Analisis: Markforged Mark Two

3D Printing Industry analiza la impresora 3D Markforged Mark Two.

Con sede en Watertown, Massachusetts, y fundada en 2013, Markforged es conocida en la comunidad de impresión 3D por su cartera en constante crecimiento de impresoras 3D FFF de alto rendimiento. La impresionante línea de productos de la empresa incluye el pionero Metal X, sistemas industriales de fibra de carbono como FX20 y X7, y máquinas compuestas de escritorio como Onyx One y Onyx Pro.

La impresora 3D compuesta de escritorio insignia de Markforged es la Mark Two de doble extrusión. Operando con la tecnología de refuerzo continuo de fibra (CFR) de la empresa, el sistema se define por su capacidad para integrar refuerzos de fibra continua en piezas de polímero, lo que da como resultado construcciones que son más fuertes y más resistentes a los impactos que el FFF convencional.

Dirigida principalmente a profesionales de la ingeniería y empresas de fabricación, la Mark Two tiene un precio de $ 19,990, pero pronto veremos cuánto obtiene por ese dinero.

Llevando el estandarte Markforged

En la caja, encontrará todo lo que necesita para embarcarse en su viaje de impresión 3D compuesta. El paquete llave en mano incluye la propia impresora, un conjunto de herramientas manuales, una caja de almacenamiento de filamentos, una bobina de filamento Onyx (PA6-CF) y cinco bobinas adicionales de filamentos de refuerzo de fibra: 2x fibra de carbono, 1x fibra de vidrio, 1x alta resistencia alta Fibra de temperatura y 1x Kevlar.

Al desempaquetar el sistema, es más que evidente cuánto esfuerzo se ha invertido en la calidad de construcción del Mark Two. El elegante chasis de aluminio es minimalista, tiene una sensación extremadamente robusta y simplemente parece una pieza de primera calidad. Con un peso de solo 16 kg, no podemos evitar sentir que el sistema sería una gran adición visual a cualquier banco de trabajo. Este es el tipo de artesanía que esperamos de un fabricante de impresoras 3D que cotiza en la Bolsa de Nueva York.

Mirando dentro, vemos que la impresora se basa en el sistema de eje T-Belt, una configuración desarrollada y utilizada exclusivamente por Markforged. En comparación con una configuración cartesiana estándar, el sistema es más rígido, más rápido y más preciso. Específicamente, la configuración de la correa está diseñada específicamente para minimizar la torsión en el pórtico y al mismo tiempo permitir un movimiento rápido del cabezal de impresión, y los rieles lineales están mecanizados con precisión para maximizar la precisión.

El Mark Two tiene un volumen de construcción de hasta 320 x 152 x 154 mm, que no es grande de ninguna manera pero proporciona suficiente espacio de trabajo para la mayoría de las aplicaciones de piezas medianas. Aunque la cama no se calienta, el marco está completamente cerrado para garantizar que la cámara esté siempre más caliente que las condiciones ambientales fuera de la impresora. Esto es fundamental para los filamentos de mayor temperatura, como el nailon, ya que ayuda a evitar los problemas de delaminación y deformación que se producen cuando una pieza se encoge debido al flujo de aire frío. Como beneficio adicional, la cama de impresión magnética también se puede quitar, lo que hace que la recuperación de piezas sea simple y fácil.

Cuando se trata de las capacidades de extrusión de la impresora, Mark Two cuenta con un solo cabezal de impresión que alberga un conjunto de boquilla doble. En comparación con una configuración IDEX, la extrusora doble estándar será más pesada y menos precisa en el eje X, pero más ligera y precisa en el eje Y.

La temperatura máxima del hotend alcanza los potentes 300 °C, lo que permite que la máquina imprima con filamento Onyx y refuerzo continuo de fibra de nailon, fibra de carbono, fibra de vidrio, Kevlar y fibra de vidrio HSHT. Ambas boquillas están respaldadas por sistemas de extrusión Bowden en lugar de extrusoras de accionamiento directo, pero Markforged aún ha podido imprimir filamentos de TPU flexibles con gran repetibilidad en un entorno de I+D.

Un agradable flujo de trabajo de impresión 3D

En lo que respecta a las características de calidad de vida, el Mark Two tiene una pantalla táctil a todo color de 4" con una interfaz de usuario limpia y refinada. El centro de control admite múltiples opciones de idioma y permite a los usuarios calibrar la cama, cargar filamentos e iniciar y detener trabajos de impresión Markforged ha optado por optar por una interfaz basada en Linux que nos pareció extremadamente fluida y sin demoras, por lo que es una gran ventaja. Naturalmente, a este precio, los usuarios también tienen acceso a la conectividad Wi-Fi.

Una característica notable del Mark Two es el portabobinas externo incluido con el sistema. El dispositivo es una simple caja seca similar a un maletín, pero funciona bien para mantener el filamento activo en un ambiente sin humedad, lo que garantiza un almacenamiento seguro a largo plazo para un rendimiento óptimo del filamento.

Markforged solo tiene un método para nivelar la cama y es completamente manual ya que no hay sensores integrados en el cabezal de impresión. El enfoque es bastante básico, en el que la máquina colocará el cabezal de impresión en tres puntos diferentes de la cama de impresión y pedirá al usuario que ajuste la altura de la cama con los tres tornillos de mano que se encuentran debajo. Aunque hubiéramos preferido ver un método completamente automatizado, la implementación actual solo toma unos diez minutos y se guía de principio a fin, por lo que no hay quejas importantes.

Software de corte Eiger

Al igual que muchos fabricantes de impresoras 3D, Markforged proporciona su propio software de corte para usar con Mark Two: Eiger. Con un esquema de color negro y gris simple, el programa funciona de manera bastante similar a cualquier otra cortadora de FFF con una funcionalidad de manipulación de modelos básica y fácil de usar. La interfaz de usuario también es limpia y refinada con un resumen impreso en el lado izquierdo, el espacio de trabajo virtual en el centro y algunos parámetros modificables a la derecha.

Una característica llamativa de Eiger es el nivel de control que ha implementado Markforged. El software solo permite a los usuarios modificar la configuración de impresión más básica, dejando muy poco margen para el error humano. Si bien algunos usuarios pueden preferir el acceso a la gama completa de configuraciones, esto sigue siendo positivo, ya que los algoritmos de corte preestablecidos son extremadamente efectivos para entregar trabajos de impresión exitosos. Los parámetros personalizables incluyen la elección del material, la altura de la capa, el patrón de relleno, la densidad del relleno y el grosor de la pared.

Naturalmente, Eiger también permite a los usuarios modificar los refuerzos de fibra de sus construcciones con opciones de tipo de relleno de fibra, ubicación de fibra, ángulos de fibra y más. En general, el flujo de trabajo está lo suficientemente optimizado para que cualquiera pueda aprender, pero proporciona suficiente profundidad para controlar suficientemente el resultado de una tirada de impresión.

Por el lado del rendimiento técnico, encontramos un gran total de cero errores mientras probamos la cortadora y nos complace informar que moverse entre los distintos menús es muy rápido. En última instancia, Eiger es probablemente uno de los cortadores más fuertes que hemos tenido el placer de usar, lo cual es de esperar de una empresa como Markforged.

Evaluación comparativa del Mark Two: 79/100

Entonces, ¿cómo le fue a la impresora 3D Markforged Mark Two en nuestras pruebas comparativas? Comenzamos con el propio modelo de evaluación comparativa de 3D Printing Industry impreso en Onyx, que consolida muchas de nuestras pruebas de impresión más pequeñas en una sola parte integral. Asignamos a cada una de las secciones individuales una puntuación ponderada basada en factores como la precisión dimensional, la calidad de la superficie y la integridad estructural. Mark Two obtuvo una puntuación general en la industria de impresión 3D de79/100– una buena impresora 3D de nivel profesional es una 60+.

En general, el modelo de evaluación comparativa fue definitivamente impresionante. En primer lugar, la parte saliente de la prueba está diseñada para determinar los ángulos en los que el sistema puede imprimir sin el uso de estructuras de soporte. Mark Two logró imprimir hasta 60° sin ningún problema, lo cual es un resultado fenomenal para un filamento compuesto.

De manera similar, la prueba de puente está destinada a determinar las capacidades de impresión horizontal de un sistema. Mark Two logró alcanzar con éxito la longitud del puente de 20 mm, lo cual es un resultado respetable, especialmente considerando la naturaleza difícil de procesar de Onyx.

Finalmente, observamos la prueba de retracción, que nos brinda un método cualitativo para evaluar las capacidades de extrusión de la impresora 3D. Aquí es donde Mark Two se equivocó un poco, ya que la matriz de puntas impresas sufrió artefactos significativos y longitudes de puntas cortas. Nuevamente, esto se puede atribuir en gran medida a la complejidad del procesamiento de filamentos compuestos, especialmente cuando se trata de estructuras delgadas y finas como las púas.

Ensayos de resistencia a la tracción

¿De qué sirve una impresora 3D compuesta si no puede producir piezas de alta resistencia? Para evaluar el impacto de los refuerzos de fibra continua de la Mark Two, sometimos la máquina a prueba con una serie de pruebas de tracción de acuerdo con la norma ISO 527-2. La prueba fue realizada por nuestros ingenieros en el Departamento de Mecánica y Tecnología de la Université de Rennes 1 en Francia.

Imprimimos en 3D un total de diez muestras compuestas de hueso de perro con filamento Onyx, cada una con su propio perfil de refuerzo de fibra único. Luego, las muestras se probaron en una máquina de prueba de tracción Lloyd LR50K capaz de tirar hasta 50 kN:

– Sin Fibra: Sin refuerzos de fibra continua

– CF1ISO: cinco capas de fibra de carbono isotrópicas

– CF2ISO: Diez capas de fibra de carbono isotrópicas

– CF2CON: Diez capas concéntricas de fibra de carbono

– FG1ISO: cinco capas isotrópicas de fibra de vidrio

– FG2ISO: Diez capas isotrópicas de fibra de vidrio

– HT1ISO: cinco capas isotrópicas de fibra de vidrio HSHT

– HT2ISO: Diez capas isotrópicas de fibra de vidrio HSHT

– KV1ISO: cinco capas isotrópicas de kevlar

– KV2ISO: diez capas isotrópicas de kevlar

Mirando los resultados, está claro que el mayor aumento de la resistencia a la tracción provino de diez capas de refuerzos de fibra de carbono isotrópica (CF2ISO). La muestra sin reforzar (sin fibra) se fracturó cuando la fuerza aplicada alcanzó los 867,54 N, mientras que CF2ISO se rompió una vez que la fuerza aplicada alcanzó los 5333,56 N, un aumento de la fuerza de 6,15 veces.

También es interesante notar que el mismo espécimen (CF2ISO) produjo el mayor aumento en el módulo de Young (E), que es una medida de la rigidez a la tracción. Un valor E más alto corresponde a un material más rígido que se deforma menos bajo cargas elásticas, mientras que un E más bajo significa que un material es más elástico y flexible bajo carga. La muestra sin reforzar solo ofreció un valor E de 0,131 GPa, mientras que diez capas de fibra de carbono isotrópica proporcionaron 3,112 GPa: una mejora de la rigidez de 23,8 veces.

Finalmente, observamos el alargamiento a la rotura, que es una medida de ductilidad. La medida muestra cuánto se puede estirar una muestra, como porcentaje de su longitud original, antes de que se rompa. El dogbone no reforzado fue el más dúctil con un 15,6 %, mientras que la parte reforzada con diez capas concéntricas de fibra de carbono (CF2CON) resultó ser la menos dúctil con un 2,8 %.

Prueba de trayectoria circular

Luego imprimimos en 3D un conjunto de pruebas de trayectoria circular para evaluar el perfil de repetibilidad de Mark Two. Al estudiar la distribución normal de los diámetros de los círculos concéntricos, podemos decir que la impresora ofrece suficiente repetibilidad cuando la imprecisión promedio es inferior a 0,1 mm y la desviación estándar es inferior a 0,05 mm. Nuestros dispositivos de medición tienen una precisión de ±0,015 mm.

El sistema mostró una repetibilidad decente aquí, con una imprecisión promedio de 0,1004 mm para el eje X y 0,2082 mm para el eje Y, lo que da como resultado un promedio de 0,1543 mm para todos los ejes. Aunque la media es un poco alta, la desviación estándar promedio fue de solo 0,0193 mm, que es mucho mejor que la gran mayoría de las impresoras 3D que hemos revisado.

Vale la pena señalar aquí que el eje X es significativamente más preciso que el eje Y, ya que el primero está impulsado por dos motores paso a paso, mientras que el segundo solo está alimentado por uno. Por lo tanto, recomendamos imprimir a lo largo del eje X cuando los requisitos de la pieza impliquen tolerancias estrictas. También está claro que cuanto más grandes son las dimensiones (más grandes los círculos), menos preciso es el Markforged.

A continuación, encontrará las curvas de campana para los mejores y peores círculos de la prueba: el círculo uno para el eje X y el círculo tres para el eje Y. En el mejor de los casos, el 99,6% de los círculos de 20 mm fabricados por esta impresora 3D tendrán entre 19,95 mm y 20,01 mm. En el peor de los casos, el 99,6 % de los círculos de 100 mm fabricados por esta impresora 3D tendrán entre 99,67 mm y 99,78 mm.

Pruebas de aplicaciones del mundo real

Concluimos nuestras pruebas con tres conjuntos de aplicaciones del mundo real que un usuario típico de Markforged podría imprimir en 3D en el día a día. El primer conjunto constaba de cuatro construcciones, cada una hecha con Onyx reforzado con fibra de carbono: una palanca de freno de motocicleta, una mordaza para una máquina de prueba de tracción, tapones y aletas para una tabla de surf y un engranaje.

El Mark Two manejó todas las pruebas de impresión de fibra de carbono maravillosamente, por decir lo menos, ya que la calidad de la superficie de las cuatro construcciones fue excelente con una clara falta de defectos. La maneta de freno y la mordaza estaban efectivamente impecables y no requirieron ningún procesamiento posterior; sin duda, podrían usarse como piezas de uso final para sus respectivas aplicaciones.

La gran fuerza de las aletas de la tabla de surf también fue digna de mención, ya que tendrían que soportar grandes tensiones si realmente se integraran en una tabla de surf. Lo intentamos y lo intentamos, pero ni siquiera estuvimos cerca de romperlos, lo que es un testimonio de las mejoras de rendimiento que permiten los refuerzos de fibra continua. Del mismo modo, el equipo impreso en 3D tuvo un gran éxito y ciertamente podría usarse como parte de un ensamblaje dinámico más amplio.

El siguiente conjunto de piezas se imprimió con Onyx reforzado con fibras de Kevlar: una funda con la marca Markforged y una funda para iPhone. A menudo utilizado en chalecos protectores antibalas, Kevlar es una excelente manera de hacer que una pieza sea más resistente a los impactos.

Ambas carcasas se imprimieron con éxito con una calidad de superficie e integridad estructural increíbles. En el caso de la carcasa del iPhone sobrediseñada, pensamos que el material era demasiado rígido para cumplir su propósito de manera efectiva, pero aun así es una prueba de concepto fantástica para mostrar las capacidades del Mark Two.

Finalmente, imprimimos en 3D un molde de inyección usando Onyx reforzado con fibras HSHT. Aunque no es tan fuerte ni tan rígido como la fibra de carbono, el HSHT puede hacer que un componente sea resistente tanto a las bajas como a las altas temperaturas. Como tal, es más adecuado para piezas que se usan en condiciones extremas, como moldes y autoclaves.

Nuestra prueba de impresión final requirió una estrategia de refuerzo completamente diferente a la del resto de las piezas. El objetivo no era hacer el molde más fuerte, sino más rígido para que se deformara menos con las altas temperaturas. Como tal, integramos las fibras HSHT en modo concéntrico en lugar de modo isotrópico, lo que hizo posible reforzar todos los contornos que serían más susceptibles a la deformación inducida por el calor. No es exagerado decir que el molde resultó perfecto: un acabado sólido para Markforged.

El veredicto

Markforged ha hecho algo muy especial con Mark Two. La impresora 3D tiene casi todo lo que podría pedir en un sistema compuesto de escritorio, con su sólido conjunto de componentes mecánicos bien diseñados, excelente rendimiento y elegante estética.

Para complementar el hardware, Markforged ha diseñado la cortadora Eiger para que sea lo más accesible posible, independientemente del nivel de experiencia del usuario. El programa está cuidadosamente diseñado para que el flujo de trabajo de la impresión 3D compuesta sea sencillo, lo que garantiza que los usuarios puedan pasar del diseño a la producción sin verse atrapados en los detalles técnicos. La única forma real en que se puede mejorar Eiger es si los usuarios tienen la opción de acceder a la gama completa de parámetros de impresión, ya que esto podría ser útil en ciertos casos extremos.

En el frente del rendimiento de impresión, Mark Two brilla absolutamente. Aunque la precisión disminuyó en las partes más grandes, no es frecuente que nos encontremos con una impresora 3D que no falle ni una sola de nuestras pruebas de impresión, pero la máquina pasó todas y cada una con gran éxito. Esto incluye nuestro modelo de evaluación comparativa y una amplia variedad de pruebas de aplicaciones reales. La calidad de la superficie en su conjunto es notable y los refuerzos de fibra continua realmente tienen un gran impacto en lo que respecta al rendimiento mecánico, como lo demuestran los resultados de tracción.

En última instancia, el sistema Markforged ha demostrado ser un competidor principal en el campo de los compuestos: la máquina es una excelente opción para aquellos que buscan un método confiable para imprimir piezas continuas reforzadas con fibra. Si tiene $ 19,990 para gastar en un equipo capaz, le recomendamos encarecidamente el Mark Two.

Especificaciones técnicas

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La imagen destacada muestra el Markforged Mark Two. Foto de la industria de impresión 3D.

Kubi Sertoglu es licenciado en Ingeniería Mecánica y combina una afinidad por la escritura con una formación técnica para ofrecer las últimas noticias y reseñas sobre fabricación aditiva.