Diretriz de Design: Considerações para Impressão 3D

Como parte do domínio da fabricação aditiva, a impressão 3D expande as capacidades dos métodos tradicionais de fabricação “subtrativos” por meio da fabricação de peças e montagens complexas, incorporadas e únicas. Para aproveitar essas capacidades, o designer de produto deve estar preparado para criar componentes e peças que maximizem as capacidades de impressão 3D sem sacrificar a aparência desejada e as medidas de desempenho do produto ultimate. Para esse fim, o design para impressão 3D é a base a partir da qual são feitas peças e produtos de qualidade.

Então quais são os elementos-chave que o designer deve considerar ao criar componentes e peças para impressão 3D? Pela experiência, esses elementos transcendem o projeto actual do modelo e levam em consideração o materials 3D de origem utilizado, os recursos da impressora 3D, a resolução dos arquivos de projeto e o software program/firmware 3D necessário para operar a impressora. Compreender esses elementos ajudará o designer a renunciar a incontáveis ​​horas de frustração e, uma vez dominado, colocará o designer na by way of rápida da rodovia da impressão 3D.

Materials

Como muitos profissionais de impressão 3D sabem, nem todos os filamentos de impressão 3D são criados iguais. Claro que os dois tamanhos de filamento padrão são 3,00 mm e 1,75 mm, mas esses diâmetros são realmente precisos? A resposta curta é um sonoro “Não”. Os diâmetros do filamento 3D com classificação de 3,00 mm são geralmente inferiores a 3,00 mm e podem variar de 2,85 mm a 2,90 mm. Portanto, certifique-se de usar calibradores para medir o diâmetro do plástico do filamento 3D antes de usar (veja as Figuras 1 e 2) e certifique-se de que o diâmetro correto do filamento seja inserido em MatériaControle.

Figura 2

Além disso, esteja ciente de que a qualidade e a consistência do filamento 3D variam de acordo com o fabricante. Às vezes, usar filamentos mais baratos pode causar problemas futuros que poderiam facilmente ter sido evitados se plástico de qualidade tivesse sido utilizado. Outra característica é o tipo de acabamento que é produzido na peça impressa. Por exemplo, alguns filamento PLA de qualidade pode ter um acabamento brilhante, enquanto o filamento PLA mais barato tem um acabamento superficial de aparência plana a seca. Acabamentos de menor qualidade traduzem-se diretamente em maiores tempos e custos de acabamento. Observe que todos filamento vendido por MatterHackers foi exaustivamente testado quanto à consistência e funcionará com todos RepRap impressoras compatíveis.

Capacidades da impressora

Assim como o filamento 3D, todas as impressoras 3D não são criadas iguais. As impressoras variam em custo e tamanho de construçãocama aquecida, temperatura de impressão máxima e consistente, tipos de filamentos que podem ser utilizados e a precisão mecânica dos componentes. Muitas vezes, impressoras 3D mais baratas são mais difíceis de configurar e calibrar, o que pode ser um desafio para iniciantes. Além disso, componentes de maior qualidade, como extremidades quentesextrusoras, correias, polias, parafusos/fusos de esferas e motores resultarão em impressões de maior qualidade. Uma base aquecida é muitas vezes tratada como algo secundário, mas nenhum outro componente tem tanto impacto na qualidade de impressão e nos acabamentos como uma base aquecida. Uma cama aquecida permite temperaturas ambientes consistentes que afetam diretamente o empenamento, a cura, o acabamento e o pós-processamento.

Resolução e tamanho do arquivo de design

O arquivo padrão para impressão 3D é um ‘.STL’. Um arquivo .STL é importado para um controlador de impressora, por exemplo MatériaControlefatiado e exportado como Código G para a impressora. Um arquivo .STL é um arquivo de superfície composto por vários polígonos que se aproximam da área de superfície de uma peça 3D. Quanto mais polígonos houver no arquivo .STL, mais detalhada e precisa será a impressão ultimate. Existem numerosos programas CAD 3D (ver Encontrando o software program de modelagem 3D certo para você) que pode ser utilizado para modelar, projetar e, eventualmente, exportar arquivos .STL. No entanto, como acontece com filamentos e impressoras, nem todos os softwares CAD 3D são iguais. Um bom software program CAD 3D permite ao projetista exportar arquivos binários (comprimidos) ou ASCII .STL e também permite ao projetista definir a resolução, por exemplo, grossa, fina, para o arquivo (veja a Figura 3). Quanto melhor a resolução, mais polígonos serão necessários, o que resulta em melhores modelos impressos. Um método que pode ser usado para determinar a qualidade do arquivo .STL é imprimir um cilindro. Se a parte curva do exterior destacar seções segmentadas, a resolução do arquivo .STL será suspeita, resultando em peças abaixo do padrão. Finalmente, se possível, mantenha todos os tamanhos de arquivo abaixo de 5 MB. Isso garantirá que os resultados da segmentação de dados sejam otimizados antes da impressão.

Programas de design

Conforme mencionado anteriormente, nem todos os softwares CAD 3D são iguais. O verdadeiro problema com o software program CAD 3D não é se você pode projetar componentes e peças precisos, mas se é capaz de imprimir os componentes e peças finais projetados. Em geral, existem duas categorias de software program CAD 3D: software program de projeto mecânico/de engenharia e software program de escultura (consulte Encontrando o software program de modelagem 3D certo para você). O software program de projeto mecânico geralmente exporta modelos .STL originais ou “impermeáveis” que são facilmente impressos. O software program de escultura incorpora mais superfície à mão livre e, portanto, é mais propenso a modelos .STL “vazados”. Então, como saber se um arquivo .STL é estanque? Primeiro, se o seu arquivo .STL não for fatiado, há uma boa probability de que seja um modelo “vazado”. Em segundo lugar, a maioria dos softwares de escultura de qualidade possui ferramentas para testar se há “arestas nuas” no modelo. Outra ferramenta comum que pode ser usada para consertar bordas com vazamento é Misturador de malha. Misturador de malha é uma ferramenta útil para consertar modelos, especialmente modelos gratuitos que foram baixados de fontes on-line.

Firmware da impressora 3D

O firmware não é tão problemático como period no passado. Existem muitos tipos de firmware compatível com RepRape diferentes impressoras podem ser escolhidas livremente na lista de compatíveis. Apenas lembre-se de que não é tão essential fazer interface com o firmware de uma impressora como no passado para configurar e calibrar uma impressora para impressão 3D. Com MatériaControlefatiar e configurar é muito fácil, especialmente com a ferramenta de calibração de software program que outline as configurações de nivelamento corretas para qualquer impressora, mesmo se a placa de impressão ou base estiver deformada. Esta poderosa ferramenta permite o controle completo da impressora e o melhor de tudo é grátis para baixar.

Diretrizes de design de peças

Existem várias “melhores práticas” que devem ser levadas em consideração quando projetar e imprimir componentes e peças de qualidade. Um lida com perímetros. Se for utilizada uma porcentagem de preenchimento padrão de 30% a 50%, pode ser melhor aumentar a contagem ou o tamanho do perímetro sólido. Por exemplo, alguns materiais, como o filamento PLA, são susceptíveis de deixar lacunas ou buracos no perímetro superior, especialmente se a contagem ou tamanho do perímetro for baixo. Dobre a contagem ou o tamanho do perímetro para mitigar essas lacunas e buracos. Portanto, um tamanho de perímetro de 1 mm (ou cinco camadas usando uma resolução padrão) deve ser aumentado para 2 mm (ou 10 camadas com uma altura de camada de 200 mícrons). As Figuras 3-5 demonstram as configurações de altura e perímetro da camada em MatériaControle.

Outra prática recomendada trata da espessura da parede do modelo, especialmente se o modelo tiver um inside oco. Tenha cuidado para tornar as paredes espessas o suficiente para garantir a integridade estrutural, independentemente do tamanho do modelo. Isto é particularmente importante se o componente do modelo da peça for redimensionado frequentemente após o projeto inicial.

Os suportes podem ser seus melhores amigos se você tiver um componente ou peça de formato estranho. Apenas lembre-se que geralmente é preferível imprimir sem suportes, já que imprimir com suportes requer mais pós-produção. Para imprimir sem suportes, projete seu componente ou peça de forma que não sejam necessários suportes. Se estiver projetando uma montagem inteira, pense em como a montagem pode ser segmentada para criar peças imprimíveis onde os suportes não são necessários. Para obter mais informações sobre segmentação e impressão de peças ou montagens grandes, consulte Impressão fora da caixa: excedendo o quantity de construção da sua impressora.

Outras considerações de design para melhorar o sucesso na impressão 3D incluem o uso de pés de elefante, chanfros e filetes, saliências e orientação do modelo. Pés de elefante podem ser projetados no modelo sólido 3D para melhorar a aderência ao leito e mitigar empenamentos (ver Figura 6). Esses recursos podem ser removidos posteriormente por meio do pós-processamento da impressão. Se houver saliências no projeto do modelo da peça, use chanfros e filetes para mitigar flacidez e encordoamento. Uma boa regra é a regra dos 45 graus para saliências, mas algumas impressoras podem funcionar igualmente bem com saliências em ângulos mais íngremes. Em seguida, lembre-se de orientar seu modelo de forma que todos os recursos do componente ou peça sejam facilmente impressos.

Por fim, perceba que todos os seus componentes e peças serão montados em um produto ultimate. Pensando nisso, não se esqueça de permitir tolerâncias entre seus componentes e as peças onde eles são unidos ou montados. Por favor faça referência Laboratório MatterHackers: Projete montagens impressas em 3D para compreender os meandros das tolerâncias de componentes e peças.

Há uma última coisa a considerar ao projetar um componente ou peça. Deve-se saber como essa peça será utilizada ou como será pós-processada. A peça precisará ser perfurada ou ficará sob extrema tensão, compressão ou forças de impulso? Nesse caso, leve em consideração o materials de origem 3D e o quanto as medidas da peça sob tensão mudam em relação ao materials utilizado. Reforçar as articulações, especialmente aquelas em ângulos retos, é sempre incentivado.

Conclusão

A impressão 3D envolve mais do que projetar componentes e peças e replicar esses modelos sólidos 3D em montagens úteis. Ao iniciar um desenho deve-se levar em conta o filamento 3D a utilizar, o equipamento de impressão 3D, a resolução ultimate do modelo e as limitações de cada software program CAD 3D para fabricar peças de qualidade. Ao manter esses elementos-chave em mente, juntamente com a repetição, o profissional e designer de impressão 3D maximizará seus esforços, resultando em produtos acabados de alta qualidade.