El ABC de la impresión 3D: hoy comparamos impresión SLS en nylon con FFF en PLA

Aprovechando que he terminado las pruebas de impresión del modelo de carro blindado alemán Sdkfz 265 befehlswagen en mi impresora , y que dispongo de un modelo similar de Panzer IB imprimido en Shapeways, voy a tratar de realizar una comparativa entre ambas tecnologías y materiales para exponer, desde mi punto de vista, que no tiene por qué ser objetivo ni imparcial, sus virtudes y sus defectos.

Panzer IB 1/48 SLS Vs Befehlswagen 1/56 PLA

A su izquierda, el Panzer IB 1/48; a la derecha, el Befehlswagen 1/56

Pero empecemos por el principio, porque en el principio estaba Shapeways, el Único, que en Internet es llamado Marketplace; y primero hizo a los diseñadores 3D, los Esclavos, que eran vástagos de su tecnología SLS, y estuvieron con él antes que se imprimiera alguna otra cosa. y les habló y les propuso categorías de impresión; y modelaron ante él y él se sintió complacido.

Y sucedió que Shapeways convocó a todos los Esclavos , y les comunicó una tecnología poderosa, descubriendo para ellos impresiones 3D todavía más grandes y más maravillosas que las realizadas hasta entonces; y la gloria del SLS y el esplendor del WSF asombraron a los Esclavos, de modo que se inclinaron ante Shapeways y guardaron silencio...

Porque igual que Eru dio forma al universo de Tolkien, Shapeways, a pesar de sus defectos, acercó a los modeladores 3D como el que escribe estas líneas, la posibilidad de utilizar tecnologías de impresión 3D hasta entonces reservadas al ámbito industrial, a un precio asequible, para actividades "artesanales" como la joyería o el modelismo.

Frente a las posibilidades de las impresoras tipo RepRap de aquellos años (2010), el material denominado WSF supuso toda una revolución. Este material consiste en polvo de nylon que se va fusionando mediante un láser,y se denomina tecnología SLS. Sus puntos fuertes eran los siguientes:

- Grosor mínimo de 0,7mm para los "muros" de las piezas.

- Grosor mínimo de 0,8mm para piezas tipo "alambre"

- Resolución mínima de 0,3mm para los detalles

- Precisión muy ajustada de 0,1mm

- Impresión sin material de soporte

 

Panzer IB 1/48 SLS

El resultado de imprimir el Panzer IB en material WSF 

Ésta última característica es quizás la mayor ventaja de este tipo de tecnología frente a la impresión con filamento y también a la impresión con resina (SLA), puesto que la necesidad de establecer soportes para las partes "en voladizo" es uno de los mayores quebraderos de cabeza a la hora de imprimir.

¿Qué es un voladizo?

Un voladizo es cualquier parte de una pieza que sobresale en horizontal y cuya parte inferior no apoya sobre la base de impresión. 

En el caso del Befehlswagen, los laterales de la torreta son voladizos que deberían imprimirse "sobre el aire". Lógicamente, es prácticamente imposible desde el punto de vista de un universo regido por la Ley de la Gravedad que una máquina pueda depositar material sobre el aire y este se mantenga en su sitio, por lo que en la mayor parte de los casos, cuando tenemos que imprimir piezas con voladizos, se hace necesario crear soportes adicionales a medida que la pieza se va imprimiendo para que una vez alcancemos la zona en la que comienza el voladizo, éste pueda ser imprimido sobre la base.

Soportes de impresión 3d en Befehlswagen

Voladizos y soportes en el Befehlswagen

Los programas ('slicers') que generan los archivos de impresión a partir de los ficheros STL suelen dar la opción de crear automáticamente estos soportes, aunque en la mayoría de los casos no ofrecen soluciones óptimas y es frecuente tener que generarlos o bien durante el modelado o bien con las herramientas disponibles en el 'slicer'. Hay que tener en cuenta que la presencia de un soporte unido a la pieza requiere eliminarlo posteriormente, dejando en muchos casos marcas sobre la superficie que hay que eliminar.

En las impresoras FFF con dos cabezales, es posible imprimir estos soportes con un material soluble en agua que evita el engorro de cortar y lijar, a medida que se va imprimiendo la pieza, pero en impresoras con un solo cabezal, de momento el trabajo de retirar los soportes es inevitable.

Puede que este tipo de compromiso a la hora de tratar con los voladizos sea uno de los principales factores limitantes a la hora de trabajar en el diseño en 3D de los modelos. No solo hay que diseñar con los requerimientos habituales para la impresión en la escala, tecnología y material seleccionado, sino que hay que tener en cuenta la necesidad de soportes y cómo afectaran a la presencia de detalles en la zona en la que tendremos que incluirlos.

Voladizo en arco imprimido en 3D

Imprimir un voladizo sin soporte en una impresora FFF tiene sus riesgos

Por el contrario, la impresión SLS no requiere soportes, pues está tecnología realiza la impresión mediante una bandeja en la que se deposita una capa de material (nylon pulverizado). Esta capa es fundida por el láser y una vez terminada, se rellena la bandeja con la siguiente capa. Se funde y se añade una nueva capa. Y así sucesivamente. De esta forma, las capas se van superponiendo en toda su superfice a las capas previas, y así, las capas previas realizan la función de soporte.

Puesto que mis primeros modelos diseñados para impresion 3D consistían en edificios en escala N, imprimir mediante SLS permitía, entre otras cosas, modelar los tejados sin tener que preocuparse del soporte, con la opción de añadir textura en la parte superior para las tejas y en la parte inferior para las vigas sin ningún tipo de impedimento.

 

Tejado de un almácen de mercancías escala N

El techo de un almacén de mercancías en escala N "de una pieza"

En los carros de combate, la impresión del tren de rodaje con las cadenas, bogies, ruedas tensoras, amortiguación, etc, podía realizarse en una única pieza sin tener que añadir cortes ni modificaciones para realizar una impresión correcta o sufrir la intromisión de los soportes. O bien imprimir cada parte independiente para luego unirlas, gracias a la elevada precisión que permite encajes precisos.

Tanque ligero Stuart M3

Tanque ligero Stuart M3. Un bonito ejemplo de precisión y detalle en nylon SLS 

Y a la hora de afrontar diseños complejos todo esto supone un ahorro considerable en tiempo y esfuerzo que se añade a las virtudes de la impresión SLS, compensando hasta cierto punto el coste elevado de este tipo de impresiones. Además he de hacer hincapié en el hecho de que allá por 2010, imprimir en material WSF en Shapeways era una opción mucho más económica que en la actualidad.

Como en aquella época las impresoras domésticas no ofrecían la posibilidad de acercarse a los resultados del SLS, tomé la decisión de ceñirme a los dictados de Shapeways para comenzar a desarrollar mis modelos ajustándolos a las posibilidades y requisitos del nylon.

No obstante, como no es oro todo lo que reluce, el nylon también tiene sus propios inconvenientes:

- El material, una vez extraido de la máquina, se baña en cianocrilato para darle mayor consistencia y reducir la porosidad. Esto confiere al material resultante una dureza considerable que limita las posibilidades de trabajar con él (recordemos que nos movemos en el ámbito del modelismo).

- La porosidad no se elimina del todo, y el comportamiento del material a la hora de pintarlo se asemeja al de una esponja. Se hace necesario barnizar o imprimar el modelo con varias manos antes de comenzar el pintado definitivo.

- Como todas las tecnologías cartesianas, la impresión se realiza en un plano. Conseguir una superficie curva es imposible y el acabado más o menos escalonado de las superficies curvas depende siempre de la resolución de capa. Cuanto más fina la capa, mejor aproximación a la curva. Y cuanto más fina la capa, mayor tiempo de impresión. Y cuanto mayor el tempo de impresión, mayor coste económico. Probablemente las máquinas que usa Shapeways podrían imprimir con mayor resolución, pero obviamente, hay que tener en cuenta el factor económico.

- El "escalonado" en las superficies curvas también se produce en superficies planas inclinadas. Es posible reducirlo orientando el modelo de tal forma que las superficies queden paralelas al plano horizontal, pero en piezas con caras con diferente inclinación (como un vehículo tipo Sdkfz 251) es imposible que todas queden alineadas y de una forma o de otra, hay que sacrificar alguna de ellas, poniéndose de relieve el escalonado.

- La postproducción en esta tecnología es compleja. Una vez finalizada la impresión, hay que extraer las piezas de la bandeja, buscándolas entre el material sobrante. Para optimizar el proceso, Shapeways incluye en una misma tanda diferentes modelos hasta rellenar todo el volumen para optimizar el rendimiento. Esto da lugar a que en una bandeja haya que separar y clasificar tanto los diferentes modelos como las piezas que lo componen, que pueden ser innumerables. Después hay que limpiarlas y bañarlas en cianocrilato. Hay numerosas manipulaciones por parte del personal y esto da lugar a roturas en las piezas más frágiles. Y cada rotura requiere de una nueva impresión completa aunque solo afecte a una de las partes del modelo.

- Como consecuencia de este elevado coste, en octubre de 2014 Shapeways decidió cambiar su política de precios, cobrando un mínimo por impresión, una cantidad fija por cada parte individual del modelo, una cantidad por el volumen de material consumido y otra cantidad que se calcula mediante uno de los algoritmos más complejos e impredecibles de la Historia de la Humanidad. De esta forma, y a pesar de que los evangelizadores (se autodenominan así) de Shapeways hicieron una campaña considerablemente agresiva para convencer tanto a los modeladores como a los compradores de que estaban emprendiendo la mayor reducción de precios conocida en el ámbito de la impresión 3D, el resultado es que los precios se vieron aumentandos de un día para otro sin ningún tipo de argumento razonable. Algunos modelos doblaron su precio, y en otros creción hasta 10 o 12 veces el original.

Todos entendemos que una empresa no puede perder dinero, que el coste real de la impresión en WSF era mucho mayor que el precio que ofrecía Shapeways, y que el dumping con el SLS tenía que llegar a un final una vez alcanzado el liderazgo entre los marketplaces de impresión 3D, pero después de 4 años trabajando con su material y sus compromisos, buena parte de los modelos (los míos y los de muchos otros diseñadores) quedaron fuera del mercado debido a su absurdo precio.

Pero volviendo al material y sus virtudes y defectos, no hay que olvidar que esta tecnología fue concebida para el prototipado y que todas las deficiencias que presenta nacen de su uso con intención finalista. Era una opción muy económica para realizar pruebas en la creación de másters de vehículos para posterior moldeado, por ejemplo, abaratando el proceso de modelar, imprimir, probar, modificar, imprimir, probar, corregir, imprimir, probar, etc., pero no es una tecnología que pueda considerarse para venta al público directa, tanto por el elevado coste como por la inconsistencia entre diferentes impresiones.

En cuanto a las impresoras de filamento usando PLA como material, sus puntos fuertes son los siguientes:

- El coste en material, electricidad y amortización de la máquina por pieza es mínimo.

 ...

Arbusto rodando por las calles del pueblo...

...

No. Es broma. No se trata solo del bajo coste por pieza. No es la tecnología más impresionante fruto del intelecto humano ni va a suponer el advenimiento de una Edad de Oro de progeso y bienester. Pero tiene sus cosas buenas.

Sdkfz 265 Befehlswagen 1/56 imprimido en PLA

Mi amigo Fritz se ha prestado a hacer compañía al Befehlswagen 1/56

Porque desde el punto de vista de mis proyectos como modelista, las impresoras domésticas permiten obtener prototipos de forma muy económica, y evitar la pérdida de tiempo que supone trabajar con un proveedor externo como Shapeways (que además, subcontrata a otras empresas). Puedo repetir una y otra vez cada parte individual del modelo para comprobar que el resultado es el esperado, obteniendo los resultados en horas o minutos, en lugar de semanas, acortando de forma considerable los tiempos muertos. 

Pruebas de impresión 3d Befehlswagen

Para hacer esto en Shapeways hay que pedir un crédito

No necesitas reunir varios proyectos a la vez para obtener un precio más económico y amortizar gastos, con el estres que supone tratar de completar varios proyectos y jugárselo todo a una carta, y puedes realizar modificaciones sobre la marcha sin que la pérdida de valor de las pruebas previas suponga un enorme desperdicio en tiempo y dinero.

Además, la impresión SLS es una tecnología de tipo industrial cuyo manejo es complicado y difícil de realizar en un entorno doméstico. El polvo de nylon es poco amigo de los alveolos pulmonares y tener un láser en casa probablemente haga saltar los chivatos a menudo, por lo que disponer de una máquina de prototipado que puedes poner en marcha mientras haces la cena y se fríen las patatas, es toda una ventaja.

El PLA es un material fácil de obtener y es muy asequible, los repuestos de las impresoras suelen ser económicos y con un kit de 300€ puedes ponerte en marcha y experimentar por ti mismo. Algo que, por supuesto, con una tecnología industrial como el SLS es imposible.

Alguien puede pensar que las impresoras de resina, SLA o DLP (las primeras curan la resina con láser, las segundas con un proyector de luz normal) ofrecen las mismas ventajas que las máquinas de filamento y que el acabado de la resina está muy por encima del PLA, pero aunquen no voy a entrar en más detalle, mi opinión es que no son máquinas para un entorno doméstico (no me fío de las resinas), la postproducción es engorrosa, la resina es cara y hablando de piezas grandes (como un coche de pasajeros a 1:48 o una pieza de escenografía d 28mm), las prestaciones no me acaban de convencer. Más que nada, porque suelen ser máquinas con un volumen relativamente pequeño.

Así que a la hora de elegir entre SLS o PLA, mi opinión es que el PLA se lleva la palma. Es triste haber desperdiciado todos estos años trabajando con Shapeways, pero no puedo olvidar que a pesar de que los resultados son decepcionantes, no es trabajo perdido.

Los inconvenientes de las impresoras de filamento son numerosos, y suelo recordarlos a menudo cada vez que me pongo a escribir/despotricar teniendo en mente la experiencia con mi Wanhao, pero en mi caso concreto como modelista, como herramienta de apoyo en el trabajo de desarrollo y generación de másters (que se imprimirán definitivamente en resina SLA, éstos sí) de vehículos o escenografía para castear en metal o resina, la impresora 3d con PLA se ha revelado como una herramienta de protototipado rápido excelente.

En lo tocante a adquirir una impresora doméstica para imprimir en casa tus propios modelos, mi opinión es que ninguna tecnología es adecuada, salvo que se posean ciertas habilidades con el software de modelado en 3D, pero ya escribí sobre esto en uno de mis anteriores "ensayos breves" .

Y nada más, solo unas imágenes para comparar con más detalle los dos tipos de impresión 3D:

Comparación impresión 3D Panzer IB vs Befehlswagen

 

Comparación impresión 3d SLS vs SLA

 

Comparación impresión 3d SLS vs SLA