El gran desafío de los desperdicios en la impresión 3D multicolor: cómo las marcas buscan resolverlo

En el ámbito de la tecnología, existen diversos nichos especializados. Algunos entusiastas se apasionan por las Raspberry Pi y Arduino, otros por los NAS, los puristas del audio Hi-Fi, y hay quienes, como yo, nos fascinamos con la impresión 3D. Lo que comenzó como un pasatiempo con una impresora de 200 euros hace solo un par de años ha evolucionado a un taller equipado con tres impresoras, cinco sistemas multicolor y una inversión en equipo y filamento de la que prefiero no detallar el monto.

En este período, como ocurre en cualquier afición, he adquirido mucho conocimiento. La impresión 3D requiere ajustes precisos en las máquinas y el filamento para obtener resultados óptimos, pero una lección clave es que genera una enorme cantidad de residuos que apenas se pueden reutilizar. Y cuando se trata de impresiones en múltiples colores, el problema se agrava considerablemente.

La impresión 3D ha dejado atrás el uso de un solo color hace tiempo. Desde hace años, es factible crear piezas con varios tonos. Antes, era necesario pintarlas manualmente, pero ahora salen listas con los colores incorporados. Sin embargo, este proceso produce una cantidad absurda de residuos en algunos casos. A veces, el desperdicio supera el peso total de la pieza. De hecho, uno de los mayores desafíos de la industria es abordar este inconveniente. El enfoque para resolverlo resulta fascinante.

Los fundamentos

Mi antigua Creality Ender 3 V3 SE, la primera impresora 3D que adquirí | Imagen: Xataka

El tipo de impresión 3D más común es FDM, o modelado por deposición fundida. En esencia, una máquina calienta un plástico, lo derrite y lo deposita capa por capa sobre una base hasta formar la pieza diseñada. A ese plástico se le llama “filamento” y a la máquina, “impresora 3D”. El componente que calienta y funde el filamento se conoce como “hotend”, y la parte por donde sale es la boquilla, o “nozzle”.

Hasta hace unos años, las impresoras 3D solo podían trabajar con un color: se cargaba una bobina de filamento de un tono específico y toda la pieza salía en ese color. Esto es ideal para prototipos rápidos, pero para elementos decorativos o de exhibición, o bien se dominaba la pintura (y todo su proceso asociado) o se aceptaba una pieza en un solo tono.

La pieza más grande que he producido hasta ahora: la espada Matadragones de Berserk a escala 1:1. La impresión se hizo en un solo color, por lo que los tonos se aplicaron pintando. Como se verá más adelante, realizar esta pieza en multicolor habría sido extremadamente costoso | Imagen: Xataka

Las impresiones multicolor implicaban pausar el proceso, retirar el filamento, cambiarlo por otro y repetir hasta completar la pieza. Si eran tres cambios, podía ser manejable, pero en realidad, una pieza con varios colores puede requerir decenas o cientos de cambios. No es práctico realizar decenas o cientos de intercambios manuales.

Determinar el origen de la impresión multicolor automática es complejo, pero se puede acordar que la empresa europea Prusa la introdujo con su MMU, y la china Bambu Lab la popularizó. Bambu Lab creó el módulo AMS, que significa Automatic Material System.

AMS 2 Pro de Bambu Lab | Imagen: Xataka

Este módulo permite almacenar hasta cuatro bobinas de filamento de distintos colores y alternar entre ellas de manera automática. Además, con el hub correspondiente, se pueden conectar cuatro módulos, alcanzando un máximo de 16 colores.

¿Cómo opera? Veámoslo con un ejemplo: este Pikachu. El modelo mide 40 x 32 x 60 milímetros, es decir, es muy pequeño. Se trata de una figurita de apenas seis centímetros de altura. Como se observa, la figura incluye cinco colores: amarillo, negro, rojo, blanco y marrón (que no aparece en la foto porque está en la parte trasera).

Modelo de Pikachu importado en Orca Slicer | Imagen: Xataka

Ese software visible en la pantalla es Orca Slicer, el laminador, y es el programa que procesa el archivo. En resumen, convierte un modelo 3D en un archivo de texto llamado GCODE, que la impresora interpreta. Se introduce un Pikachu como este y se obtiene un archivo de 25.548 líneas de texto con parámetros y coordenadas, como por ejemplo:

G1 X125.998 Y133.969 E.04439G1 X125.569 Y134.529 E.02168G1 X124.76 Y135.521 E.03933

Al laminarlo, nos encontramos con esto:

Pikachu laminado | Imagen: Xataka

¿Qué se muestra aquí? El Pikachu dividido en capas de 0,2 milímetros, que es la altura predeterminada para una boquilla de 0,4 milímetros, la estándar. En total, 299 capas. Ahora, revisemos lo que indica el laminador en la esquina superior derecha. Para imprimir el Pikachu, se requiere lo siguiente:

• 53 gramos de filamento amarillo.
• 20,5 gramos de filamento negro.
• 10 gramos de filamento rojo.
• 7,5 gramos de filamento marrón.
• 3 gramos de filamento blanco.
• 6 horas y 20 minutos de tiempo.

En otras palabras, para imprimir una sola figura de seis centímetros de altura con cinco colores, se necesitan 94 gramos de filamento y casi seis horas y media. Solo en material, sin contar la electricidad, este Pikachu cuesta 2,35 euros usando filamentos Bambu PLA Basic, que rondan los 25 euros por kilo. Cabe destacar que los filamentos PLA Basic de Bambu Lab son de buena calidad, pero caros. De todos modos, sirven para ilustrar el concepto.

El inconveniente

Caquitas de todos los colores | Imagen: Xataka

De esos 94 gramos de filamento para el Pikachu, 63 gramos terminan directamente en la basura. Si se imprimiera en un solo color, solo se necesitarían 10,74 gramos y 41 minutos. ¿Cómo es posible? Para comprender el problema, hay que analizar qué hace la máquina y cómo ha operado la impresión 3D multicolor hasta ahora.

Hasta recientemente, las impresoras 3D solo contaban con una boquilla para extruir filamento. Supongamos que imprimimos un cubo de ocho centímetros de alto con cuatro colores: rojo, azul, verde y amarillo. Los dos primeros centímetros son rojos, los siguientes dos azules, luego verdes y finalmente amarillos. ¿Cuántos cambios de color hay?

Cubo de prueba | Imagen: Xataka

Efectivamente, tres: de rojo a azul, de azul a verde y de verde a amarillo. ¿Cómo sería el proceso de impresión?

• El módulo multicolor carga el filamento rojo en la impresora.
• Expulsa un poco de filamento para limpiar el interior de la boquilla y prepararla.
• Con una altura de capa predeterminada de 0,2 milímetros, la impresora deposita 100 capas de rojo, totalizando dos centímetros de los ocho del cubo.
• Al finalizar el rojo, la boquilla regresa al punto inicial.
• El extrusor corta el filamento.
• El módulo retira el filamento rojo, lo enrolla en su bobina y carga el azul.
• La boquilla calienta el filamento azul y extruye una cantidad. Al inicio, sale algo de rojo residual, luego azul.
• La máquina desecha ese residuo en lo que se llama “caquita”.
• Se imprime una torre de purga para limpiar más la boquilla y equilibrar la presión.
• La boquilla deposita 100 capas de azul.
• Se repite el proceso con el verde y el amarillo.

Bambu Lab A1 en el proceso de purga | Imagen: Xataka

Es un procedimiento evidentemente lento. No solo consume mucho tiempo, sino que genera numerosas caquitas que suman gramos considerables. Este ciclo de carga-purga-descarga es necesario para evitar mezclas de colores. Sin él, al cambiar de rojo a azul, la línea podría empezar en un tono rojizo, pasar a morado y finalmente a azul, arruinando la pieza.

La cantidad de filamento purgado se ajusta según el volumen de limpieza y depende del color. No es igual pasar de gris oscuro a claro que de blanco a negro. Los programas ofrecen valores predeterminados por pares de colores,