Dê vida às suas impressões adicionando um grau adicional de movimento aos seus designs – as dobradiças vivas são a base de soluções mecânicas expandidas.
Postado em 7 de setembro de 2016
por
Scott Cahoon
Uma dobradiça viva é uma parte conectada de uma peça inteira que é fina e flexível o suficiente para permitir o movimento entre duas seções rígidas da mesma peça. Estas seções são projetadas de tal forma que todas as três seções (duas seções rígidas e uma dobradiça) são fabricadas em uma única forma. A seção da dobradiça é projetada para permitir movimento rotacional (180 graus ou mais) entre as seções e em uma configuração onde não irá falhar durante a vida útil da peça. Esse tipo de dobradiça é comum entre peças plásticas moldadas por injeção, mas está sendo lentamente incorporada em soluções de impressão 3D de Fused Filament Fabrication (FFF).
Nas aplicações tradicionais de impressão 3D, o materials de origem ABS ou PLA não period uma boa escolha para imprimir dobradiças vivas. ABS e PLA não apresentam as propriedades necessárias para função e sustentabilidade. Foi somente nos últimos três a quatro anos que materiais foram desenvolvidos para auxiliar no projeto de dobradiças vivas. Esses materiais incluem Nylon, TPE (por exemplo, NinjaFlex), TPU, Smooth PLA, Bendlay e até mesmo o materials básico moldado por injeção Polipropileno. A utilização desses materiais ampliou as opções de dobradiças residenciais em diversas soluções onde as dobradiças moldadas por injeção dependiam exclusivamente de Polietileno e Polipropileno.
Propriedades materiais ideais em dobradiças vivas
As duas propriedades mais comuns para medir a qualidade em plásticos são a resistência à tração e a deformação. A resistência à tração é definida como a quantidade de tensão que um materials pode suportar antes da falha. Em outras palavras, é a quantidade de força (compressão, tensão, cisalhamento, flexão e torção) necessária para quebrar a peça. Deformação é a capacidade de um materials de acomodar a deformação antes da falha. Isto é comumente medido pela deformação da peça em comparação com um comprimento de referência. Estas são duas propriedades onde o ABS e o PLA não conseguem atingir a classificação (ver Figuras 1 e 2).
Figura 1: Dobradiça Borboleta PLA
Figura 2: Dobradiças Borboleta de Polipropileno e PLA
Tipos de designs de dobradiças vivas
Existem quatro tipos de dobradiças vivas comuns às peças moldadas por injeção: planas (ver Figura 3), duplas, borboleta (ver Figura 10) e biestáveis. Para peças impressas em 3D, as soluções mais comuns são as dobradiças planas e borboleta. As dobradiças duplas e biestáveis são muitas vezes difíceis de imprimir devido ao espaço negativo que rodeia as secções articuladas. Outra solução de dobradiça tem origem no espaço de marcenaria: a curva de corte (ver Figura 4). Uma curva de corte é um corte padronizado, tradicionalmente da largura de uma lâmina de serra, que é útil em curvas de grande raio. As curvas Kerf também demonstraram utilidade na impressão 3D para aqueles que procuram raios padronizados e projetados de forma criativa em peças impressas. Os padrões variam de triângulos e diamantes a colmeias, cruzes e ondas.
Figura 3: Exemplo de dobradiça plana (tampa da caixa Tic Tac)
Figura 4: Exemplo de Curva Kerf (Hisashi Imai)
O projeto de uma dobradiça viva leva em consideração a capacidade do materials de suportar tensões e a resistência à tração do materials. Na moldagem por injeção, o foco principal do projeto está na espessura da dobradiça, nas seções planas rebaixadas e nos raios. Na impressão 3D, um elemento de design adicional são as conexões radiais. Por outras palavras, as ligações radiais entre a dobradiça e as secções rígidas, bem como os raios em torno da curva são de extrema importância. Se esses elementos forem abordados adequadamente, a parte resultante será um componente utilitário eficaz do seu produto.
A Figura 5 mostra o projeto típico de uma dobradiça plana para moldagem por injeção. Observe a parte rebaixada na parte superior da dobradiça junto com os raios essenciais para manter a estrutura da dobradiça sólida durante o uso contínuo.
Figura 5: Projeto de dobradiça plana para moldagem por injeção
O projeto de dobradiça plana para materiais e processos FFF segue os mesmos princípios de projeto, com exceção de espessuras e comprimentos de dobradiça, rebaixados e radiais. Como as alturas médias das camadas de FFF variam de 200 a 250 mícrons, espessuras de dobradiça de 250 a 380 mícrons usadas em soluções de moldagem por injeção provavelmente não funcionarão com soluções de FFF. Como resultado, o design da dobradiça precisará ser alterado para acomodar o FFF.
A Figura 6 mostra o projeto típico de uma dobradiça plana para FFF. Observe que os comprimentos e espessuras radiais e de dobradiça aumentaram. Isso resulta em um movimento mais rígido devido ao aumento da espessura da dobradiça. As Figuras 7 e 8 mostram a impressão 3D resultante do desenho em náilon.
Figura 6: Design de dobradiça plana para impressão 3D FFF
Figura 7: Exemplo de Dobradiça Plana em Nylon (Aberta)
Figura 8: Exemplo de Dobradiça Plana em Nylon (Fechada)
O projeto da dobradiça viva borboleta para materiais e processos FFF segue os mesmos princípios de projeto da moldagem por injeção, com exceção da espessura e comprimento da dobradiça. A largura e os raios da dobradiça podem ser mantidos iguais. Observe também como a dobradiça pode ser impressa sem a necessidade de levar em conta quaisquer espaços negativos no design. Muito provavelmente a dobradiça borboleta é a dobradiça mais fácil de imprimir no processo FFF. A Figura 9 mostra um projeto típico de uma dobradiça borboleta. Observe o comprimento da dobradiça, a espessura e os componentes radiais. As Figuras 10 e 11 mostram a impressão 3D resultante do desenho em náilon.
Figura 9: Design de dobradiça borboleta para impressão 3D FFF
Figura 10: Exemplo de Dobradiça Borboleta em Nylon (Aberta)
Figura 11: Exemplo de Dobradiça Borboleta em Nylon (Fechada)
As curvas Kerf adicionam uma dinâmica interessante a um portfólio de dobradiças onde as curvas são tão estéticas quanto funcionais. As curvas Kerf não apenas fornecem movimento rotacional (veja a Figura 12), mas também são usadas em configurações oscilantes (veja a Figura 13). O projeto básico (ver Figura ) consiste em um comprimento de dobra de pelo menos 25% de toda a peça. A largura da dobra é igual à largura da peça. Observe como a borda lateral (veja a Figura 14) contém partes negativas ou abertas do padrão de design. Isto permite liberdade adicional na junta ao girar ou oscilar a peça. Sua imaginação é o único limite ao projetar e utilizar a solução kerf bend. Basta seguir as diretrizes básicas de projeto na Figura 15 e você estará no caminho certo para criar projetos e peças móveis e esteticamente agradáveis.
Figura 15: Projeto Kerf Bend para impressão 3D FFF
Figura 12: Exemplo de curvatura de corte em nylon (rotação completa)
Figura 13: Exemplo de Curvatura Kerf em Nylon (Oscilante)
Figura 14: Exemplo de projeto de curvatura Kerf em nylon (aberto)
Como observação last, tome cuidado com os tipos de materiais que você usa em sua solução de dobradiça mecânica. Se você estiver fabricando uma peça crítica, opte por materiais que comprovadamente tenham resistência à tração e sejam capazes de suportar tensões durante a vida útil da peça. Esses materiais incluem náilon, TPE e polipropileno. Se a peça não for crítica para o uso geral e funcionalidade do seu produto, sinta-se à vontade para experimentar TPU, PLA macio e Bendlay. Além disso, mantenha muitos raios em seu projeto e tente evitar ângulos agudos, a menos que seja absolutamente necessário. Lembre-se de que a fabricação de dobradiças vivas no processo FFF abriu a porta para muito mais possibilidades de design e peças do que os processos tradicionais de moldagem por injeção. Aproveite a oportunidade para explorar como as dobradiças vivas podem ajudá-lo a dar vida ao seu produto completo.