Design para Fabricação: Moldagem por Injeção versus Impressão 3D

Design for Manufacturing (DFM) abrange muitas técnicas e capacidades de fabricação. Duas técnicas bem conhecidas e amplamente utilizadas são a moldagem por injeção e a impressão 3D. Na fabricação de moldes de injeção e impressão 3D, existem diferenças significativas de processo, e essas diferenças ditarão como se projeta peças e componentes. Para efeitos desta discussão, focaremos nos materiais utilizados na impressão FFF/FDM. Outros tipos de tecnologias de impressão 3D, por exemplo, SLA, SLS, Polyjet, DMLS, DLM, and so forth. oferecem algumas diretrizes de design exclusivas, mas o design geral para impressão 3D e a maioria dos métodos de fabricação aditiva são essencialmente os mesmos.

Costelas e reforços

As nervuras são definidas como paredes internas dentro de uma peça que funcionam como uma forma de fixar geometria, como saliências de parafusos, às paredes laterais, fortalecer e remover a flexibilidade de uma peça maior ou atuar como uma travessa para melhorar a rigidez entre duas áreas específicas da geometria da peça. Um reforço é uma nervura angular usada para melhorar a resistência de recursos, como saliências de parafusos, que não estão próximas a uma parede lateral ou para suportar uma peça geométrica que não possui paredes laterais, como uma saliência. A principal diferença é que uma nervura conecta duas superfícies verticais mais a camada externa de uma peça, enquanto um reforço conecta uma camada externa mais apenas uma parede ou peça geométrica.

Em aplicações de moldagem por injeção, as nervuras e os reforços devem ser projetados para ter 60% da espessura da parede correspondente. Isto é necessário para evitar marcas visíveis de afundamento. Uma pia é onde a superfície oposta a uma área plástica espessa esfria em uma taxa diferente e cria uma depressão visível na superfície. Esses recursos são essenciais para evitar empenamentos em áreas não suportadas da peça (ver Figura 1).

Na impressão 3D, nervuras e reforços podem ser projetados em qualquer espessura. Quanto maior e mais carnuda for a costela, melhor, principalmente se for estrutural. No entanto, as costelas não são tão essenciais como na moldagem por injeção (ver Figura 2).

Espessura da Parede

No projeto de moldagem por injeção, faça transições graduais entre diferentes espessuras de recurso para evitar afundamentos visíveis. Evite também que saliências e recursos internos se fundam nos cantos. Isto cria áreas de plástico espesso que não são recomendadas (ver Figura 3).

Na impressão 3D, a espessura da parede e a quantidade de preenchimento são essenciais para a resistência da peça last. Isso difere da moldagem por injeção, pois não há capacidade de ajustar a quantidade de preenchimento e as paredes espessas utilizam muito materials. Lembre-se de ajustar a porcentagem de preenchimento para obter a resistência excellent da peça (veja a Figura 3).

Rascunho

As peças moldadas por injeção exigem que o aço do molde deslize para fora das superfícies da peça. Os ângulos de inclinação evitarão que a peça grude e arraste na geometria da peça. Think about duas superfícies angulares puxadas de forma linear e você certamente criará uma lacuna que cresce à medida que as superfícies angulares se separam. No entanto, se as paredes forem verticais e paralelas, elas se arrastarão umas sobre as outras ou até grudarão, causando superfícies moldadas feias ou rasgadas.

Para projetos de moldagem por injeção, use paredes projetadas na direção de tração, a menos que use um materials liso e liso, como Nylon ou POM. Dois graus de estiramento são ideais, mas podem variar dependendo do materials e do comprimento de estiramento da parede puxada (ver Figura 4).

O rascunho na impressão 3D é desafiador e depende inteiramente da orientação da peça. Se o rascunho estiver na mesma direção da orientação de impressão, não haverá muita preocupação. No entanto, se a orientação do modelo for tal que os ângulos de saída estejam no mesmo plano que o eixo z, será necessária mais atenção. Se a peça não precisar de desenho, fique à vontade para ignorá-la (veja a Figura 3).

Raios de canto e/ou base

Com a moldagem por injeção, os recursos internos independentes que incluem nervuras e ressaltos devem ter raios de base ou filetes para evitar que os recursos se separem do molde. Além disso, se houver espaço nas áreas próximas da parede, construa nervuras de suporte. As peças devem ser sempre projetadas com cantos arredondados, pois isso permite o fluxo livre de materials na formação do molde (ver Figuras 3 e 4).

As impressoras 3D fazem um excelente trabalho com curvas e raios desde que sejam paralelos à placa de construção, ou seja, a curva é desenhada pela extrusora. Se a curvatura ou os raios forem maiores que 45 graus em relação ao eixo/plano z ou na parte inferior da peça, provavelmente você terá alguns defeitos. Se possível, use chanfros na geometria dos raios voltados para baixo ou reoriente o modelo de impressão para permitir uma impressão mais favorável do recurso (veja a Figura 4).

Suporta

Os moldes de injeção não utilizam suportes predominantes na impressão 3D (ver Figuras 5 e 6). No entanto, esses moldes possuem geometria móvel adicional para fazer o molde funcionar, como linhas de resfriamento, pontos de injeção e pinos ejetores. Estes criarão marcas ou imperfeições na superfície semelhantes ao funcionamento dos suportes e, se possível, devem ser colocados onde a estética da peça não seja perturbada.

Independentemente do materials utilizado na impressão 3D, a direção z é o elo mais fraco nas peças impressas. As camadas de materials estão presentes ao longo do eixo z e é o native onde ocorre a maioria das falhas nas peças. Este problema pode ser mitigado anexando geometria/suportes independentes a outro recurso ou à placa de construção, ou adicionando chanfros à base. Além disso, o empenamento é um grande desafio na fabricação de peças grandes. As peças devem ser projetadas para minimizar a oportunidade de empenamento. Sinta-se à vontade para adicionar suportes estruturais, reforços ou outros recursos quando e onde fizer sentido.

Cortes inferiores

Se for necessário um fixador ou outro recurso que geralmente fica oculto na direção principal da moldagem, o recurso exigirá corrediças, elevadores, núcleos rotativos ou outros métodos de projeto para criar a peça last (veja a Figura 7). Os slides funcionam movendo-se perpendicularmente à direção principal da moldagem e podem ser usados ​​apenas nas superfícies externas de uma peça. Eles exigem seus próprios ângulos de inclinação e criam peças móveis adicionais para os slides. Os elevadores são corrediças especiais em balanço para criar rebaixos nas superfícies internas da peça e são limitados a rebaixos rasos à medida que o elevador trabalha diagonalmente nas direções de moldagem. Finalmente, os núcleos rotativos são usados ​​especificamente para criar threads internos quando threads completos são necessários. Eles podem ser removidos mecanicamente ou manualmente e exigem que sejam girados para fora do molde. Marcas especiais anti-rotação precisam ser moldadas na peça para garantir que toda a peça não se mova durante a extração desses núcleos. Observe a superfície inferior da maioria das tampas de frascos de shampoo e você verá o padrão moldado para evitar que a peça gire.

Undercuts é onde a impressão 3D brilha. Os cortes inferiores raramente são um problema e, embora possam precisar de suporte na impressão, você ainda poderá imprimir e testar algumas peças muito complexas. Ao projetar bem, você poderá imprimir em 3D peças exclusivas que nunca poderiam ser fabricadas de maneira tradicional. Na verdade, itens de baixa produção que utilizam processos SLS e DMLS podem produzir qualquer coisa, desde implantes personalizados até drones que seriam impossíveis de moldar (ver Figuras 6, 8 e 9).

Outras considerações de design

Além dos recursos das peças, as tolerâncias na fabricação precisam estar em primeiro plano para que múltiplas peças moldadas por injeção ou impressas em 3D possam ser facilmente montadas em um produto last. Geralmente, a tolerância da peça moldada por injeção é de +/- 0,125 mm, enquanto as tolerâncias impressas em 3D variam dependendo da impressora e do materials utilizado. Como resultado, algumas tentativas e erros podem ser necessários para determinar as tolerâncias das peças montadas ao utilizar impressoras 3D. Para mais informações sobre tolerâncias de impressoras 3D, visite o artigo Um guia para compreender as tolerâncias da sua impressora 3D.

Embora haja muito mais no DFM, as informações anteriores devem fornecer um excelente esboço a ser seguido ao iniciar o design do produto. Essas diretrizes não apenas mostram o caminho para peças fabricadas excepcionais, mas também economizam tempo e dinheiro durante o processo de design. Se desejar uma consultoria sobre seu próximo projeto, você pode visitar minha página internet em www.catzdesignfarm.com.