Reglas de diseño FDM para principiantes en impresión 3D
Has dibujado una pieza perfectamente en CAD, la impresión dura varias horas y, en el primer uso, el soporte se rompe en la parte más delgada. O el conector no encaja en la ranura, aunque las dimensiones deberían ser 'correctas'. Escuchamos este tipo de comentarios en el taller de 33d.ch casi todas las semanas, y sí, al principio nos pasaba exactamente lo mismo.
La causa rara vez es solo la impresora, sino principalmente el diseño: paredes demasiado delgadas, voladizos demasiado pronunciados, orientación inadecuada en el espacio de construcción o tolerancias poco realistas. La buena noticia: con algunas reglas de diseño FDM claras, muchos fallos de impresión y roturas se pueden eliminar ya en el CAD.
Quelle: Representación propia
Nos centramos aquí en impresoras FDM de escritorio típicas con una boquilla de 0,4 mm y materiales como PLA o PETG, es decir, la configuración que utilizan muchos makers aficionados, escuelas y PYMEs en Suiza. Los números mencionados son deliberadamente conservadores y están pensados como valores de inicio seguros que puedes verificar tú mismo paso a paso en tu propia impresora.
Cómo funciona la impresión 3D FDM
En el proceso FDM/FFF, tu pieza se construye capa por capa con un filamento de plástico fundido. Esto suena simple, pero tiene consecuencias directas para el diseño:
- Los voladizos deben apoyarse en material ya impreso; en algún momento se necesitará soporte.
- Los puentes solo se pueden imprimir en el "aire" hasta cierto punto antes de que se hundan.
- Las piezas son anisotrópicas: generalmente más estables a lo largo de las trayectorias que entre las capas.
Por defecto, muchas impresoras FDM funcionan con una boquilla de 0,4 mm. Como guía general, el espesor mínimo de la pared debe corresponder al menos al ancho de la boquilla, preferiblemente al doble o triple (≈0,8 – 1,2 mm). Los voladizos a menudo se pueden imprimir hasta aproximadamente 45° con respecto a la vertical sin soporte; por encima de eso, el riesgo de bordes caídos y superficies sucias aumenta significativamente.
Las reglas de diseño FDM más importantes para principiantes
En la práctica, ha demostrado ser útil aplicar consistentemente algunas reglas simples. Con ellas, tus primeras piezas quizás no estén perfectamente optimizadas, pero funcionarán de manera fiable y no se romperán en el primer uso.
Espesores de pared: piensa en anchos de línea
El error de diseño más común son las paredes demasiado delgadas. En el slicer, la pieza parece colorida y "de cuerpo entero", pero en realidad solo se imprime una línea única, que luego se rompe al primer golpe o incluso al retirarla de la cama de impresión.
Para una boquilla de 0,4 mm, las siguientes reglas generales funcionan muy bien para principiantes:
- piezas puramente decorativas y de cubierta: al menos 0,8 mm (≈2 líneas)
- piezas funcionales con carga ligera: 1,2 – 1,6 mm (3 – 4 líneas)
- áreas de alta carga, por ejemplo, un domo de tornillo o un soporte: preferiblemente 2,0 mm o más en la dirección de la carga
Quelle: Representación propia
El gráfico resume las reglas típicas de diseño FDM para espesores de pared, voladizos y puentes, ideal como hoja de trucos junto al CAD.
| Boquilla | Pared mínima robusta recomendada |
|---|---|
| 0,4 mm | 0,8–1,2 mm |
| 0,6 mm | 1,2–1,8 mm |
| 0,8 mm | 1,6–2,4 mm |
Valores orientativos de la práctica: comprueba siempre con un cuerpo de prueba simple en tu propia impresora.
Lo determinante para la resistencia son principalmente las paredes exteriores (perímetros). Si en 33d.ch necesitamos piezas estables, primero aumentamos el número de perímetros y solo después el relleno (esto también concuerda con las recomendaciones de muchos fabricantes de slicers y pruebas de la comunidad).
Planificar voladizos, puentes y material de soporte de forma inteligente
El material de soporte es práctico, pero cuesta tiempo, material y, a menudo, paciencia para retirarlo. Es mejor diseñar la pieza de manera que se necesite el menor soporte posible.
Como ayuda simple de diseño, usamos la regla de los 45°: los voladizos más planos suelen necesitar soporte, las áreas más pronunciadas se autoportan, dependiendo del material, la refrigeración y la impresora. En la práctica, merece la pena probar geometrías críticas con una pieza de prueba pequeña antes de que la pieza grande entre en producción.
| Función | Valor orientativo para configuraciones de principiantes |
|---|---|
| Voladizo | hasta aprox. 45° con respecto a la vertical, generalmente imprimible sin soporte |
| Puentes | hasta aprox. 5-10 mm a menudo limpios, por encima, es mejor probar o dar soporte |
| "Lengua" independiente | evitar en la medida de lo posible: es mejor unir con chaflán o radio |
Valores orientativos para PLA/PETG con ventilador bien ajustado; otros materiales pueden variar.
Consejos que han demostrado su utilidad en nuestro taller:
- Preferir diseñar los bordes interiores con chaflanes de 45° en lugar de cantos vivos de 90°.
- Dividir los recortes grandes de manera que los puentes sean más cortos o se eliminen por completo.
- Si una pieza requiere mucho soporte, a menudo vale la pena dividirla en dos piezas atornilladas o encajables.
Agujeros, ajustes y uniones a presión
Casi todo el que diseña por primera vez con FDM se topa con agujeros demasiado pequeños. La impresora "arrastra" ligeramente el material hacia adentro al contornear radios interiores; además, influyen la contracción del material y la calibración.
Por lo tanto, en el CAD, solemos hacer los agujeros de 0,1-0,3 mm más grandes que la medida deseada y usamos compensación XY en el slicer para ajustes importantes o taladramos después. Para los tornillos M3, M4 y M5 clásicos, tiras de prueba pequeñas con varios tamaños de agujeros han demostrado ser una hoja de trucos insuperable.
- para tornillos: planificar una sobremedida en CAD y, si es necesario, un ligero rectificado
- para ejes o pernos: determinar primero el offset ideal con una tarjeta de prueba simple
- cierres a presión: es mejor hacerlos un poco más "gruesos" y limar material si es necesario, en lugar de diseñar un cierre delgado que se rompa de inmediato
Tolerancias en la práctica
En las impresoras FDM de escritorio típicas, las tolerancias realistas se sitúan en el rango de unas pocas décimas de milímetro. En nuestro taller, los siguientes valores orientativos han demostrado su utilidad:
- ajuste enchufable pero no holgado: juego de 0,2 – 0,3 mm
- ajuste de interferencia ligero (por ejemplo, imanes): 0,1 – 0,2 mm de subdimensionamiento más postprocesamiento
- uniones a presión: desarrollarlas preferiblemente con piezas de prueba en lugar de solo calcular
Estabilidad y orientación: Piensa como una impresora
Quelle: threedom.de
La visión general muestra que cada tecnología de impresión 3D tiene sus propios límites de diseño. Para FDM, los espesores de pared, los voladizos y la orientación en el espacio de construcción son especialmente críticos.
Orientación en el espacio de construcción
Las piezas FDM son estables según la dirección. A lo largo de las trayectorias y capas (en dirección XY) soportan mucho más que en sentido transversal (en dirección Z). En la práctica, te das cuenta de ello porque las piezas a menudo se rompen exactamente a lo largo de las líneas de capa si se han orientado de forma inadecuada.
Por lo tanto, alineamos soportes y clips que están sometidos a tracción o flexión, siempre que sea posible, de manera que la carga vaya en la dirección de las trayectorias y que las secciones transversales críticas no se impriman como "escaleras" delgadas en Z.
- Es preferible imprimir los soportes en L tumbados para que la curva esté formada por muchas capas, en lugar de verticales con una única "costura de rotura".
- Girar los cierres a presión de manera que la base del cierre discurra a lo largo de las líneas de capa.
- Colocar los agujeros alargados en la dirección de las trayectorias bajo carga de tracción, no en sentido transversal.
Perímetro vs. Relleno: de dónde viene realmente la resistencia
Muchos principiantes aumentan primero el relleno al 80 % o 100 % si una pieza debe ser más estable. En la práctica, es mucho más efectivo ajustar los espesores de pared y los perímetros. Pruebas y documentaciones de fabricantes demuestran una y otra vez que las paredes exteriores aportan la mayor parte de la resistencia de la pieza.
Como valores de inicio, el siguiente conjunto ha funcionado bien para piezas funcionales de PLA y PETG:
| Uso | Perímetros | Relleno |
|---|---|---|
| Carcasas, cubiertas | 2 | 15–20 % |
| Piezas funcionales ligeras | 3 | 20–30 % |
| Piezas de mayor carga | 3–4 | 30–40 % |
Valores orientativos para muchas configuraciones estándar; para piezas de seguridad, trabaja siempre con pruebas de carga reales.
Quelle: biocraftlab.com
El relleno de panal o giroid ofrece un buen equilibrio entre estabilidad y consumo de material. A menudo, un relleno moderado es suficiente si las paredes exteriores están dimensionadas adecuadamente.
Valores de relleno extremadamente altos rara vez valen la pena: la impresión dura mucho más, aumenta el riesgo de deformación y el consumo de material se dispara. Si una pieza con un 40 % de relleno y 3-4 perímetros sigue siendo demasiado blanda, es probable que el diseño básico aún no sea correcto.
Errores típicos de principiantes de nuestro taller
Vemos algunos clásicos en los nuevos diseños de clientes una y otra vez:
- Paredes de exactamente 0,4 mm con boquilla de 0,4 mm: el slicer a menudo solo lo convierte en una línea.
- Bordes interiores con un voladizo de 90° dibujados directamente "en el aire".
- Puentes largos y autoportantes de más de 20-30 mm sin probar si el perfil lo permite.
- Agujeros diseñados exactamente en la dimensión nominal: luego el tornillo no encajará.
- Piezas críticas puestas de pie porque ocupan mejor espacio en la plataforma.
Cuando recibimos este tipo de piezas, primero ajustamos los espesores de pared, los voladizos y la orientación, a menudo sin cambiar mucho la apariencia. Incluso solo con eso, la resistencia y la seguridad de impresión aumentan notablemente.
Lista de verificación: Antes de exportar a STL
Antes de exportar tu modelo como STL o enviarlo a un proveedor de servicios de impresión 3D, una breve verificación del diseño vale la pena. En nuestro taller, pasamos internamente por estos puntos:
- ¿Se mantienen todas las paredes de soporte en múltiplos razonables del ancho de extrusión (por ejemplo, 0,8-1,6 mm con 0,4 mm)?
- ¿Hay voladizos de aproximadamente 45° que puedas suavizar mediante chaflanes, radios o una división diferente?
- ¿Son los puentes más largos de unos 10 mm y se pueden acortar mediante cambios geométricos?
- ¿Los agujeros para tornillos, ejes o imanes tienen una ligera sobremedida o están previstos para postprocesamiento?
- ¿Se elige la orientación de la pieza de manera que la carga principal discurra a lo largo de las líneas de capa?
- ¿Realmente necesitas un 80-100 % de relleno, o son suficientes más perímetros y un relleno moderado?
Quien sea nuevo en el diseño FDM se beneficiará enormemente de algunas piezas de prueba simples: un calibre de espesor de pared, una barra de agujeros para tornillos comunes y una pequeña placa de prueba de puentes/voladizos. En 33d.ch documentamos nuestras experiencias directamente en el proyecto del cliente correspondiente, lo que hace que los pedidos posteriores sean más rápidos y reproducibles.
Buenos vídeos para profundizar
Si prefieres ver cómo otros diseñan, estos vídeos (en inglés) te ayudarán a empezar:
- Vídeo recomendado: Design for Manufacturing: Polymer FDM – explica de forma muy concisa voladizos, espesores de pared y reglas de diseño.
- Vídeo recomendado: 8 Essential Design Rules for Mass Production 3D Printing – muestra cómo diseñar piezas para que impriman bien y luego se puedan montar sin problemas.
Mini-conclusión: 5 cosas que debes recordar
- Piensa en anchos de línea: planifica paredes en múltiplos del ancho de extrusión, no "a ojo".
- Ten en cuenta los voladizos, puentes y la orientación ya en el CAD, no los repares solo en el slicer.
- La resistencia proviene principalmente de las paredes exteriores; aumenta el relleno solo moderadamente.
- Crea agujeros y ajustes deliberadamente con sobremedida o subdimensionamiento y valídalos con cuerpos de prueba.
- Documenta tus propios valores de referencia: una vez probados correctamente, habrá muchas menos sorpresas en la impresora.
Combina bien con (ideas de artículos internas)
Para una mayor expansión del blog de 33d.ch, los siguientes artículos encajan con el tema:
- Entender las tolerancias de impresión 3D
- Almacenar correctamente el filamento
- Comparación de materiales FDM: PLA, PETG, ABS
- Lista de verificación para el primer pedido de impresión 3D
- Reconocer y solucionar errores típicos de impresión FDM