te parece tan fascinante como a mí? 😉

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