Todo sobre boquillas de impresión: tipos, materiales y usos!

Son una parte fundamental a la hora de imprimir, sin embargo a veces no prestamos atención a su correcto empleo, ocasionando malas impresiones y terminaciones de baja calidad. Conocer a fondo su funcionamiento óptimo permite sacar el máximo provecho de ellas, seleccionando la mejor boquilla para cada uso.

¿Qué es una boquilla de Impresora 3D?

La boquilla, conocida en inglés como nozzle, es la última pieza en la larga cadena de partes que componen el sistema de extrusión de una impresora 3d. Ya sea un extrusor bowden, como el que equipan las populares Ender 3, o de tipo directo, como el que usa la Prusa I3, las boquillas están presentes en todas las impresoras FDM.

Su función es reducir el diámetro del filamento caliente a través del hotend hasta una medida determinada por el orificio de la boquilla. El filamento, en estado semi-sólido, es depositado directamente sobre la cama o sobre la última capa de la pieza, formando el objeto tridimensional deseado.

Resulta evidente que el tamaño del orificio de la boquilla determina, en gran parte, la calidad que se puede obtener con determinada impresora. Mientas más pequeña sea, los detalles que se podrán lograr serán más finos y por ende la pieza obtenida tendrá una mejor definición.

Actualmente, el estándar en diámetros de salida de boquillas para impresión 3d es de 0,4 mm, que brinda una relación calidad-velocidad de impresión excelente para la mayoría de los trabajos en las impresoras 3d más vendidas. El material más utilizado para fabricarlas es el latón, debido a una serie de propiedades que veremos más adelante.

La importancia de elegir la boquilla correcta

La calidad obtenida no sólo dependerá del tamaño del orificio sino también de otras características como el material del que están hechas, el filamento empleado, la temperatura de impresión y el estado de la boquilla, entre otras.

Aunque en teoría el plástico fundido fluye a través de la boquilla de manera uniforme y constante, la realidad es que se produce una fricción entre el filamento y las paredes de la boquilla, que lentamente va socavando el orificio y aumentando su diámetro. Algunos tipos de filamento contienen pequeños aditivos que los vuelven mucho más abrasivos, como los brillantes (tipo glow), el PLA Wood, filamentos conductivos o aquellos que contienen polvo de metal.

Intentar imprimir estos materiales con una boquilla estándar de latón es posible, pero la vida útil de la misma se reduce drásticamente, haciendo que se necesite su reemplazo en menos de 500 gramos de filamento en los peores casos.

Para solucionar este problema, existen boquillas hechas con materiales más resistentes, que aseguran una vida útil más prolongada y una mayor precisión dimensional. Además, al soportar mayores temperaturas, permiten aumentar la velocidad de impresión.

Boquillas de Distintos Materiales

El material de la boquilla otorga diferentes propiedades: resistencia al desgaste, conductividad del calor y dilatación térmica son algunas de las más importantes en impresión 3d, ya que afectan en gran medida el proceso y los resultados obtenidos. Si tenemos pensado utilizar diferentes tipos de filamento, es importante conocer estas propiedades y seleccionar la boquilla más adecuada para cada caso.

Boquillas de Latón

El latón es una aleación formada principalmente por cobre y zinc, que es fácil de maquinar y barato en comparación a metales de propiedades similares. Se suele usar para aplicaciones de baja temperatura y poco desgaste, como en grifos o instrumentos musicales. No tiene buena tolerancia a las rayaduras, por lo que las boquillas de impresión 3d se desgastan con rapidez y deben ser reemplazadas con frecuencia, en especial cuando se redondean las aristas de sus caras planas o se agranda el orificio de salida. También se vuelve quebradizo en caliente, motivo por el cual muchos usuarios suelen romperlos al armarlos con excesiva fuerza.  

  • Temperatura Máxima: 250 ºC
  • Compatibilidad de Filamentos: PLA, ABS, PETG, TPU.

Pros

  • Muy bajo costo.
  • Se consiguen fácilmente en todas sus medidas
  • Las temperaturas indicadas por los fabricantes de filamento se suelen basar en impresión con boquillas de latón, por lo que no se requiere de corrección.

Contras

  • El desgaste por uso es alto.
  • Tiende a redondearse durante el armado, por lo que siempre hay que contar con repuestos.
  • Mal armado, suele aflojarse debido a las constantes contracciones y dilataciones.

Boquilla de Acero Inoxidable

El acero es el material de uso industrial más empleado en el mundo. Está compuesto de hierro y un bajo contenido carbono y otros aleantes que le dan propiedades particulares. El acero inoxidable es inmune a la corrosión por óxido, y es mucho más resistente que el latón. Su tolerancia a la abrasión es muy buena, pero presenta una marcada disminución en la conductividad térmica, por lo que se necesita corregir la temperatura de impresión cuando se utiliza para imprimir materiales más exigentes. Al ser libre de plomo, se puede utilizar en conjunto con materiales aptos para entrar en contacto con alimentos.

  • Temperatura Máxima: 500 ºC
  • Compatibilidad de Filamentos: ABS, ASA, HIPS, PEI.

Pros

  • Apto para materiales en contacto con comida.
  • Mayor vida útil

Contras

  • No se recomienda utilizarlas en filamentos fáciles de imprimir, como el PLA, ya que su retención de calor es mayor.

Boquilla de Acero Reforzado

Diseñadas especialmente para imprimir filamentos con fibras de carbono, estas boquillas están tratadas térmicamente para dotarlas de una dureza superior. De esta manera, el deslizamiento de las fibras no desgasta prematuramente la boquilla. Además, soporta altas temperaturas de impresión.

  • Temperatura Máxima: 500 ºC
  • Compatibilidad de Filamentos: PC, Nylon.

Pros

  • Menor desgaste.
  • Soporta temperaturas más altas.

Contras

  • Si no son fabricadas por primeras marcas, suelen ser de mala calidad.

Boquilla con punta de Rubí

Estas boquillas son fabricadas en latón, a las que se inserta una punta de rubí, uno de los materiales más duros del mundo. Fue creado para la impresión de piezas con filamento hecho con carburo de boro, un material demasiado abrasivo incluso para las boquillas de acero endurecido.

  • Temperatura Máxima: 500 ºC
  • Compatibilidad de Filamentos: PEEK, PEI, filamentos con fibra de carbono.

Pros

  • Permite la impresión de cualquier tipo de material.
  • Soporta uso industrial intensivo.

Contras

  • Una boquilla puede costar alrededor de 100 dólares.

Boquilla Recubierta

Representan una solución intermedia entre las boquillas económicas y las de acero inoxidable. Están conformadas por un cuerpo de latón revestido por una fina capa de níquel, la cual le otorga mejores propiedades contra la corrosión, el desgaste por abrasión y la adherencia del plástico a las paredes de la boquilla.

  • Temperatura Máxima: 300 ºC
  • Compatibilidad de Filamentos: PLA, ABS, HIPS, TPE, PETG, NYLON, PP, PVA.

Pros

  • Bajo precio
  • Mecanizado de precisión que asegura una excelente calidad de impresión.

Contras

  • El desgaste interno no es observable, por lo que puede perder el recubrimiento sin evidenciarlo.

Diámetro de las Boquillas

Al seleccionar la boquilla, debe tenerse en cuenta el diámetro de salida por el cual pasará el filamento, ya que este determinará la máxima calidad que se puede obtener.

Al calentarse, el filamento es empujado a través de la boquilla, generándose una presión elevada dentro del canal de paso del material. Esta presión debe mantenerse constante, o de lo contrario el extrusor no tendrá la fuerza necesaria para empujar el filamento. Esta situación se traduce en pérdida de pasos del motor del extrusor y una inconsistencia en la cantidad de material depositado. Para evitar este problema, es fundamental seleccionar el diámetro correcto de la boquilla en el software laminador, y corregir este parámetro cada vez que se cambie de boquilla por otra de diferente tamaño.

Cuando utilizamos boquillas de menor diámetro, el extrusor deposita menos filamento en cada pasada, por lo cual cubre menos superficie y debe realizar más recorridos para cubrir la capa impresa. Debido a esto, los tiempos de impresión aumentan considerablemente. Como ventaja, la resolución en los ejes X e Y será mucho mayor, por lo que se podrán imprimir piezas más detalladas.

Por el contrario, si deseamos imprimir piezas muy grandes, con un nivel de detalle medio o bajo, sería conveniente utilizar una boquilla de mayor diámetro de salida. Además de cubrir mayor superficie por pasada, logrando bajar los tiempos de cada capa individual, una boquilla más grande permite aumentar la altura de las capas impresas. Como regla general, la altura de capa máxima que puede imprimirse es de aproximadamente el 75% del diámetro de la boquilla, aunque a veces puede traer problemas de mala adherencia entre capas y posterior deslaminación de la pieza. Lo recomendable es no superar el 60%, por lo que, si usamos una boquilla de 0,8 mm, una altura de capa máxima de 0,48 mm nos daría una muy buena relación entre velocidad y calidad de impresión.

Otra forma de ahorrar tiempo en cada pieza es reducir la cantidad de paredes impresas. Lo habitual al usar boquillas estándar de 0,4 mm es establecer dos paredes de ancho en los laterales del objeto. Usando una boquilla de 0,8 mm se puede imprimir sólo una pared y lograr la misma resistencia. Debemos ajustar muy bien las retracciones para evitar faltantes de material en las paredes, ya que los defectos se magnifican al agrandar las capas.

La mayoría de los softwares laminadores incluyen la opción de establecer el ancho de línea, lo cual trae ventajas en la resistencia de la pieza o la velocidad de impresión. Para experimentar con estos parámetros, esta tabla puede ser de gran ayuda:

Tamaño de la boquillaAltura mínima de capaAltura máxima de capaAncho mínimo de líneaAncho máximo de línea
0.15mm0.040.120.10.3
0.20mm0.050.160.120.4
0.25mm0.060.200.150.5
0.30mm0.080.240.180.6
0.35mm0.090.280.20.7
0.40mm0.100.320.240.8
0.50mm0.130.400.31
0.60mm0.150.480.361.2
0.80mm0.200.640.481.6
1.00mm0.250.800.62
  • Diámetro más común: 0.4mm.

Largo de las Boquillas

La parte roscada de las boquillas debe seleccionarse según el tamaño del bloque calefactor, de manera que no quede muy corta ni muy larga. Una rosca corta haría que el barrel o garganta deba introducirse demasiado, con el riesgo de quemar el teflón interno o producir atascos. Una rosca demasiado larga, en cambio, produciría una excesiva pérdida de calor durante la salida del filamento, ocasionando problemas de extrusión.

Algunos fabricantes han desarrollado diferentes estándares para el largo de sus boquillas, con la intención de mejorar la transferencia de calor y lograr aumentar la temperatura y velocidad de impresión.

Largo Estándar

Las boquillas de 12/13 mm son las más comunes y funcionan bien en los bloques tipo v6 o mk8. Son indicadas para la impresión de filamentos que requieran hasta 230 ºC de temperatura en velocidades medias y bajas.

Volcano

Aumentando el largo de las boquillas a casi 22 mm, los hotend tipo Volcano logran calentar durante un mayor recorrido el filamento extruido. De esta forma, es posible triplicar la cantidad de plástico fundido en el mismo tiempo que una boquilla estándar.

Supervolcano

Estas boquillas llegan a medir hasta 50 mm de largo, ofreciendo un espacio de calentamiento enorme. Permiten imprimir a gran velocidad filamentos que requieran hasta 500 ºC de temperatura.

¿Es necesario adaptar la impresora 3D para utilizar una boquilla más larga?

Desde ya, utilizar una boquilla más larga implica modificar algunos componentes de nuestra impresora. El bloque calefactor debe ser siempre más largo que la boquilla, para permitir el calentamiento completo del hotend, por lo que debe reemplazarse al utilizar una Volcano o Supervolcano. Se encuentran disponibles kits de adaptación para su compra.

Además, la potencia del cartucho resistencia que viene provisto en la mayoría de las impresoras del mercado está dimensionado para calentar un bloque pequeño en tiempos razonables, por lo que instalar un conjunto más grande requerirá, como mínimo, el cambio del cartucho. En algunos casos más extremos, también la fuente de potencia de la impresora deberá reemplazarse por una más potente.

Mejores Boquillas de Impresión 3D

A continuación, veremos las boquillas de mejor calidad, desarrolladas y fabricadas por las compañías de mejor reputación en el universo de la impresión 3d.

Boquillas e3D

E3d, desarrolladora del hotend v6, ofrece toda la gama de boquillas para sus sistemas de extrusión. También se pueden comprar packs con varias medidas para tener siempre disponible el tamaño necesario. Se destacan por su calidad de pulido interior a espejo, lo cual asegura el correcto flujo de filamento y previene de atascos durante la impresión.

Boquillas Bondtech

Las boquillas Bondtech garantizan que su proceso de mecanizado se realiza con los más altos niveles, asegurando el mejor desempeño en todas sus versiones disponibles. Puede verlas en el siguiente link.

Boquillas Micro Swiss

Micro Swiss es una compañia estadounidense que tiene por principio fundamental la calidad de sus productos. Además de fabricar extrusores de diseño propio y repuestos, produce boquillas de acero ultra resistentes recubiertas de níquel en todas las medidas y largos estandarizados. Puedes verlas en Amazon.

Boquillas Olsson Ruby

Las boquillas de latón con inserto de rubí aseguran protección contra el desgaste, incluso utilizando fibras de carbono para impresión 3d. Puedes verlas en Amazon.

La más Recomendada

Como vimos, existen boquillas para cada necesidad particular. En el caso de impresión hobbista, usando filamentos de baja exigencia en poca cantidad, usar boquilla de latón comunes es la mejor opción, debido a su bajo costo y facilidad de reposición. Puedes adquirir un kit de boquillas en Amazon.

Si la impresora funcionará con diferentes materiales, con uso intensivo diario, las boquillas de acero reforzado son la alternativa más adecuada, ya que reducen el tiempo de mantenimiento y toleran de mejor forma el desgaste.

Ya sea que uses un tipo u otro de boquilla, es muy importante adquirirlas en un vendedor confiable que provea repuestos originales, ya que existen fabricantes de copias que ofrecen productos de bajísima calidad a precios tentadores, pero que ocasionan más problemas que soluciones al usarlas.

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